Реферати українською » Химия » Особливості сорбційного вилучення паладію (II) з хлоридних розчинів волокнами ЦМ-А2, Мтілон-Т і ВАГ


Реферат Особливості сорбційного вилучення паладію (II) з хлоридних розчинів волокнами ЦМ-А2, Мтілон-Т і ВАГ

Страница 1 из 5 | Следующая страница

>ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНСТВО ПО ОСВІТІ

>ГОУВПО«ОМСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ їм.Ф.М. Достоєвського»

>КАФЕДРАНЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХІМІЇ

Дипломна робота

Особливості сорбційної вилучення паладію (II) зхлоридних розчинів волокнамиЦМ-А2,Мтилон-Т іВАГ

>Виполнил:

студент грн.хх-001

Міхєєв М.С.

>Омск-2010


Зміст

Запровадження

1. Літературний огляд

1.1Ионообменное рівновагу

1.2Кинетика іонного обміну

1.3 Переваги волокнистиххелатообразующих сорбентів

1.4Сорбционное вилучення платинових металів

1.4.1Сорбенти застосовувані для вилучення платинових металів

1.4.2 Вивчення кінетики сорбції паладію накомплексообразующихсорбентах

1.4.3 Форми перебування паладію в розчині

2. Експериментальна частина

2.1 Техніка безпеки і під час роботи

2.1.1 Правила роботи з їдкими речовинами (кислоти, луги)

2.1.2 Правила безпечної роботи з електроустаткуванням і електроприладами

2.2 Методика аналізу

2.2.1Спектрофотометрическое визначення концентрації паладію знитрозо-R-солью

2.3 Методики експерименту

2.3.1 Підготовка волокна

2.3.2 Визначення обмінній ємностіионита в статичних умовах

2.4 Результати та його обговорення

2.4.1 Вивчення залежності сорбції паладію на волокнахЦМ-А2,Мтилон-Т іВАГ від концентрації металу уравновесном розчині

2.4.2 Розрахунок термодинамічних характеристик процесу сорбції паладію на волокнахЦМ-А2,Мтилон-Т іВАГ

2.4.3 Вивчення залежності сорбції паладію на волокнахЦМ-А2,Мтилон-Т іВАГ від часу.

2.4.4 Розрахунок енергії активації процесу сорбції паладію на волокнахЦМ-А2,Мтилон-Т іВАГ

2.4.5 Вивчення можливості регенерації волоконЦМ-А2,Мтилон-Т іВАГ

Висновки

Література

Додаток 1

Додаток 2

Додаток 3

Додаток 4


Запровадження

Однією з перспективних напрямів в комплексне розв'язання екологічних проблем є розробка високоефективних процесів очищення промисловихгазовоздушних викидів, стічні води і коштів індивідуальної захисту органів дихання. Важливу роль створенні цих процесів граютьхемосорбционние волокнисті матеріали, які мають розвиненішою удільної поверхнею, ніж вгранулированних сорбентів, які забезпечують високі кінетичні параметри процесів сорбції. Вивчення механізму сорбції платинових металів наионитах з різними функціональними групами є актуальним і до цього питання о останнім часом приділяється особливу увагу.

У літературі є повідомлення вивчення механізму сорбції платинових металів на азот ісеросодержащих волокнах. Проте публікацій про дослідження механізму сорбції платинових металів накомплексообразующихсорбентах порівняно невелика.

Метою згаданої роботи є підставою вивчення особливостей сорбційної вилучення паладію (II) зхлоридних розчинів волокнамиЦМ-А2,Мтилон-Т іВАГ. Визначеннялимитирующей стадії процесу сорбції паладію волокнами, а як і встановлення механізму сорбціїхлорокомплексов паладію (II) на даних волокнах, вплив температури та способів регенерації сорбентів.


1. Літературний огляд

 

1.1Ионообменное рівновагу

>Ионний обмін - зворотній процесстехиометрического обміну іонами між двомаконтактирующими фазами. Зазвичай одне з цих фазионит, іншу розчин електроліту [1].

