I bob. Poliakrilonitril asosida olingan poliamfolitlarga vanadiy ionlarinig sorbsiyasi kinetikasi va termodinamikasi

Ion almashinuvi kinetikasi Ion almashinish reaktsiyasining
kinetikasi reaktsiyaning sodir bo'lish tezligini ifodalaydi
Ion almashinuvi jarayoni tizimini loyihalashda ham suyuq, ham qattiq fazalarda massa o'tkazuvchanlik qarshiligiga uchragan almashinuv tezligi, ion almashinish jarayonini loyihalashda va ishlashida katta ahamiyatga ega. Valyuta kursi zarur bo'lgan ion almashinish ustunlari hajmiga / yoki uning oqim tezligiga ta'sir qiladi. Ion almashinish reaktsiyasining kinetikasiga almashinuvchining turi va tabiati , eritma kontsentratsiyasi va almashinuvchi
ishlaydigan harorat ta'sir qiladi . Ion almashinadigan boncuk eritma bilan aloqa qilganda, statik suyuqlik Suyuqlik oqimining tezligiga qarab 10-100 nm oralig'ida o'zgarib turadigan qalinlikdagi plyonka uning atrofida hosil bo'ladi.
Qatron zarrachasi va eritma o'rtasida sodir bo'lgan ion almashinuvi jarayoni oltita bosqichni o'z ichiga oladi;
ularning har qanday kombinatsiyasi stavkani boshqarish bosqichi bo'lishi mumkin. Ular [ 4 ,  ]:1. Boncukni o'rab turgan katta eritma orqali qarshi ionlarning diffuziyasi 2.Boncuk matritsasi bilan yaqin aloqada bo'lgan gidratlangan eritma plyonkasi orqali qarshi ionlarning
diffuziyasi 3. Qarama-qarshi ionlarning diffuziyasi boncuk matritsasi
4. Haqiqiy ion almashinish reaktsiyasi 5. Almashinadigan turlarning ion almashinadigan boncukdan tarqalishi
6. Almashinilgan turlarning munchoq yuzasi zarrachasidan quyma
eritmaga tarqalishi Shunisi e'tiborga loyiqki, quyma eritmada yuzaga kelishi mumkin bo'lgan kontsentratsiya tafovutlari doimo qo'zg'alish bilan tenglashtirilib, konveksiya orqali kerakli uzatishni buzadi . Shunga qaramay, qo'zg'alish na munchoqlarning ichki qismiga va na munchoq yuzalariga yopishgan ingichka suyuq plyonkaga ta'sir qiladi.
Ion uzatish boncuklar ichida va ingichka plyonka orqali amalga oshiriladi

1 Ion almashinuvi jarayonlariga kirish

diffuziya va natijada haqiqiy ion almashinish reaktsiyasi juda tez sodir bo'ladi va odatda tezlikni cheklovchi deb hisoblanmaydi. Shunday qilib, tezlikni aniqlash bosqichi - bu ion almashtirgich ichidagi qarama-qarshi ionlarning interdiffuziyasi (zarrachalar diffuziyasi) yoki yopishgan plyonkada qarshi ionlarning diffuziyasi (film diffuziyasi). Amalda, har qanday qadam stavkani belgilaydigan qadam bo'lishi mumkin. Biroq, ushbu ikki bosqichning sekinroq bo'lishi umumiy reaktsiya tezligini boshqaradi . Oraliq holatlarda stavkaga
ikkala bosqich ham ta'sir qilishi mumkin [ 4 ]. Bundan tashqari, ishlatiladigan qatronlarning zarracha kattaligi ham aniqlovchi omil hisoblanadi. Yagona zarracha kattalikdagi qatronlar kinetik jihatdan sekin kattaroq boncuklar yo'qligi sababli an'anaviy polidispersli qatronlar bilan solishtirganda yuqori kinetik ko'rsatkichlarni namoyish etadi
 So'nggi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, tolali shakllarda ion almashinadigan qatronlar kinetikani yaxshilab,
zaharli va qimmatbaho metallarning adsorbsiyasini kuchaytiradi [ ].
Organikerituvchilar orqali ion almashinadigan tizimlarda qatron tarkibidagi qarama-qarshi ionlarning o'tkazilishi odatda suvli
tizimlarga qaraganda kamroq bo'ladi, chunki shishish unchalik sezilmaydi va
qat'iy zaryadlar bilan elektrostatik o'zaro ta'sir kuchliroqdir. Shunday qilib, zarrachalarning diffuziyasi nisbatan sekin va shuning uchun
odatda tezlikni boshqarish mexanizmini boshqaradi [ 2 ]. Va nihoyat, ion
almashinuvining haqiqiy stavkalari keng doirada o'zgarishi mumkin, muvozanatga erishish uchun bir necha soniyadan bir necha oygacha vaqt talab etiladi
. Ion almashinuvi termodinamikasi
Tarqatish koeffitsienti ( K d ) - bu suyuq
eritmadan ma'lum ion turlarini (metall ioni) olib tashlash uchun ion almashinuvchi qatronlar samaradorligining o'lchovidir . U qattiq moddadagi metall ioni kontsentratsiyasining
suyuqlikdagi metall kontsentratsiyasiga nisbati sifatida niqlanadi . K d odatda partiyasi Aloqalar bilan belgilanadi değiştirici va eritma orasida va quyidagi ko'ra hisoblanadi formula:

