Проблемы архитектуры и строительства
2016, №2
102
отраслях промышленности - для очистки сточ-
ных вод в целях организации оборотного
водоснабжения и извлечения ценных компо-
нентов, очистки воздуха. Разрабатываются ио-
нообменные методы комплексного извлечения
из океанской воды
ценных микрокомпонентов
[1].
В этом аспекте актуальным является поиск
наиболее простых методов синтеза ионитов с
хорошими физико-химическими, термически-
ми свойствами, сорбционной способностью к
ионам таких металлов, как медь, кобальт, ни-
кель, уран и др. Поэтому представляло интерес
исследование сорбционных свойств продуктов,
полученных при сополимеризации пара-трис-
фосфат-аллилтрифенилфосфонийбромида (п-
тф-АТФФБ) с дивинилбензолом (ДВБ) и ме-
тилметакрилатом (ММА).
Сополимеризацию п-тф-АТФФБ с ДВБ и
ММА
проводили в мягких условиях, при тем-
пературе 60
о
С, в среде диоксана. Выход про-
дукта сополимеризации составляет порядка 85-
89%. Синтезированные сополимеризацией п-
тф-АТФФБ с ДВБ и ММА высокомолекуляр-
ные продукты после обработки 5%-ным вод-
ным раствором щелочи для перевода в ОН-
форму представляют собой ионообменные
смолы, обладающие высокой обменной емко-
стью и комплексом ценных свойств.
Исследование селективных свойств синте-
зированных ионитов на основе п-тф-АТФФБ с
ДВБ и ММА к двухвалентным ионам были
проведены в водных
растворах азотной кисло-
ты. Предварительными опытами по сорбции в
статистических условиях была установлена
сорбционная способность ионитов к двухва-
лентным ионам металлов в 0,8н азотной кисло-
те и имеют сродство к двухвалентным ионам
уранила, никеля, кобальта, меди, свинца. При
этом, во всех случаях, уранил сорбировался
заметно сильнее других ионов. Эксперимен-
тально установлено, что, как и в случае [3],
сорбция двухвалентных
ионов резко падает с
увеличением концентрации кислоты в исход-
ном растворе.
Как известно, ионный обмен, представляет
собой обратимый процесс стехиометрического
обмена ионами между двумя контактирующи-
ми фазами. Обычно, как и во всех системах,
одна из фазраствор электролита, другая - ио-
нит. Диссоциация
ионогенной группы ионита
дает ионную пару, «фиксированный ион» ко-
торой
ковалентно
связан
с
каркасом
(матрицей) ионита, а «противоион» подвижен
и может обмениваться на ионы одноименного
заряда, поступающие из «внешнего» раствора.
Установлено, что, благодаря эквивалентности
обмена ионами, обе фазы сохраняют электро-
нейтральность в течение всего процесса. При-
нято рассматривать ионный обмен как гетеро-
генную химическую реакцию обмена и коли-
чественно характеризовать ее одной из трех
констант равновесия «К»: концентрационной
(не учитывает
коэффициент активности ком-
понентов); кажущейся (учитывает коэффици-
ент активности только в растворе); термоди-
намической
(учитывает
коэффициент
активности в растворе и фазе ионита). Величи-
ну «К» определяли из уравнения Никольского:
,
c
/
c
b
c
z
/
1
a
/
c
b
c
K
2
2
1
1
2
2
где c и с
2
- концентрации или активности про-
тивоионов 1 и ионов 2 в равновесном растворе;
b и b
2
- концентрации или активности ионов
1 и 2 в равновесной фазе ионита;
z
1
- зарядовые числа ионов [2].
Определено, что изменение термодинами-
ческого потенциала Гиббса в ходе ионного об-
мена подчиняется уравнению:
K
ln
T
R
G
.
В процессе ионного обмена меняется также
объем сорбента Q, совершается работа А изо-
термическое расширение (сжатие), причем
,
Q
P
A
где P – осмотическое давление в фазе
сорбента.
Поэтому суммарное значение
.
Q
P
K
ln
T
/
R
G
P
Однако, в подавляющем большинстве слу-
чаев вторым членом уравнения можно пренеб-
речь. В простейшем
случае ионного обмена
система содержит два типа обменивающихся
ионов и, следовательно, характеризуется че-
тырьмя равновесными концентрациями (для
каждого иона в растворе и в ионите). Все зада-
чи решаются на основе системы четырех урав-
нений: баланса, изотермы ионного обмена, эк-
вивалентности обмена и электронейтрально-
сти. Задачу нахождения «К» можно свести к
экспериментальному определению равновес-
ной концентрации с одного компонента в рас-
творе. В случае обмена однозарядных ионов
справедливо уравнение:
,
c
1
K
c
/
c
a
K
a
0
0
где а - равновесная концентрация иона в фазе
ионита;
а
0
- обменная емкость ионита;
с
0
- концентрация исходного раствора.
Это уравнение
иллюстрирует связь вида
изотермы со значением К (рис. 1).
