Введение 4
Глава 1: Обзор литературы 5
1.1 Общие свойства ионитов 5
1.2 Строение ионитов на основе СКК 6
1.3 Ионитовые мембраны 7
1.4 Фторполимеры и их применение в изготовлении ионитовых мембран
8
1.5 Равновесие и кинетика ионного обмена 9
1.6 Протонная проводимо сть 11
Глава 2: Методика исследования 14
2.1 Методика синтеза КФС-ионита 14
2.2 Методика исследования кинетики ионного обмена 15
2.2.1 Методика исследования кинетики ионного обмена на КФС-ионите
в Н-форме 15
2.2.2 Методика исследования кинетики ионного обмена на КФС-ионите
в К-форме 17
2.2.3 Определение лимитирующей стадии 17
2.3 Методика исследования равновесия ионного обмена 18
2.3.1 Методика исследования равновесия ионного обмена на КФС-ионите
в Н-форме 18
2.3.2 Методика исследования равновесия ионного обмена на КФС-ионите
в К-форме 19
2.4 Методика изготовления мембран на основе КФС-ионита 19
2.5 Методика исследования мембран на основе КФС-ионита 20
2.5.1 Методика исследования кинетики ионного обмена на мембранах
20
2.5.2 Методика исследования равновесия ионного обмена на мембранах 20
2.5.3 Определение истинной плотности КФС-ионита и мембран
на его основе 21
2.5.4 Определение влажности КФС-ионита и мембран на его основе 21
2.5.5 Определение удельной поверхности КФС-ионита и мембран
на его основе 22
2.5.6 Определение размера частиц методом лазерной дифракции
22
2.6 Методы титрования, используемые в исследованиях 23
2.7 Обработка экспериментальных данных 24
Глава 3: Экспериментальные результаты 26
3.1 Результаты исследования кинетики ионного обмена на КФС-ионите
в Н-форме 25
3.2 Результаты исследования кинетики ионного обмена на КФС-ионите
в К-форме 29
3.3 Результаты исследования равновесия ионного обмена на КФС-ионите
в Н-форме 30
3.4 Результаты исследования равновесия ионного обмена на КФС-ионите
в К-форме 33
3.5 Результаты определения лимитирующей стадии 35
3.6 Результаты исследования мембран на основе КФС-ионита 41
3.6.1 Результаты исследования кинетики ионного обмена на мембранах 44
3.6.2 Результаты исследования равновесия ионного обмена на мембранах 46
3.6.3 Результаты определения влажности, истинной плотности и
удельной поверхности ионита и мембран 48
Глава 4: Обсуждение результатов 51
Выводы 62
Благодарности 63
Список цитируемой литературы 64
Приложения 67
Неорганические ионообменники находят применение в различных отраслях деятельности человека из-за своих уникальных свойств. Благодаря относительной жесткости полимерного каркаса они обладают высокой термической, радиационной стойкостью, а так же большим многообразием селективности сорбции. Так же неорганические ионообменники находят применение в медицине, очистке сточных вод, химической и пищевой промышленности.
Неорганические иониты на основе полимеров сурьмы(У) проявляют высокую избирательность к редким, щелочным, щелочноземельным (стронций, барий) и тяжелым металлам в нейтральной и кислой средах. Они перспективны для селективного извлечения из растворов сложного состава катионов кадмия, ртути, кобальта, серебра, стронция, извлечения ценных и токсичных элементов из сточных вод.[1] Кремнефосфорносурьмяный ионит в калиевой форме нашел свое применение в процессах упрочнения стекла.
С 2000 г. в лаборатории ионного обмена СПбГУ ведутся работы по модифицированию перфторполимерных мембран неорганическими соединениями. Ранее были изучены ионообменные свойства различных ионитов и на их основе композитов, например, “полисурьмина” и кристаллического полисурьмяного катионита (СКК). Изучение ионнобменных свойств мембран на основе кремнефосфорносурьмяного ионита происходит впервые в данной работе.
Задача настоящей работы состояла в синтезе кремнефосфорносурьмянного ионита и композиционных материалов на его основе и исследовании их ионообменных характеристик при обмене на ионы Ba2+ и K+, а также в оценке лимитирующей стадии процесса ионного обмена.
1. Получены композиционные материалы (мембраны) на основе кремнефосфорносурьмяного катионита и инертного перфторполимерного связующего. Содержание активного вещества в мембранах - 30, 40 , 50 и 70 %. Мембраны с низким содержанием ионита (М-30 и М-40) получались более однородными, без трещин и с ними легче всего было работать, что дает им большее преимущество по сравнению с другими мембранами с более высоким содержанием ионита.
2. Изучена кинетика и равновесие поглощения ионов Ba2+ и К+ на КФС- ионите и мембранах. На основании полученных результатов составлен ряд селективности:
Ва2+ > К+ > H+.
3. При исследовании ионообменных свойств мембран выявлен эффект “капсулирования”, который проявляется в снижении сорбционной ёмкости при увеличении доли связующего.
4. Установлено, что величины обменной ёмкости в большинстве случаев выше при обмене ионов на самом ионите, чем на мембранах. Исключение - калиевая форма мембраны, т.к. максимальная величина реализуемой емкости при ионном обмене на мембране в калиевой форме сопоставима с той же величиной при ионном обмене на КФС-ионите в калиевой форме.
5. Оценка лимитирующей стадии ионообменного процесса позволяет предположить, что при обмене ионов на К-форме ионита имеет место “гелевая” кинетика, а при обмене ионов на H-форме ионита и мембран - “смешанная” кинетика.