bu erda C i - boshlang'ich kontsentratsiyasi (aloqa qilishdan oldin), C f -

eritmadagi metallning oxirgi kontsentratsiyasi , m s - ishlatiladigan almashinuvchining massasi va V s - hajm 1 Ion almashinuvi jarayonlariga kirish 17 eritmaning. K d harorat va boshqa ionlar kontsentratsiyasi xos hal. Tizimli axborot K d dan fundamental baza tashkil ion almashish jarayoni rejalashtirilgan bo'lishi. Tarqatish koeffitsientining yuqori qiymatlari har doim ma'qul. Fizik parametrlarning o'zgarishi va kontsentratsiya
funktsional guruhlarning K d ga ta'sir qilishi va ion almashinuvi jarayoni uchun harakatlantiruvchi kuchga ta'sir qilishi mumkin . K d qiymati Gibbs bepul aniqlash uchun quyidagi tenglama ishlatiladi Adsorpsiyon energiya ( D G o )

bu erda D G o - standart erkin energiya o'zgarishi (J), R - universal gaz konstantasi (8.314 J mol 1 K 1 ) va T - mutlaq harorat ( K )

Vanadiy - keng tarqalgan va og'ir metall vaYer po'stining eng ko'p tarqalgan 20 elementi qatoriga kiradi : er qobig'idagi tarkib 0,0015%(massa) . Dunyoda vanadiy ishlab chiqarish hajmi tobora o'sib bormoqda. Vanadiy birikmalari kimyo sanoatida, organik sintezda katalizator sifatida , polimer
materiallar ishlab chiqarishda keng qo'llanilgan . Vanadiy kimyo sanoatida
qayta zaryadlanuvchi batareyalarni ishlab chiqarishda va oltingugurt kislotasi, sirka kislotasini va boshqalarni ishlab chiqarish katalizator sifatida ishlatilgan  . Vanadiyni po'latlarda ishlatish hozirgi kungacha juda muhim bo'lib qolmoqda. Biri tabiiy suvlar ifloslanishi asosiy manbalari
vanadiy ham neft va uning qayta ishlash mahsulotlari hisoblanadi.
Vannaadiy kabi toksik-metallarning ko'llarning suv sathidagi kontsentratsiyasining ortishi kislota yomg'iridan kelib chiqishi mumkin . Vanadiy ifloslanishi
ekologik tizimlarga zararli ta'sir ko'rsatishi va hayvonlarning zaharlanishi va odamlarning kasallanishiga olib kelishi mumkin .So'nggi yillarda og'ir metallarning inson salomatligiga ta'siri to'g'risida turli materiallar tobora ko'payib bormoqda . Vanadiy birikmani eriydigan shakli bir qismi bo'lib, shuningdek, chiqindilarni va suv va kanalizatsiya, ayrim sanoat ishlab chiqarishlarni oraliq mahsulotlar uchun jiddiy ekologik xavf inson » hayoti . Vanadiy toksik element bo'lib, uni analitik va ekologik nuqtai nazardan aniqlash maqsadga muvofiqdir .Vanadiy- vanadat aralashmalari odatda juda yaxshi eriydi va uning birikmalari oxir-oqibat suvga tushadi . Buning sababi shundaki, ularning suvga bo'lgan qat'iyatiko'p yillar davomida katta qiziqish uyg'otdi. Ma'lumki,
valentlik darajasi oshgan sari vanadiy toksikligi uni anion va kation shaklida topganda kuchayadi .Vanadiy pentoksidining ish joyiga ta'sir qilish chegarasi Sog'liqni saqlash va xavfsizlik bo'yicha ijrochi (HSE) 0,05 mg m -3 / 8 soat  ga muvofiqdir . Vanadiyning yuqori konsentratsiyasi inson
salomatligiga zararli . Vanadiyni atom yutish spektroskopiyasi, ionli xromatografiya va oqim quyish usuli yordamida aniqlash Anorganik ionlarning prekonsentratsiyasi va ajralishi kimyoviy analizda etakchi o'rinni egallaydi . Vanadiy (V) kabi zaharli elementlarning ionlari chiqindi suvning umumiy tarkibiy qismidir . Ushbu ionlarni ajratish uchun sintetik polimer sorbentlar ko'p yillar davomida keng qo'llanilib kelingan.

