В основу многих технологических процессов заложены ионообменные реакции, осуществляемые с помощью разнообразных ионообменных материалов. К таким процессам относят гидрометаллургию радиоактивных, цветных, редких и благородных металлов, очистку и разделение химических веществ и реактивов, пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и др.
В последние годы сфера применения ионообменных систем расширилась в связи с их использованием в биологии и медицине. Особенно эффективными являются обнаруженные сравнительно недавно возможности непосредственного извлечения целевых или нежелательных компонентов из биологических сред и жидкостей при их контакте с ионитами различных типов. Модификация ионитов <; различной степенью гемосовмесгимости и сохранение их исходных сорбционных характеристик - актуальная проблема гемо-, плазмо-, лимфо- и ликворосорбции. Фактически эти задачи обусловили появление и дальнейшую разработку нового типа обменных систем - поверхностно-слоистых.
Особенно большое значение имеют ионообменные процессы в технологии подготовки технической и питьевой воды, а также при очистке промышленных сточных вод. Метод ионного обмена является, по существу, единственным методом производства глубокообессоленной и высокочистой воды.
Эффективное и рентабельное применение ионообменных процессов для решения широкого круга народнохозяйственных задач требует развития таких технологий, которые позволили бы в полной мере использовать не только имеющиеся мощности установок, но и обеспечивали бы регенерацию смол и вторичное использование отходов. Решение такой совокупности задач невозможно без развития соответствующих фундаментальных исследований в ионном'обмене.
Публикуемые в последнее время работы по теории и практике ионообмена отличаются высоким уровнем использования математических методов и применением ЭВМ для решения отдельных задач в таких традиционных разделах ионообмена, как статика, кинетика и динамика. Однако для эффективного использования этих методов необходимо создание единой модели или под-
хода, позволяющих последовательно и с достаточной точностью описывать процессы ионообмена на микро- или макроскопическом уровнях.
Множество различных вариантов контакта потока жидкости и слоя ионита, а также различия в физических состояниях системы, определяющих статику и кинетику ионообмена, обусловливают большие трудности в создании единой теории динамики сорбции.
Исследование количественных закономерностей равновесия. кинетики и динамики ионного обмена с учетом структуры иони-тов и физико-химических особенностей протекания процессов дает возможность обосновать и выбрать наиболее эффективные методы и технологические режимы для осуществления гетерогенных ионообменных процессов в стационарных, непрерывно действующих аппаратах. Продолжение интенсивного исследования свойств ионитов и процессов ионного обмена связано с новыми успехами в области получения и практического использования ионообменных материалов.
Синтез ионитов различной степени пористости, ферромагнит-ных и жидких ионитов, ионитов с инертным ядром и поверхностным ионообменным слоем, а также воздействие внешних физических полей открывают новые перспективы разработки и значительной интенсификации процессов ионообмена и ионообменной технологии.
Однако в публикациях не нашел достаточного отражения вопрос о влиянии физических полей на протекание процессов в ионообменных системах. Так, например, влияние электрических полей рассматривается, в основном, в рамках электродиализа, а не с точки зрения физикохимии процессов обмена. В то же время решение именно этой задачи является основой для интенсификации ионообменных процессов и технологий.
В книге кратко изложены нетрадиционные методы исследования поверхностных и объемных свойств частичек ионитов и пути теоретической интерпретации экспериментальных результатов, определено влияние этих свойств на регулирование протекания процессов в ионообменных системах. В этом плане, в частности, рассмотрены электрофорез и диэлектрические измерения, дающие весьма ценную информацию об электроповерхностных свойствах ионитов, определяющих их поведение, особенности двойных электрических слоев, а также исследования по энергетике межфазной границы ионит - раствор, учитывающей сведения о краевых углах смачивания, приравниваемых для пористых систем к углам натекания. Предложенная методика позволяет определить критические поверхностные натяжения ионитов, полную свободную энергию их поверхностей, ее дисперсионную и полярную составляющие, обобщенный термодинамический коэффициент растекания. Эти характеристики,
4
редко рассматриваемые в литературе по ионообменным системам, представляют интерес в связи с применением поверхностно-слоистых ионитов, с необходимостью управления их свойствами, а следовательно, и осуществления оптимального выбора ионитов для тех или иных конкретных целей.
