Введение к работе
Актуальность работы. Ионный обмен как частный случай сорбции характерен для многих природных явлений и производственных процессов, поэтому всестороннее изучение термодинамических и кинетических характеристик ионообменных процессов было и остается весьма важной научной задачей.
К числу весьма перспективных неорганических ионообменников относятся металлосульфидные сорбенты, проявляющие высокую селективность по отношению к ионам d-элементов (благородным, платиновым и др. тяжелым металлам, образующим труднорастворимые сульфиды), что делает их удобными коллекторами при удалении токсичных металлов в химической технологии, для методов концентрирования в аналитической химии. Одним из альтернативных способов получения подобных сорбентов является метод химического осаждения их в виде поликристаллических тонких пленок, который дает возможность осаждать сульфиды на подложки любой конфигурации - от плоских до волокнистых. Однако процессы сорбции в них до сих пор мало изучены и требуют более детального рассмотрения. Кроме того, в литературе до сих пор нет каких-либо данных по характеристикам металлосульфидных тонкопленочных сорбентов, в основу определения которых положены не параметры процесса сорбции, а более объективные коэффициенты диффузии ионов металлов - участников реакции ионного обмена.
Среди проблем, связанных с регенерацией одного из ценных и одновременно дефицитных металлов - серебра, является доизвлечение его из сточных вод и технологических растворов, содержащих комплексообразующие агенты. В частности, к числу важных производственных проблем, связанных с регенерацией драгоценного металла - серебра, относится его рекуперация из отработанных фиксажных растворов в химико-фотографической промышленности; из щіанндньгх растворов серебрения электрохимических производств, сточных вод производства окиси этилена, содержащих комплексы серебра(І) с триэтаноламином и т.д.
Цель работы. Выявление закономерностей кинетики и термодинамики гетерогенной реакции электрофильного замещения (ионного обмена) Ag(I)—>-РЬ(П) в тонких поликристаллических пленках ('11111) PbS в присутствии комплексообразующих агентов и создание на их базе математической модели, адекватно описывающей процессы сорбции ионов металлов в этих системах.
Научная новизна. Выявлены лимитирующие стадии ионного обмена Ag(I)/Pb(II) в ТПП PbS в диапазоне концентраций растворов Ag(I) (10'2 -10"5) моль/л. Рассчитан эффективный коэффициент диффузии ионов Ag(I) в ТПП PbS двумя альтернативными способами для кинетической области реакции и определена энергия активации ионного обмена. Выявлен характер влияния различных комплексообразующих агентов на ионный обмен и определена лимитирующая стадия процесса ионного обмена в присутствии серусодержащих лигандов. Предложена
математическая модель, описывающая процесс ионного оомаїа Ajj(I)->Pb(II) ь ТІШ PbS как при наличии, так и в отсутствии комплек сообразующих агентов.
Практическая значимость. С использовшшем выявленных закономерностей ионного обмена Ag(I)/Pb(II) в ТГШ PbS показана возмояаюсгь их практического применения в качестве сорбентов для доочистки серебросодержащих сточных вод в отсутствии и присутствии комплексообразуюпг-гх органических агентов, и анализе ионов токсичных d-элементов в сточных и природных водах, для изготовления ионоселективных электродов.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Экспериментальные данные по кинетике ионзого обмена Ag(I)-->Fb(II) из годных растворов в ТГШ PbS, нанесенных на инертные плоские подложки.
-
Результаты рентгеноструктурного исследования фазового состава и фазовых превращений в процессе электрофильного замещения Ag(I)-»Pb(Q).
-
Экспериментальные данные электронномикросконического исследования поверхности и толщины исходной ТГШ PbS.
-
Методика и результаты расчета коэффициента диффузии ионов Ag(I) в ТТГП PbS и энергии активации ионного обмена по экспериментальным данным кинетики ионного обмена.
-
Экспериментальные данные по кинетике ионяого обмена Ag(I)/Pb(H) в ТГШ PbS при наличии комплексообразующих агентов (тиосульфат-иона, тиомочевины, тиосемикарбазида, ЭДТА, Ж1з, ТЭА) в контактирующем с 'ГТІП растворе.
-
Математическая модель процесса ионного обмена в присутствии вышеуказанных лигандов.
Личное участие автора. Автор проанализировал состояние проблемы на
момент начала исследования, сфорлгулировал его цель, осуществил выполнение
основной части экспериментальной работы, принял участи; в разработке
теоретических основ предмета исследования и обсужденші получеііньк результатов.
Ключевые публикации по теме данной работы написаны лично диссертантом.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на ХЕХ
Всероссийском Чугаевском совещании по химии комплексных соединении (Иваново,
1999); ХУШ Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка,
2000), 3 Международной конференции «Благородные и редкие металлы» (Донещс,
2000), Ш Российской конференции «Проблемы дезактивации катализаторов»
(Стерлитамак, 2000).
Публикации. Материалы диссертациошюй работы изложены в 11 публикациях, в том числе 5 статьях в рецензируемых научных журналах, 2 патентах
РФ на изобретения и 4 информативных тезисах докладов на различных научных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, иллюстрирована 33 рисунками. Список литературы насчитывает 101 наименование.