Yangi xelatlovchi polimer sorbent stiron maleik angidrid kopolimeri asosida maloney kislotasining gidrazid bilan kimyoviy modifikatsiyasi bilan sintez qilindi . Sintez qilingan sorbent va uning metall bilan kompleksi IQ-pektroskopiya bilan o'rganilgan va vanadiy(V) ionlariga so'rilish xususiyatlari o'rganilgan. Sintez qilingan sorbent suyuq fazadagi V (V) ionlarining oldindan konsentratsiyasini tekshirish uchun qo'llanilgan. PH qiymati, ion kuchi, boshlang'ich metall ionining ta'siri kabi optimal sorbsiya shartlari konsentratsiya va sorbsiyada kimyoviy muvozanatga erishish vaqti belgilandi. Sintez qilingan sorbent vanadiy ionlarini sinchkovlik bilan tanlab olib, 120 minutdan yaxshiroq reaksiya vaqtini oldi. Statik holatdagi adsorbsiya pHga bog'liq bo'lib, maksimal olib tashlash samaradorligi 4 ga teng. Vanadiyni (V) olib tashlash samaradorligi dastlabki vanadiy (V) kontsentratsiyasining oshishi bilan ortdi . Vanadiyning (V) ushbu

adsorbentga maksimal adsorbsion quvvati o'rnatildi va 183,6 mg · g -1 ga teng . Tavsiya etilgan usul sanoat suvi namunalarida vanadiyning mikro miqdorini aniqlashda muvaffaqiyatli qo'llanildi . Shuningdek vanadiy ioni zaryadga
turli xil konsentratsiyali mineral kislotalar bilan o'rganilgan. Desorbtsiya natijalari
ushbu ishda namoyish etilgan.[15]

Yuqori ekspluatatsion xususiyatlari tufayli ion almashinadigan materiallar ilm-fanva ishlab chiqarish amaliyotining deyarli barcha sohalarida eng keng qo'llanilishini topdi . Ularning yordami bilan eng dolzarb ijtimoiy va ekologik muammolardan biri hal qilinmoqda - atrof-muhitni muhofaza qilish .Ushbu materiallardan biri bu makromolekulaning yon zanjirida amin va fosfit guruhlarini o'z ichiga olgan ion almashinuvchilarni o'z ichiga olgan sintetik ion almashinuvchi qatronlardir Ular turli sohalarda keng qo'llaniladi: gidrometallurgiya, tibbiyot, kimyo sanoati, chiqindi suvlarni tozalash va boshqalar . Maxsus sirt maydoni yuqori bo'lgan ion almashinadigan materiallar alohida qiziqish uyg'otadi. Ular shaklda ishlatiladi

yuqori darajada tarqalgan changlar yoki tolali materiallar. Yuqori o'ziga xos sirt maydonining mavjudligi sorbsiya va desorbsiya jarayonlarini tezlashtiradi va juda past konsentratsiyali eritmalardan ionlarni ajratib olishga imkon beradi .
Amino va fosfit guruhlari bilan suspenziyali polivinilxlorid asosidagi ion almashinuvchisi tomonidan vanadiy (V) ionlarining sorbsiyasining kinetikasi va termodinamikasi o'rganildi . Ion almashinuvchilarning yuqori dispersiyasi skanerlash elektron mikroskopi bilan isbotlangan. Olingan ion almashinuvchidan vanadiy (V) ionlarini oltingugurt kislotasi eritmalaridan ajratib olish uchun foydalanish imkoniyati ko'rsatilgan.[16]

Kationli sirt faol moddalar bilan modifikatsiyalangan faol ko'mirning yuqori darajada rivojlangan yuzasida kislotali muhitdan vanadiy birikmalaridan sorbsiyaviy ekstraksiya qilish imkoniyati ko'rsatilgan. Bu asosan vanadiyning poliokso birikmalari so'rib olinishi aniqlandi .Vanadiyning suvli eritmasidan sorbsion ekstraktsiyasi mis, nikel, temir, kaltsiy, magniy, natriy va kaliy ionlariga xalaqit bermasligi isbotlangan . O'zgartirilgan uglerodli sorbentda vanadiy so'rilishining eng yaxshi ko'rsatkichlariga pH qiymati 2 dan 4 gacha, ya'ni kislotali mintaqada erishiladi. Ushbu pH qiymatlarida boshqa metallarning gidroksidlari hali cho'kishni boshlamaydi, bu esa sof mahsulotni olishga imkon beradi. Vanadiyning so'rilishining pasayishi muhitning pH qiymati oshishi bilan bog'liq, chunki polyanionlartarkibidagi poliatsidalarga mos keladigan vanadiy: N 2 V 4 O 11 , N 6 V 10 O 28 , H 4 V 6 O 17 , tarkibidagi kislotalarga mos keladigan anionlarga ajraladi: N 4 V 2 O 7 , HVO 3 , H 3 VO 4 . Shunday qilib, ozroq vanadiy atomlarini o'z ichiga olgan anion sorbsion uchastkada ushlanib qoladi.Sorbent sirtini vanadiy birikmalari bilan to'ldirish Langmuirning sorbsion turiga qarab davom etadi , bu jarayonning termodinamik tavsifini va asosiy energiya qismlarini aniqlashga imkon beradi.Termodinamik tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, vanadiy ekstraktsiyasi ko'mirning musbat zaryadlangan yuzasida polyanionlarning fizik adsorbsiyasigacha kamayadi (ekstraktsiya darajasi

84%). Jismoniy adsorbtsiya to'g'risida xulosa shuki , harorat oshishi bilan reaktsiyaning G G kamayadi va reaktsiyaning issiqlik effekti 13 kJ / mol dan oshmaydi.Bundan tashqari, to'yingan sorbentni kalsinlash mahsulotlari rentgen-fazali tahlil yordamida o'rganildi. X-ray difraksiyasi sxemasida vanadiy oksidi V 2 O 5 va MnO ox V 2 O 5 tarkibidagi vanadiy oksidi va marganets oksidi asosidagi kompleks oksid fazalari aniqlandi . Shunday qilib, to'yingan sorbentni yoqishning yakuniy mahsuloti marganets aralashmalari bilan vanadiy pentoksiddir . Agar to'yingan sorbent qaytaruvchi moddalar bilan birga yoqilsa, u holda metall vanadiyni olish mumkin. Bunday holda,
yakuniy mahsulotlarning tozaligi darajasi taxminan 99% ni tashkil qiladi.[17]

Nanomateriallardan foydalangan holda adsorbsiyadan foydalanish

xavfli moddalarni chiqindi suvdan tozalashning juda raqobatdosh usuli bo'ldi . Qazib olinadigan yoqilg'ining ko'payishi va energiya yig'ish tizimlarining rivojlanishi bilan vanadiyning ifloslanish darajasi
oshishi kutilmoqda . Tabiiy slanets va ko'mir chiqindilaridan adsorban sifatida foydalanish, partiyalar adsorbsiyasi, izotermalar va vanadiy kinetikasi o'rganildi. Slanets va ko'mir chiqindilarining adsorbsion xususiyatlari
Fourier Transform infraqizil spektroskopi va skanerlash elektron mikroskopi yordamida o'rganildi. Shuningdek, pH qiymati, adsorban miqdori, vanadiy kontsentratsiyasi, harorat va adsorbat va adsorbentlar orasidagi aloqa
vaqti ham eng yaxshi sharoitlarni olish uchun o'rganildi. vanadiyning maksimal adsorbsiyasi. Fourier Transform Infraqizil natijalari
bantlarning tebranishida ozgina buzilishlarni namoyon qiladi va shuning uchun adsorbsiyadan keyin sirt xususiyatlari ikkala sorbent uchun ham o'zgarishsiz qoladi . Adsorbsiya kinetikasi psevdo-sekund tartibida eng yaxshi tavsiflanadi, Langmuir modeli esa har ikkala adsorban uchun adsorbsion izotermaga mos keladi. Maksimal sorbsiya qobiliyati slanets uchun 67,57 mg / g, ko'mir esa 298 K va pH 3 da 59,88 mg / g ni tashkil qiladi. Ikkala adsorbent uchun ham adsorbsiya jarayoni tabiatda o'z-o'zidan, endotermik va xemosorbsiyaga ega. Ikkala adsorban ham ikki marta samarali ravishda qayta ishlanishi mumkin.[18]