Якщоионит, у якому лишепротивоиони А, розмістити у розчин, у якому лишепротивоиони У, то іони А почнуть заміщатися іонами У з розчину. Невдовзі встановиться рівновагу:ионит і розчин міститимуть іони обох сортів у певному співвідношенні. Такий стан називаєтьсяионообменнимравновесием[2].

>Ионний обмін є оборотного хімічної реакцією. Відповідно до цим, має, досягатися стан рівноваги, що задовольнить закону діючих мас.

>RA + У+ RB + А+,

де R — матрицяионита з приєднаним до неї фіксованим іоном, А+ і У+ — рухливіиони[3].

>Ионообменное рівновагу зумовлено концентрацією розчину, властивостямиионита і які обмінюються іонів, і навіть температурою.Селективность іонного обміну проявляється у відмінності абсолютних значень коефіцієнтів розподілу іонів і , які для аналізованого рівноваги можна з'ясувати, як

 і (1),


що й - еквівалентні частки іонів А+ і У+ вионите, і - в розчині.

>Деля на , одержимо коефіцієнт селективності, чи константу обміну , яка, залежить від концентрації які обмінюються іонів:

                                                                 (2).

Ввівши поправки на коефіцієнти активності іонів в розчині і , отримують уточнений коефіцієнт селективності

                             (3).

Слід зазначити, що сталість значень уточненого коефіцієнта селективності зберігається при даної ступеня заміщення. Зі зміною величина змінюється. У разі розраховують справжню константу обміну:

                       (4).

Оскільки визначення важко, пропонується вибрати стандартне станионита в А- і У- формах, у якому рівні одиниці.

Справжня константа рівноваги обмінуразновалентних іонів з зарядами і полягає рівнянням Нікольського:

                                                           (5),


відповідна взаємодії еквівалентного числа іонівионита і розчину:

За підсумками теоремиБольцмана Микільський показав, що співвідношення коефіцієнтів активності іонів у твердій фазі не змінюється, якщо вільна енергія їх стосунків з середовищем залишається постійної. З відомим наближенням таке становище справедливо при заміщення одногопротивоиона вионите в інший, і це дозволяє користуватися до розрахунку констант обміну рівнянням, аналогічним рівнянню (3), у якому активності іонів у твердій фазі замінені їх концентраціями:

                                                                     (6),

що й - активності катионів з зарядами й у розчині; і - концентраціїпротивоионов у твердій фазі, висловлені векв на 1 кг чи,мг-екв на 1 р сухогоионита.

 

1.2Кинетика іонного обміну

 

Стадія, визначальна швидкість іонного обміну.

Процес обмінупротивоионов включає у собі 5 послідовних стадій:

1. переміщення котрий витісняє іона через плівку, навколишню зерно, для її поверхні (плівкова,внешнедиффузионная кінетика);

2. переміщення котрий витісняє іона всередині зерна до фіксованимионам, т. е. до точки обміну (>гелевая,внутридиффузионная кінетика);

3. хімічну реакцію подвійного обміну (хімічна кінетика);

4. переміщеннявитесняемого іона всередині зерна від точки обміну до;

5. переміщеннявитесняемого іона через плівку, навколишню зерно [3].

Сумарна швидкістьмногостадийного процесу визначається швидкістю найбільш повільної стадії. Виявлення стадії і є першою етапом вивчення кінетики іонного обміну [1].

Рівняння, описують кінетику іонного обміну.

Проблема розпізнаваннялимитирующей стадії вирішується з урахуванням фундаментального кінетичного аналізу іонообмінних процесів.Кинетические рівняння мають порівняно простий вид, якщо змінами складуионита внаслідок іонного обміну можна знехтувати.

За результатами аналізу розраховують ступінь досягнення рівноваги :

                                                                             (7),

де - сорбція іонів з розчину під часt; - рівноважна сорбція.

Якщолимитирующей стадією є сам акт обміну іонів, то

                                                           (8),

Значимість обчислюють по рівнянню

                                     (9),


що й — відповідно константи швидкості прямий і зворотної реакцій, і — концентрації які обмінюються іонів А+ і У+ в розчині [2].

