Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Новоселецкая Оксана Вячеславовна

Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита
<
Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Новоселецкая Оксана Вячеславовна. Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита : диссертация... кандидата химических наук : 02.00.01 Краснодар, 2007 127 с. РГБ ОД, 61:07-2/400

Содержание к диссертации

Введение

1. Синтез, теоретические аспекты гранулирования и современные представления о взаимодействии ионов с неорганическими ионообменными материалами .

1.1. Синтез селективных неорганических ионообменных материалов 7

1.2. Системы на основе гидроксидов магния и алюминия 10

1.3. Способы получения гидроксидов со структурой гидроталькита 16

1.4. Гранулирование неорганических сорбционных материалов 17

1.5. Влияние структуры гранулятов неорганических сорбентов на скорость массообменных процессов 21

1.6. Ионы, их формы состояния и устойчивость в водных растворах 24

1.7. Анализ современных способов очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов 29

2 Методики исследования

2.1 Исследуемые материалы и оборудование 35

2.2. Физико-химические методы исследования 36

2.2.1. Методика рентгенофазового анализа 36

2.2.2. Методика ИК спектроскопического анализа 36

2.3. Методика исследования сорбционных свойств совместно осажденных гидроксидов магния и алюминия 36

2.4. Методика исследования кинетики сорбции 37

2.5 Методики химического анализа 38

2.6 Определение удельной поверхности и пористости сорбентов 39

2.6. Расчет статических характеристик состава синтезированных систем и их сорбционных свойств 43

2.7. Метрологическое обеспечение эксперимента 45

2.8. Статистическая обработка результатов измерений 45

3. Экспериментальная часть

3.1. Синтез и исследование физико-химических свойств совместно осажденных гидроксидов алюминия и магния 46

3.2. Определение сорбционно-структурных характеристик совместно осажденных гидроксидов магния и алюминия 48

3.3. Изучение сорбционной способности совместно осажденных гидроксидов магния и алюминия 52

3.4. Кинетика сорбции анионов на совместно осажденных гидроксидах магния и алюминия 69

4. Математическое моделирование процесса сорбционного извлечения сорбируемых ионов при фильтровании сточных вод через синтезированные сорбенты 80

4.1. Математическое описание процесса сорбционного извлечения исследуемых ионов 81

4.2. Атлас решений дифференциальных уравнений динамики сорбции ионов 84

4.3. Сорбция Cr(VI), Hg(II), [Fe(CN)6f , [Fe(CN)6] 4" в динамических условиях 89

Заключение 106

Выводы 108

Литература 110

Приложение 120

Введение к работе

Решение проблемы предотвращения загрязнений окружающей среды зависит от успешного решения задачи очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов. Нередко возникает необходимость удаления из промышленных сточных вод гальванических производств гексацианоферрат- и хромат- анионов. В производстве средств молекулярной электроники, антикоррозионных добавок в химические источники тока существуют отдельные участки, связанные с переработкой ртути и ее соединений, что требует решения задачи, связанной с обезвреживанием ртутьсодержащих сбросов. Очистка производственных стоков ртути до уровня ПДК (0,005 мг) возможна только с использованием сорбционной технологии.

В связи с этим создание на основе гидроксидов металлов ионообменных материалов, позволяющих за счет высоких емкостных и кинетических характеристик осуществить глубокую очистку технологических стоков от токсичных анионов и катионов, является чрезвычайно важной задачей. Следует отметить, что целый ряд эффектов, используемых для разделения ионов с помощью неорганических сорбентов, в принципе не может быть эффективно использован с применением ионообменных материалов на основе органических полимеров.

Исследования, проводимые в конце прошлого века Львовичем Б.И., Сальниковой В.А., Науменко Л.В., Вольхиным В.В., Сухаревым Ю.И., Воловичем A.M., Барковским И.П., Павловичем Ю.А., Бичиным Н.А., Сметанкиным В.И., Окопной Н.Т., Ропотом В.М., Оратовским В.А., Комиссаровой Л.Н., Шацким В.М., Моисеевым В.Е., позволили разработать широкий спектр неорганических материалов, однако они не всегда отвечали требованиям, позволяющим широко использовать их на практике. Поэтому проблема создания работоспособных неорганических ионообменных

материалов, обладающих достаточной механической прочностью, осмотической устойчивостью, приемлемой кинетикой массообменных процессов до сих пор является достаточно актуальной. Анализ литературных данных показал, что наиболее перспективными являются сорбенты на основе двойных гидроксидов металлов со структурой гидроталькита.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой НИР Кубанского государственного технологического университета «Научные исследования высшей школы в области химии и химических продуктов. Разработка новых путей синтеза и исследование физико-химических свойств систем на основе оксидов и гидроксидов» (№ государственной регистрации 01200511295).

