Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Информация о зави-
симости состава равновесных фаз от условий равновесия ( рН, концентрации электролита, степени нейтрализации ионита ) является ключевой для понимания и управления процессами ионного обмена и, в частности, нейтрализации ионитов.
Получение ее в виде численных параметров компактной системы уравнений из небольшого экспериментального материала актуально, так как позволяет резко сократить время исследования и увеличить точность прогнозирования процессов при заданных условиях.
В работе описывается общий подход к решению таких задач и иллюстрируется на практически важных примерах.
В Институте физико - органической химии АН Б производятся обширные исследования по синтезу и изысканию путей рационального применения новых волокнистых ионитов, в частности карбоксильных катионитов. Ионит Фибан К - 4 является одним из наиболее перспективных и уже нашел практическое применение для очистки воздуха от аммиака и воды от ионов комллексообразующих металлов. В обоих случаях процессы происходят в водных средах в присутствии посторонних электролитов. Детально рассматриваются свойства волокнистого ионита Фибан К - 4.
В работе описывается общий подход к решению таких задач и иллюстрируется на практически важных примерах.
Работа выполняется в рамках программы фундаментальных исследований " Полимер 01. Исследование закономерностей процессов синтеза и физико-химических свойств новых функциональных полимеров, органических электролитов", тема " Разработка новых способов получения и исследования структуры и свойств волокнистых полимерных материалов с функциональными группами."
Цель и задачи исследования. Разработать способ расчета свойств ионообменных систем (рН, концентрации электролита, степени обмена) в широком интервале их варьирования по ограниченному набору исходных данных и выяснить его применимость на практически важных примерах.
Найти оптимальные и предельные условия определения обменной емкости ионитов по кривым потенциометрического титрования.
Получить конкретные численные параметры уравнений, для расчета равновесий в системах с несколькими практически важными ионообменными материалами.
Научная новизна полученных результатов. Разработан метод расчета свойств ионообменных систем в широком интервале варьирования рН, концентрации электролита, степени обмена.
Дано дальнейшее развитие метода расчета КПТ для случая титрования катионита слабым основанием.
Установлено, что условием получения КПТ с наиболее четко
выраженными точками перегиба являются максимально воз
можная концентрация фонового электролита, высокое относи
тельное сродство противоиона к иониту, малая зависимость кажу
щейся константы ионообменного равновесия от состава, мини
мальное соотношение массы раствора и ионита, и макси
мальный (практически z = 2) заряд противоиона титранта.
Практическая значимость полученных результатов. Разработанный способ расчета свойств ионообменных систем рекомендуется для применения во всех областях использования ионитов, где происходит селективное выделение веществ из сред, содержащих посторонние электролиты (например, ионы тяжелых металлов из питьевой воды, ионы лекарственных веществ из технологических жидкостей, кислоты и щелочи из сточных и технологических вод).
Метод рекомендуется применять для расчета условий сорбции-десорбции токсичных и трудно анализируемых веществ (нестойких, летучих) из водных и влажных газовых сред.
Часть работы, которая связана с расчетом степени заполнения ионита от рН и концентрации электролита, использована при разработке бытовых фильтров для очистки питьевой воды. Бытовые фильтры разработаны в ИФОХ АН Б и готовятся к серийному производству.
Часть работы, касающаяся расчета кривых потенциометрического титрования аммиаком, использована для выбора оптимальных режимов работы газовых фильтров для поглощения аммиака из воздуха производственных и сельскохозяйственных
помещений. Результаты работы внедрены на Минском часовом заводе.
Экономическая значимость полученных результатов. Для получения полной информации, достаточной для расчета состава фаз ионообменной системы известным способом, необходим большой объем экспериментальных данных, получаемых в длительных и дорогостоящих экспериментах.
В работе предлагается общий расчетный способ решения этой задачи. В работе использованы специально созданные компьютерные программы, позволяющие проводить соответствующие расчеты для каждого конкретного случая. При небольшой профессиональной доработке они могут быть объединены в один пакет, позволяющий проводить все расчеты по исходным данным неквалифицированным пользователем. Такой пакет программ может быть коммерческим продуктом.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту. Способ расчета основных характеристик ионообменных систем ( рН, концентрация нейтрального электролита, степень нейтрализации ионита) и кривых потенциометрического титрования ионитов по параметрам их кислотности.
Способ расчета сорбции слабо диссоциирующих оснований и кислот ионитами в присутствии посторонних электролитов.
Выбор оптимальных условий потенциометрического титрования с максимально четким наблюдением точки перегиба.
Предсказание влияния на форму КПТ различных факторов -избирательности противоиона, его заряда и концентрации, концентрации коиона, степени неидеальности ионита, соотношения количеств ионита и раствора.
Личный вклад соискателя. Автором лично выполнен достаточно полный анализ литературных данных по теме диссертации и основная часть экспериментальной работы. Совместно с научным руководителем д.х.н., академиком АНБ Солдатовым В. С. проведено теоретическое обсуждение полученных результатов, методом компьютерное моделирование рассчитаны сериии кривых потенциометрического титрования. Результаты исследований опубликованы в совместных работах.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации были доложены на научно-теоретических семинарах ИФОХ "Ионный обмен и сорбция " в мае 1995г. и в январе 1997 г.
Опубликованность результатов. Результаты работы изложены в трех научных статьях, две опубликованы в Журнале физической химии Российской академии наук, третья в Докладах АН Б.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, общей характеристики; главы 1, посвященной обзору литературных данных по кривым потенциометрического титрования карбоксильных катионитов; главы 2, излагающей способы расчета основных характеристик системы ионит - раствор при потенциометрическом титровании; главы 3, посвященной компьютерному моделированию кривых потенциометрического титрования; главы 4, в которой приводятся примеры использования параметров кислотности для расчета свойств ионообменных систем; основных выводов и списка использованных литературных источников.
Диссертация изложена на 148 страницах, включая 12 таблиц и 60 рисунков. Список источников содержит 97 наименований.