Вследствие весьма большого числа различных факторов, определяющих особенности протекания процессов в ионообменных системах, представляет интерес развитие наиболее общих методов описания ионного обмена и на этой основе построение четкой, физически непротиворечивой структурной модели ионообмен-ника.
Искусственное разделение проблем статики, кинетики и динамики в общей теории ионного обмена, оказавшееся позитивным на определенном этапе, на сегодняшний день во многом определяет отставание теории от практики. Поэтому представляет интерес выяснение механизма процессов, протекающих в ионообменных системах, создание методов описания равновесий, кинетики и динамики обмена на основе модели, учитывающей структуру зерна, формирование пор, наличие и взаимодействие двойных электрических слоев, создаваемых диссоциирующими ионогенными группами в объеме и на поверхности зерна.
Авторы надеются, что идеи и ряд задач, рассмотренных на их основе, позволят вплотную подойти к созданию обобщенной физико-химической модели процессов ионного обмена.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
1. ИОНООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМАХ ИОНИТ - РАЗБАВЛЕННЫЙ ВОДНЫЙ РАСТВОР
1.1. Физико-химические свойства ионитов 6
1.2. Некоторые вопросы строения ионитов 8
1.3. Основные направления в развитпи теории ионного обмена 11
1.4. Параметры, характеризующие ионообменные процессы в системах ионит - водный раствор ^0
1.4.1. Набухание ионитов 25
1.4.2. Адсорбция электролитов 26
1.4.3. Кислотные свойства ионитов 28
1.4.4. Дисперсность и гидрофильные свойства ионитов 42
1.4.5. Равновесное распределение ионов в системе ионит - разбавленный водный раствор 50
1.5. Исследование и расчет равновесных распределений при сорбции ионов металлов катионитами го разбавленных растворов 56
1.5.1. Влияние соотношения и природы противоионов на набухание ионитов 58
1.5.2. Обмен ионов металлов на Н-, Na -формах катионов в растворах, содержащих НС? и NaCC и
1.5.3. Влияние органических веществ и веществ коллоидной степени дисперсности на протекание ионообменных процессов 67
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИОНООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
2.1. Механизм и особенности ионообменных процессов 72 2.1.1. Структурные особенности ионита и давление набухания в зерне 76
2.2. Модели в теории ионообмена 85
2.3. Влияние эффектов двойного электрического слоя на ионообмен 93
2.3.1. Формирование равновесного двойного электрического слоя на границе раздела фаз и его основные характеристики 93
13.2. Определение электрокинетических характеристик в ДС 99
13.3. Особенности формирования двойного электрического слоя ионообменных материалов 102
2.3.4. Теория ионообменных процессов для зерна с инертным ядром и поверхностным слоем ионообменного материала ^
2.4. Электрокинетические и диэлектрические явления в суспензиях частичек ионита 114
2.4.1. Электрофорез сферической частички ионита Ц8 2.4.1 Экспериментальные исследования электроповерхностных свойств частичек ионитов 120 2.4.3. Теория электрофореза частицы ионита, покрытой адсорбированным слоем полимера 131
14.4. Структурные свойства адсорбированных слоев полимера на поверхности частичек ионита 142
14.5. Диэлектрические явления в суспензиях частичек ионита 147 2А.6. Энергетические свойства поверхностных частичек ионитов 150
2.5. Проблемы равновесия в теории ионного обмена 160
2.6. Физико-химическая модель ионообмена 167
3. КИНЕТИКА ИОННОГО ОБМЕНА
3.1. Основные положения и методы описания скорости протекания ионообменных процессов 174
3.2. Влияние поля двойного электрического слоя на кинетику обмена 179
3.3. Диффузия в слое щ
3.4. Диффузия в растворе 189
4. ДИНАМИКА ИОННОГО ОБМЕНА
4.1. Основные направления развития динамики ионного обмена 200
4.2 Особенности динамики ионного обмена в подвижных слоях 204
4.3. Обоснование и постановка задачи динамики ионного обмена 207
5. ИОНООБМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ВО ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ 216
5.1. Модельные представления о диссоциирующих жидкостях 218
5.2 Электрокинетические явления в ионообменных процессах 223
5.3. Особенности теории стационарного прохождения тока через раствор электролита и мембраны 225
5.4. Электрогидродинамическая неустойчивость в мембранных элект-роионообменньос системах • 229
Список литературы - • 236
Цена: 150руб.