Целью работы является синтез неорганического сорбента со структурой гидроталькита на основе совместно осажденного гидроксида магния и алюминия с использованием золь-гель процесса, исследование механизма взаимодействия между анионами и сорбентом. Определение кинетических характеристик процессов сорбции и десорбции.

Научная новизна работы:

Предложен новый способ получения магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита с использованием золь-гель процесса, исследована его сорбционная способность по отношению к ионам Сг042\ [Fe(CN)6f, [Fe(CN)6]4-,[HgI4]2\

Установлены механизмы взаимодействия указанных анионов с совместно осажденным гидроксидом магния и алюминия со структурой гидроталькита.

С использованием программы FAVORIT получен атлас решений системы дифференциальных уравнений для моделирования процесса сорбции в динамических условиях.

Определены сорбционно-кинетические показатели, характеризующие процесс ионного обмена на синтезированном сорбенте.

Показана принципиальная возможность применения разработанного сорбента для сорбции Cr042', [Fe(CN)6]3', [Fe(CN)6] 4",[Hg I4]*'.

Практическая значимость работы: Синтезирован сорбент на основе гидроксидов магния и алюминия, который может применяться для извлечения анионов Cr04 \ [Fe(CN)6]", из сточных вод гальванических производств. Проведено полупромышленное испытание полученного сорбента на ОАОТ «Краснодарский ЗИП». Предлагаемая технология сорбции позволит очистить стоки гальванического цеха от хрома (VI), [Fe(CN)6]3" до норм ПДК. Полученные результаты могут быть использованы при проведении лекций, а также практических занятий по курсу «Экология» в КубГТУ и других технических университетах.

Структура и объем работы: Диссертационная работа, изложена на 120 страницах машинописного текста, из них 23 рисунков, 19 таблиц, 1 приложения, состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 110 наименований работ российских и зарубежных авторов.

Влияние структуры гранулятов неорганических сорбентов на скорость массообменных процессов

Существуют различные методы получения двойных гидроксидов со структурой типа гидроталькита.

Получение двойных гидроксидов со структурой типа гидроталькита осуществляют методом окисляющего гидролиза соответствующих двойных оксидов [5 7,5 8] .На первой стадии в этом методе высокотемпературным твердофазным синтезом получают смешанные оксиды шпинельного типа с заданным соотношением катионов. Смешанные оксиды могут образовываться в широкой области составов согласно формуле NaMj.yLyCb

В работе [38] двойные гидроксиды магния и алюминия, обладающие слоистой структурой типа гидроталькита, получены путём выдерживания гидроксида магния при 65С в течение 2-4 суток в 1 М растворах нитрата алюминия. В двойных гидроксидах, полученных по этому методу, посредством рентгенофазового анализа обнаруживаются остаточные фазы брусита.

По сравнению с вышеописанными методами получения гидроксидов, более простым способом получения двойных гидроксидов металлов со структурой гидроталькита является их осаждение из растворов солей соответствующих металлов. По этому способу раствор соли металла или смеси солей металлов, взятых в заданных стехиометрических соотношениях, при интенсивном перемешивании вливают в раствор, содержащий небольшой избыток щелочи (конечное значение рН 8-Ю) [59]. Иногда, чтобы получить продукт с хорошо оформленной структурой, кристаллизацию осадка проводят при нагревании [60-61]. Для того чтобы избежать образования фазы, содержащей карбонат-ионы, осаждение осуществляют в атмосфере свободной от С02.

Продукты синтеза гидроксидов металла со структурой типа гидроталькита, полученные различными методами, могут содержать дополнительные примесные фазы [50, 38-40]. Однако, несмотря на это, зачастую полученные гидроксидные материалы удовлетворяют своими качественными характеристиками, и при этом основным требованием является обеспечение простоты методов их получения.

Наиболее технологичным способом применения неорганических сорбционных материалов является их использование в массообменных аппаратах с фильтрующим слоем. Поэтому сорбент должен представлять собой зернистый материал, обеспечивающий хорошую фильтрацию раствора. Размер гранул определяется компромиссом между стремлением снизить гидравлическое сопротивление аппарата и обеспечить высокие скорости массообмена. Способы получения гранулятов неорганических ионообменных материалов весьма разнообразны и зависят от используемого сырья и состава синтезируемого сорбента. Если исходным сырьем является кусковой материал, то задача сводится к их измельчению до гранул нужного размера. Выход товарного продукта зависит от условий помола и ширины отбираемой фракции. При высушивании пастообразных осадков гидроксидов образуется кусковой материал с размерами в десятки и сотни миллиметров. Если этот материал после высушивания замочить водой, то происходит растрескивание исходных кусков на более мелкие с размерами от 1-Н2 мм. Этот процесс называют декриптацией. Гранулометрический состав получаемых продуктов зависит от содержания растворимых солей в пасте, подаваемой на сушку и исходной влажности материала, подаваемого на декриптацию, а так же способа увлажнения материала. При использовании процесса декриптации для получения гранулятов неорганических сорбентов следует иметь в виду эффекты релаксации. Так, медленное увлажнение материала, например, при адсорбции влаги из воздуха при комнатной температуре, как правило, не приводит к заметному измельчению исходного материала. При замачивании такого, предварительно увлажненного, материала в воде получается более крупный гранулят, чем при замачивании свежевысушенного образца. При значительном увлажнении эффект декриптации может и вообще не проявиться.

Следует отметить и еще один режим увлажнения, а именно, обработку высушенного материала паром. Используя этот прием, иногда удается получить удовлетворительный гранулометрический состав в тех случаях, когда прямое замачивание приводит к слишком сильному измельчению, или предотвратить измельчение материала, если оно нежелательно. Рассмотрение проблем, связанных с декриптацией неорганических сорбентов, подводит нас к весьма важной для этих материалов проблеме, а именно, проблеме осмотической устойчивости. Действительно, если замачивание сорбента в воде приводит к частичному механическому разрушению, то эти процессы могут осуществляться в ходе его эксплуатации, особенно в условиях меняющегося осмотического давления. Тем не менее, техника декриптирования позволяет получать и вполне удовлетворительные по осмотической устойчивости материалы [62]. Для увеличения осмотической устойчивости применяют ряд методов, в том числе использование золь-гель процесса и импрегнирование неорганических сорбентов в готовые носители.

При использовании золь-гель метода, продуктом реакции образования малорастворимого соединения является не аморфный осадок, как это обычно бывает при осаждении таких соединений, а сферические частицы геля размером от 5+7 мм и меньше. Эти частицы обладают достаточной механической прочностью, чтобы не слипаться при высушивании. Малые размеры частиц геля приводят к относительно небольшим линейным усадкам в ходе высушивания гидрогеля, что, в свою очередь, препятствует возникновению и развитию трещин в высушиваемом материале. В итоге получаются гранулы, прочность которых значительно превосходит этот показатель для материалов, изготовленных путем осаждения в свободном объеме. Основная трудность реализации подобных процессов заключается в необходимости осуществить смешение и взаимодействие компонентов без существенного увеличения вязкости прореагировавшей смеси. Поэтому данный способ синтеза реализуется только в системах, образующих золи. Характерной особенностью данного метода гранулирования является то, что процесс формования гранул в нем предшествует процессу окончательного отверждения материала.

Анализ современных способов очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов

В настоящее время известно много методов извлечения сточных вод, которые по степени химического воздействия на сточные воды можно условно разделить на следующие группы: безреагентные, химические, электрохимические и сорбционные способы очистки сточных вод.

К безреагентным методам очистки сточных вод от ИТМ относят гиперфильтрацию (диффузия вещества, обычно растворителя, через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и чистый растворитель), Ультрафильтрацию (обратный диализ), при котором используются крупнопористые мембраны. В этом случае мембрана проницаема не только для молекул растворителя, но и для некоторых растворенных веществ, диффузия которых из раствора позволяет осуществить диализ, то есть удалить из раствора низкомолекулярные вещества, а также термическую обработку сточных вод.

Основным недостатком этих способов является большая энергоемкость и низкая технологичность. Химические способы очистки можно условно разделить на два вида: на реагентные способы и на ионообменные способы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (ИТМ).

Реагентные способы очистки основаны на использовании химических реакций, в результате которых ИТМ, содержащиеся в сточных водах, превращаются в безопасные соединения или выделяются в виде труднорастворимых соединений, которые затем отделяют от жидкой фазы обычными методами, принятыми в водоподготовке. Недостатками реагентных методов являются: большой расход дорогих реагентов, часто безвозвратная потеря содержащихся в сточных водах ценных элементов в связи со сложностью переработки осадков, значительная минерализация очищенной воды, что затрудняет ее повторное использование, недостаточная эффективность очистки, что вызывает необходимость доочищать обработанную воду другими методами.

Ионообменные способы очистки сточных вод основаны на способности некоторых материалов к обмену ионами с очищаемой водой. Наиболее широкое применение получили ионообменные смолы (иониты).

Недостатками ионообменного способа очистки воды является применение дорогих ионообменных смол, необходимость в частой регенерации их, использование для регенерации дорогостоящих кислот и щелочей, необходимость применения предварительной очистки стоков от органических веществ т.к. органические вещества вызывают быстрое отравление ионообменных свойств и невозможность их регенерации.

Биологическая очистка сточных вод в последнее время непрерывно совершенствуется. Киевский институт микробиологии и вирусологии предлагает способ биологической очистки путем контактирования сточных вод с мицелием грибов Aspergillus в течение суток с последующим отделением биомассы фильтрованием. Также в качестве биотеста используют рачков Dafnia-magna, и по принципу их выживаемости, в течение 6;12;24;48;96 часов, судят о токсичности исследуемой воды. Несмотря на перспективность биохимических методов очистки сточных вод от ИТМ они не нашли еще широкого применения в промышленности. Основными электрохимическими способами обработки сточных вод являются электролиз, электродиализ и метод электрохимической коагуляции (электрокоагуляция). Однако даже при создании оптимальных условий очистки сточных вод этими методами остаточные концентрации в них ИТМ часто превышают значения ПДК для выпуска в водоем. Основными недостатками электрокоагуляции следует, считать большой расход листовой стали на растворимые электроды и большой расход электроэнергии. К электрохимическим способам очистки сточных вод относят также электрофлотацию. Процесс электрофлотации основан на разложении воды под действием электрического тока, вследствие чего образуются мельчайшие пузырьки водорода и кислорода. Оценивая в целом электрохимические способы очистки сточных вод, содержащих ИТМ, следует отметить, что применение их требует предварительной очистки и подготовки стока различными химическими и физико-химическими методами (нейтрализация, фильтрование, отстаивание и т.д.). Электрокоагуляция очень эффективна, дает высокий коэффициент очистки, но не доочищает воду до уровня ПДК, а, следовательно, требует последующей ступени финишной доочистки. Сорбционные методы очистки нашли широкое применение в химической технологии. Весьма перспективным является применение сорбентов и для очистки воды. Сорбенты можно разделить на две большие группы: сорбенты на углеродной основе и сорбенты на минеральной основе. Главным достоинством сорбционного метода является многократное использование сорбента в цикле "сорбция-десорбция", что значительно увеличивает экономическую эффективность сорбционной очистки. Кроме решения проблемы очистки сточных вод до значений ПДК можно произвести извлечение ценного компонента с поверхности сорбента.

Определение сорбционно-структурных характеристик совместно осажденных гидроксидов магния и алюминия

Для синтеза совместно осажденных гидроксидов алюминия и магния использовали 1,0 н растворы хлоридов магния и алюминия, смешанных в соотношении 4: 1 , по литературным данным признанным оптимальными. Значение рН поддерживали в интервале 9,6 - 10 .Полученную смесь при интенсивном перемешивании вливали в 1 н раствор гидроксида натрия. Осадок выдерживали в маточном растворе в течение 24 часов, затем отмывали дистиллированной водой методом декантации до отрицательной реакции на ионы СГ как в растворе, так и в самом осадке, после чего осадок отжимали и подвергали гранулированию, помещая пастообразный материал в формы и высушивая при температуре 120 С. При замачивании высушенного материала в воде происходит частичное растрескивание исходных гранул. Причиной разрушения является возникновение напряжения, вызванного его усадкой при высушивании. В сухом материале эти напряжения компенсируются силами сцепления отдельных твердых фрагментов, при замачивании возникает дополнительная нагрузка, обусловленная образованием двойного электрического слоя на стенках пор или давлением, возникающим при заполнении капиллярной системы раствором. Эти процессы могут происходить в ходе эксплуатации сорбента. Поэтому для увеличения осмотической устойчивости применяли золь-гель процесс. Смесь солей хлоридов магния и алюминия, взятых в соотношении 4:1 капельно диспергировали в большую емкость с раствором NaOH, где происходит образование частиц твердой фазы. После отверждения гель-сферы промывали водой, а затем высушивали.

При использовании золь-гель метода, продуктом реакции образования совместно осажденных гидроксидов магния и алюминия (СОГ) является не аморфный осадок, а сферические частицы геля размером 5-8 мм. Малые размеры частиц геля приводят к относительно небольшим линейным усадкам в ходе высушивания гидрогеля, что в свою очередь, препятствует возникновению и развитию трещин в высушиваемом материале.

Выбирая методику гранулирования, исходили из того, что она должна обеспечивать получение достаточно прочных гранул и гарантировать их доступность для массообменных процессов. Следует отметить, что в данном случае не следует добавлять связующее вещество, так как гидроксид магния способен к поликонденсации с образованием механически прочных структур.

Рентгенофазовый анализ совместно осажденных гидроксидов потдвердил образование структуры гидроталькита с примесью фазы брусита.

Поскольку полученные осадки невозможно в полной мере идентифицировать по данным рентгенофазового анализа, был использован метод Ж-спектроскопии. На Ж-спектрах образцов СОГ магния и алюминия (рис. 9) проявляется узкая полоса поглощения v (ОН) в области 3660 -3620 см"1, которая отвечает валентным колебаниям связи - ОН не возмущенным водородными связями и свидетельствующая о присутствии фазы Mg(OH)2. Вторая широкая полоса, в области 3460-3430 см 1, отвечает валентным колебаниям ассоциированных гидроксилов оксогидроксида алюминия. Полоса при 1595см"1 принадлежит деформационным колебаниям воды, полосы при 1020, 860 и 735 см"1 вызваны деформационными колебаниями групп ОН гидроксидов, связь Me - О дает слабые полосы поглощения в области 510-450 см 1. Кроме того, на ИК-спектрах отмечены полосы поглощения при 1375 -1525, 1050 см , свидетельствующие о понижении симметрии СОз2" групп, что говорит об образовании связей Ме-ОСОз.

Таким образом, ИК-спектроскопическое исследование СОГ показало наличие деформационных колебаний гидроксильных групп, что позволяет отнести их к истинным гидроксидам. Одним из основных свойств неорганических сорбентов является структура порового пространства. Для характеристики пористой структуры использовали следующие: удельную поверхность; объем пор, отнесенный к массе сорбента; распределение пор по радиусам. Величину удельной поверхности определяли по низкотемпературной адсорбции азота хроматографическим методом анализа, с последующей обработкой полученных данных по уравнению БЭТ [96]. Удельную поверхность (м /г) рассчитывали по формуле: Где ат - величина адсорбции пара, соответствующая молекулярному покрытию поверхности адсорбента; N- число Авогадро; Wo - площадь, занимаемая одной молекулой в мономолекулярном слое. Величину этой площади находят из ван-дер-ваальсовых размеров молекулы, ее ориентации у поверхности и упаковки. Константу ат находили из графической зависимости Для объяснения процессов, протекающих на поверхности твердого тела, важное значение имеют размеры его пор, так как они влияют на скорость диффузии исходных реагентов и продуктов реакции и обуславливают доступность внутренней поверхности сорбента. Для исследования пористости исследуемых СОГ нами была использована ртутно-порометрическая установка П-5, состоящая из комплекта порометров низкого и высокого давления. Давление, оказываемое на образец, варьировалось в пределах 0,3-2500 кг/см, что позволило исследовать эффективные радиусы пор в интервале от 3,0 до 26000 нм (26 мкм). Опыты производили по системе Плаченова [97] с последующим расчетом эксперементальных данных на ПК.

Осадки СОГ алюминия и магния, полученные по методике, описанной ранее, просушивали при температуре 120С в течение 6-8 часов. Перед исследованием пористости навеску мсассой 5 г помещали в расширенную часть дилатометра, который затем запаивали и опускали в прибор для заполнения ртутью. Эвакуацию воздуха из дилатометра производили до давления 10"4 мм рт. ст. и не менее двух часов после достижения данного давления. Затем дилатометр закрепляли на крышке бомбы и помещали в ее корпус. Из баллона в бомбу пускали азот; измерение сопротивления производили до достижения равновесного давления в бомбе, примерно через 10 часов после очередного повышения давления. После полного использования давления в балоне дальнейшее его повышение проводили с помощью маслянного насоса и при достижении 2500 атм., начинали постепенное снижение давления, фиксируя изменение сопротивления проволоки в дилатометре. Для каждого исследования проводили несколько параллельных измерений.

Атлас решений дифференциальных уравнений динамики сорбции ионов

В предыдущих разделах настоящей работы представлены и обсуждены экспериментальные данные, показывающие многообразие механизмов, реализующихся при взаимодействии СОГ алюминия и магния с анионами. Для более полного понимания данных механизмов представлялось необходимым исследовать кинетику сорбции анионов совместно осажденных гидроксидов магния и алюминия. Эффективность ионообменных технологий, приобретающих большое значение в химической технологии, гидрометаллургии и промышленной экологии, в значительной мере определяется кинетическими свойствами ионообменных систем. Работы по исследованию кинетики ионного обмена проводятся широко, но они посвящены, в основном, сорбционным системам с органическими ионитами [102-103]. Неорганические ионообменники отличаются от органических ионообменников достаточно жесткой структурой первичных кристаллитов, характеризующихся многообразием микроструктур, и хорошо выраженной макроструктурой гранул. Все это неизбежно влияет на кинетику ионного обмена на неорганических ионитах. Однако работ, посвященных исследованию кинетики ионного обмена на неорганических ионитах мало.

Целью исследования явилось изучение кинетики обмена галогенид- ионов с гидроксид-ионами на гранулированном СОГ алюминия и магния

Гранулы СОГ магния и алюминия представляют собой агломераты из кристаллитов. Пространства между ними составляют макропоры, заполненные раствором, по которым обеспечивается транспорт анионов, внутрь гранулы из внешнего раствора; Скорость диффузии в макропорах, как правило, меньше, чем в свободном объеме раствора. Снижение коэффициента диффузии внутри пор, составляющих каналы, объясняется меньшей проницаемостью гранул, извилистостью каналов, по которым диффундируют ионы, их взаимодействием со стенками пор, где возможно образование двойного электрического слоя, повышенной вязкостью раствора в порах.

Собственно ионный обмен протекает на кристаллитах. Существует два основных механизма: обмен на поверхности кристаллитов и диффузия в межслоевые пространства структуры кристаллитов. Очевидно, что нельзя исключать ни один из них.

Таким образом, гранулированный СОГ алюминия и магния попадает под классическое определение бипористых сорбентов. Экспериментальные и теоретические исследования подобных систем проводились в работах [104-106]. Особенность интерпретации полученных экспериментальных данных состоит в том, что кинетика ионного обмена в бипористых средах может определяться одновременно диффузией в макропорах и стоком в твердую фазу, или одной из этих стадий, при условии, что одна из них лимитирующая. Вклад каждой из стадий может быть оценен по ее кинетическому масштабу времени.

Когда лимитирующей стадией является диффузия в макропорах, скорость протекания процесса обратно пропорциональна коэффициенту распределения и квадрату радиуса гранулы. Для проверки этого положения была исследована зависимость скорости поглощения хлорид-ионов гранулированным СОГ алюминия и магния в зависимости от размеров гранул. Анализ полученных данных показал, что с уменьшением размера гранул скорость процесса быстро возрастает. Путем дробления первичных гранул до малых размеров получена оценка диффузионного времени в кристаллитах: tk 10 сек, при аналогичном параметре для макропор гранул: tm 150-Н60 сек.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что кинетика обмена галогенид-ионов с СОГ алюминия и магния определяется диффузией в макропорах.

Похожие диссертации на Синтез и физико-химические свойства магний-алюминиевого сорбента со структурой гидроталькита