Висновок рівняння для кінетики іонного обміну,лимитирующегося зовнішньої дифузією, було виконано з урахуванням припущення сталості концентрації розчину і коефіцієнта розподілуадсорбирующегося іона А+ між фазами:

                                                          (10),

>Константа швидкості дифузії R визначається співвідношенням

                                                                    (11),

де — коефіцієнт дифузії через плівку завтовшки , яка покриває зерноионита радіусом , — коефіцієнт розподілу, т. е. ставлення концентраціїсорбирующегося іона А+ вионите до концентрації тієї самої іона в розчині за умов рівноваги.

Висновок кінетичного рівнянняионообменного процесу, швидкість якого лімітуєтьсягелевой дифузією, було зроблено для частки має точно кулясту форму:

>F=1-(6/p2)>(1/n2)>exp(-Btn2)                                                  (12),

деB=p2/>r20 і називається константою швидкостігелевой дифузії.

Перевірка застосовності рівняння (12) зводиться побудувати графіка залежності Bt відt, що має бути прямолінійним, якщо процес лімітуєтьсягелевой дифузією. Значення Bt зручно визначати по експериментально знайденим величинам F з допомогою спеціальної таблиці (Додаток 1). За величиноюВ і всесвітньо відомому радіусу зерен смоли можна вважати середнє коефіцієнта дифузії [4].

Методи розпізнаванняпленочной ігелевой дифузії.

Для з'ясування механізму кінетики доцільно працювати з проточнимраствором[1]. Кількісне розгляд іонного обміну призводить до наступним залежностям:ln(l –F) = ->kt для плівковій кінетики іF=k(t) длягелевой кінетики при малих значеннях (F< 0,05), деk константа. Отже, при плівковій кінетиці повинна вийти прямолінійна залежністьln(l –F) відt; пригелевой кінетиці залежність F відt повинна полягати кривою, яка за малих значенняхt має прямолінійний хід, та був викривляється. Побудова графічних залежностей виходячи з експериментально отриманих значень F іt дозволяє, в такий спосіб, відрізнити гелеву кінетику від плівковій. Наявністьгелевой кінетики можна також ознайомитися перевірити у широкій сфері, зрозумівши кожної пари значень F іt коефіцієнтвзаимодиффузии Dі. У цьому попри всі значеннях F іt має вийти один і той ж значення D. Розглянуті критерії суворо застосовні лише уизотопному обміну. Скільки-небудь надійні укладання можна отримати лише тому випадку, якщо знайдені пари значень узгоджуються з однією механізмом і узгоджуються з іншим. Механізм кінетики може бути встановлений на підставі даних про залежності швидкості обміну від розміру частинок, кількості поперечних зв'язків, концентрації розчину і швидкості перемішування, чи, відповідно, швидкості потоку [5].

 

1.3 Переваги волокнистиххелатообразующих сорбентів

>Волокнистие сорбенти мають низку особливостей, пов'язані з їх структурою. Основне перевагу – їх висока питома поверхню, яка приблизно за два порядки вищі, ніж вгранулированнихионообменниковгелевой структури та в 5-6 разів більше, ніж в сорбентів з урахуваннямсополимеров пористоїструктури[6]. Діаметр частинок волокнистих сорбентів на 1-2 порядки менший від середнього розміру частинокгранульнихсорбентов[7].

Основними характеристикамихелатообразующих сорбентів, зокрема і волокнистих, єсорбционнаяемкость,кислотно-основние ікомплексообразующие властивості, кінетичні параметри. Важливі як і хімічна стійкість,набухаемость і можливість багаторазовогоиспользования[8].

·Кислотно-основние властивості.Хелатообразующие волокнисті сорбенти, зазвичай, містять кілька різних функціональних груп. Це може бути зумовлене неповним перетвореннямреакционно-способних груп проміжних продуктів при синтезі,гидролизом груп, входять до складу полімерної матриці, наявністю активних груп у вихідному полімері.

·Сорбционние властивості. Розмірсорбционнойемкости волокнистих сорбентів залежить від змісту функціональних груп усорбенте, природисорбируемого іона і умов сорбції змінюється у широкому інтервалі. Високусорбционнуюемкость мають сорбенти зтиоамидними,гидроксамовими,амидоксимними та інших. групами. Ефективність волокнистих сорбентів, особливо в сорбції з розбавлених розчинів, можна оцінити за величиною коефіцієнтів розподілу,достигаемих за її використанні. Для волокнистих сорбентів зазвичай величини коефіцієнтів розподілу становлять 103-105мл/г.

·Кинетические властивості. Хороші кінетичні властивості волокнистих сорбентів обумовлені, передусім, їхньою високою удільної поверхнею і хорошою здатність до набряканню. Для характеристики кінетичних властивостей сорбентів зазвичай визначають час досягнення рівноваги за певного відношенні обсягу аналізованого розчину і представників багатьох сорбенту (>V/m), постійної певній температурі й концентрації сольового фону. Також встановлюють швидкість, визначальну стадію, і визначають ефективні коефіцієнти дифузії, використовуючи тих самих методів, що й за вивченні властивостей звичайних сорбентів.

·Комплексообразующие властивості. Механізм взаємодії іонів металів зхелатообразующими сорбентами, зокрема волокнистою структури, досить складний. Чільну увагу приділяється з'ясовуванню механізму сорбції, складу і структури які виникають комплексів, і навіть кількісному опису процесу комплексоутворення, що характеризується величинами констант стійкості комплексів в фазі сорбенту. Для вивчення механізму використовується ряд методів: елементний аналіз, мас-спектроскопія,термогравиметрия, ІК- іЯГР-спектроскопия.

· Хімічна і механічна стійкість. Для синтезу волокнистих сорбентів використовують різноманітні полімерні матеріали, які у значною мірою визначають їх хімічну і механічну стійкість. Хімічна стійкість залежить також від природи запроваджених функціональних груп.

1.4Сорбционное вилучення платинових металів

1.4.1Сорбенти, застосовувані для вилучення платинових металів

На цей час виконано дуже багато робіт з добування і концентруванню платинових металів в різнихионитах. Для вивчення механізму сорбції платинових металів з різними функціональними групами, дослідниками переважно використовуються такі методи якИК-спектроскопия, РЕМ, дериватографія та інших.

>Сильноосновниеанионити: Палладіо (II) надійно тримаєтьсяанионитомАВ-17, з урахуваннямсополимера стиролу ідивинилбензола (8%), у якомутриметиламмонийние активні групи, вCl-форме. Вимити паладій (II) можна тільки11,5н розчином соляної кислоти, причому процеселюирования дуже тривалий. Гарнимелюентом для паладію (II) цих умовах є розчин3н хлорним кислоти. Палладіо в1н розчині фтористого водню добресорбируетсяанионитомАВ-17 вF-форме.Десорбция паладію (II) зионита вдається лише концентрованої плавикової кислотою (>20н) [9].

>Слабоосновниеанионити: Діяльність [10] досліджений механізм сорбції платини (IV) зсолянокислих розчинів насероазотсодержащихсорбентах з моно- ібидентатними функціональними групами. Продукти взаємодії платини (IV) і сорбентів досліджувалися методомИК-спектроскопии. Дослідили три сорбенту:слабоосновнийанионит з третинноїаминогруппой,серосодержащий нейтральний сорбент зсульфидной і третинноїаминной угрупованнями:


>Сорбент

>Функц.гр %P.S %Еге %N %Еге >СОЕ
>АСП-S-N-1

>CH2>S(CH2)2>N(C2H5)2

8,2 2,6 3,6 2,6 1,8
>АСП-N-H

>CH2>N(C2H5)2

- - 4,1 2,9 2,2
>КПП-S-139/7

>CH2>SC2H5

6,6 2,1 - - 0

>ИК-спектри сполук отримували наоднолучевом спектрометріИКС-21 з призмоюCsI (220-400 див-1). Зразки готували як суспензії в вазеліновому олії між вікнамиCsI. Процес сорбції платини наанионите іде за рахунокионообменному механізму, але всероазотсодержащемсорбенте іонообмінний механізм ускладнено іншим процесом – взаємодією платини здонорним атомом сірки. Для з'ясування ролі атома азоту освіти комплексів платини з сорбентом використали метод довгохвильовоїИК-спектроскопии.ПриведениИК-спектри поглинання області прояви коливань зв'язкуметалл-лиганд (200-400 див-1) зразків сорбентів, насичених платиною (IV) зсолянокислих розчинів. У спектрі спостерігається інтенсивна широка смуга поглинання з максимумом 315-325 див-1, яку можна зарахувати до валентномуколебаниюметалл-хлор. У областіинтерпритациявалентних коливань зв'язкуплатина-азот (у її освіти при сорбції зсолянокислих розчинів) утруднена наявністю інтенсивної смуги>Pt->Cl, оскільки відомо, що смуга>Pt-N вИК-спектрахмалоинтенсивна.

Пізніше [11] була вивчена сорбція паладію (II)анионитами з урахуванням стиролу ідивинилбензола пористої структури (>АН-511 іАН-406) іанионитом з урахуваннямметакрилата ідлинноцепочногосшивающего агента -тетравинилового ефіру пентаеритритумакросетчатой структури. Дослідження засвідчили, що з перехід дослабокислим середах ступінь вилучення паладію (II) зростає до 96%.

>АнпилоговаГ.Р. з працівниками [12] досліджувалаанионит сітчастою структури з урахуваннямепихлоргидрина іалифатическихполиаминов стосовно металам платинової групи (>МПГ).Анионит характеризується високими швидкостями сорбціїМПГ зсолянокислих розчинів, хімічної промисловості та термічної сталістю. Для встановлення механізму сорбціїPt (IV) іPd (II)анионитом розглянутіИК-спектри в дальньої області й результати елементного аналізу рівноважних продуктів сорбції, отримані умовах граничного насичення. Зсильнокислих розчинів при кімнатної температурі дані метали беруться поанионообменному механізму, у своїй взаємодія закінчується на стадії освіти іоннихассоциатов, про що свідчить співвідношенняM:N:Cl продукти сорбції, і навіть відповідність значень (>M-Cl) в ІК спектрахсорбционних комплексів літературним даним дляониевиххлорокомплексовМПГ. Встановлено зміна механізму сорбціїPt (IV) іPd (II) занионообменного навнутрисферное заміщення під час переходу від кислих розчинів дослабокислим і нейтральним.

Діяльність [13] вивчена адсорбціяхлоридних і аміачних комплексів платини (IV) на синтетичних волокнахВИОН у широкому інтервалі концентрацій платини (IV). Показано, що адсорбція комплексних іонів платини (IV) наанионитних волокнах підпорядковується рівняннюЛенгмюра:изотерма адсорбції накатионитном волокні маєS-образний вид. Встановлено, що адсорбція з розчиніваммиаката всім вивчених волокон (>АН-1,АН-3 іКН-1) значно перевищує величину адсорбції з кислих розчинів. МетодомИК-спектроскопии показано, що координація платини (IV) на волокніАН-1 іде за рахунок атома азотузамещенногопиридинового кільця; координація понитрильной групі немає на жодному з вивчених волокон.

>Комплексообразующиеанионити: Вивчення [14] новогогетероцепногосероазотсодержащегокомплексита показало, що він характеризується високої хімічної промисловості та термічної сталістю, високими величинамисорбционних ємностей поPd (II).Сорбент виявляє високу селективність до шляхетним металам у присутності низки кольорових металів. МетодомИК-спектроскопии встановлено, що услабокислих розчинахPd (II) повільно взаємодіє зі вториннимиаминогруппами за механізмомвнутрисферного заміщення, асильнокислих розчинах швидко утворює іонніассоциати зпротонированнимиаминогруппами з наступнимвнутрисферним заміщенням атомів хлору атомами сіркидиалкилсульфидних груп.

>Симанова С.А. з

Страница 1 из 5 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація