Сорбция ионов на волокнистых ионитах - Химия курсовая работа

Главная

Химия
Сорбция ионов на волокнистых ионитах

Понятие ионитов, ионообменников, ионообменных сорбентов, их свойства и практическое значение. Отличительные особенности и преимущества использования волокнистых ионитов, методы их синтеза. Возможность и механизм сорбции ионов на волокнистых ионитах.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И.И. МЕЧНИКОВА
На тему: Сорбция ионов на волокнистых ионитах
1) Иониты, ионообменники, ионообменные сорбенты, - что это?
2) Что такое ионообменные волокна (волокнистые иониты) и чем они отличаются от всех остальных видов ионитов?
3) Основные преимущества волокнистых ионитов?
4) Какие существуют волокнистые иониты и где их применяют? Как их характеризуют? Какими свойствами они должны обладать? Какие ионы могут сорбировать?
5) Почему возможна сорбция ионов на волокнистых ионитах? Каков механизм такой сорбции?
1. Ион и ты, ионообменники,  ионообменные сорбенты , - что это?
Иониты, ионообменники, ионообменные сорбенты, твёрдые, практически нерастворимые вещества или материалы, способные к ионному обмену. Иониты могут поглощать из растворов электролитов (солей, кислот и щелочей) положительные или отрицательные ионы (катионы или анионы), выделяя в раствор взамен поглощённых эквивалентное количество других ионов, имеющих заряд того же знака. Молекулярную структуру ионитов можно представить в виде пространственной сетки или решётки, несущей неподвижные (фиксированные) ионы, заряд которых компенсируют противоположно заряженные подвижные ионы, так называемые противоионы. Они-то и участвуют в ионном обмене с раствором.
По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катиониты и аниониты. Первые проявляют кислотные свойства, вторые -- основные. Если иониты способны обменивать и катионы и анионы, их называют амфотерными. По химической природе иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими, по происхождению -- природными и искусственными, или синтетическими. Иониты подразделяют на типы и группы по специфическим свойствам, особенностям структуры, назначению и т. п. В частности, иониты, имеющие достаточно плотную структурную сетку с «окнами» определённого размера и избирательно поглощающие лишь те ионы, которые способны пройти в эти «окна», называют ионитовыми ситами (см. также Молекулярные сита).
Из неорганических ионитов практическое значение имеют природные и синтетические алюмосиликаты (некоторые глинистые минералы, цеолиты, пермутиты), гидроокиси и соли многовалентных металлов, например гидроокись и фосфат циркония. Находят применение иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы, лигнина и др. Однако ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам -- ионообменным смолам.
Важнейшее свойство ионитов -- поглотительная способность, так называемая обменная ёмкость. Её выражают максимальным числом мг-экв ионов, поглощаемых единицей массы или объёма ионита в условиях равновесия с раствором электролита (статическая обменная ёмкость) или в условиях фильтрации раствора через слой ионита до «проскока» ионов в фильтрат (динамическая обменная ёмкость). Значения обменной ёмкости большинства ионитов лежат в пределах 2--10 мг-экв/г. Определения обменной ёмкости стандартизованы; динамическая (рабочая) обменная ёмкость всегда меньше статической.
Кроме высокой обменной ёмкости, к ионитам предъявляют требования механической прочности (главным образом на истирание), термической и химической стойкости. Иониты обычно выдерживают длительный срок службы и легко поддаются многократной регенерации.
В зависимости от способа получения и назначения иониты выпускают в различных товарных формах: в виде порошка, зёрен неправильной формы или сферических гранул, волокнистого материала, листов или плёнок (ионитовых мембран). На международный рынок иониты поступают под фирменными названиями: амберлиты (США, Япония), дуолиты (США, Франция), дауэксы (США), зеролиты (Великобритания), леватиты (ФРГ), вофатиты (ГДР) и многие др. Основные промышленные марки отечественных ионитов: катионитыКУ-1, КУ-2, СГ-1, КБ-2, КБ-4, аниониты АВ-16, АВ-17, АН-1, АН-2Ф, АН-18, АН-31, ЭДЭ-10П.
Важнейшей областью применения ионитов была и остаётся водоподготовка. С помощью ионитовых фильтров получают деминерализованную (обессоленную) воду для паросиловых установок, многих современных технологических процессов и бытовых нужд. Ионитовые фильтры и электродиализные установки с ионитовыми мембранами применяют для опреснения морской или грунтовой воды с высоким солесодержанием. В гидрометаллургии иониты используют в процессах обогащения сырья, разделения и очистки редких элементов. Иониты позволяют извлекать золото, платину, серебро, медь, хром, уран и др. металлы из растворов. Переработка радиоактивных отходов, удаление многих вредоносных примесей из сточных вод также успешно осуществляются с использованием ионитов.
В химической промышленности иониты применяют для очистки или выделения продуктов органического и неорганического синтеза, в качестве катализаторов, как средство аналитического контроля технологических процессов. В пищевой промышленности иониты используют при рафинировании сахара, для улучшения качества вин и соков, в производстве витаминов и лекарственных препаратов. С их помощью из растительного и животного сырья извлекают ценные продукты биологического синтеза, консервируют плазму крови, лечат некоторые заболевания. Иониты всё шире применяют в производственной практике, науке и быту.
2. Что такое ионообменные волокна (волокнистые иониты) и чем они отличаются от всех остальных видов ионитов?
Ионообменные волокна - это волокна со специальными свойствами. Эти волокна представляют собой пространственно-сшитые трехмерные структуры, состоящие из ориентированных макромолекул, содержащих функциональные группы кислой и основной природы.
Главное свойство ионообменных волокон состоит в способности их функциональных групп диссоциировать в жидких средах и обмениваться противоионами, а также проявлять хемосорбционные свойства.
Ионообменные волокна обладают высокоразвитой поверхностью и лучшими кинетическими характеристиками по сравнению с зернистыми ионитами (высокая скорость обмена, большая доступность ионогенных групп для обмениваемых ионов, в том числе крупных органических ионов). Их обменная емкость достаточно высока для практического применения и не снижается при многократных циклах регенерации кислотами и щелочами. Важным преимуществом волокнистых ионитов является возможность изготовления из них ионообменных изделий любой формы: нитей, пористых пластин, тканей, нетканых полотен. Синтетические ионообменные волокна обладают высокой обменной емкостью, термостойкостью и химической устойчивостью.
Для синтеза волокнистых ионитов применяются две группы методов:
1. химическая модификация готовых волокон путем полимераналогичных превращений и привитой сополимеризации (или сополиконденсации);
2. формование волокон из смесей неволокнообразующих полимеров с ионогенными группами и волокнообразующих полимеров без функциональных групп.
Полимераналогичные превращения применяются для модификации поливинилспиртовых (ПВС), полиакрилонитрильных (ПАН), полиолефиновых и других волокон. При этом можно получать волокнистые иониты с любой требуемой ионогенной группой. Например, волокнистые сульфокатиониты получают по реакции диеновой конденсации дегидратированных ПВС-волокон с малеиновым ангидридом с последующим присоединением бисульфита натрия или дегидратацией полиеновых волокон с присоединением бисульфита натрия по двойной связи. Этерификацией ПВС-волокон получают карбоксильные и фосфорнокислые катиониты. Волокнистые аниониты получают ацеталированием (малеиновым диальдегидом) и этерификацией ПВС-волокон.
Сильноосновные волокнистые аниониты с обменной емкостью 2,1-4,1 мг-экв/г получают алкилированием эпихлоргидрином ПВС-волокон с привитыми полиэтиленимином (ПЭИ), полиметилвинилпиридином (ПМВП) или другими азотсодержащими полимерами.
Волокнистые аниониты ПВС-ПЭИ с обменной емкостью до 4 мг-экв/г получают путем формования смеси ПВС-волокон и неволокнообразующего ПЭИ в соотношении (3ё9) : 1. Однако производство ионитов на основе ПВС-волокон осуществляется лишь в опытно-промышленном масштабе.
Из промышленных наиболее отработана технология получения волокнистых ионообменных материалов на основе ПАН-волокон (материалов ВИОН), имеющих широкую сырьевую базу (продукция и отходы действующих производств и переработки волокна «нитрон»).
Материалы ВИОН применяются для очистки вентиляционных отходящих газовых выбросов промышленности от растворимых компонентов, аэрозолей кислот и солей тяжелых металлов, где их используют главным образом в виде нетканых иглопробивных полотен, характеристика которых приведена в табл. 1 и 2.
Свойства нетканых иглопробивных полотен на основе волокнистых ионообменных материалов ВИОН
Свойства слабокислотных катионообменных (КН), сильноосновных (АС-1) и слабоосновных (АН-1) анионообменных волокон ВИОН, выпускаемых в промышленном масштабе, приведены в табл. 2.
Свойства синтетических ионообменных волокон ВИОН
Полная статическая обменная емкость, мг-экв/г, в растворе
Линейная плотность (толщина), мтекс
Разрывная нагрузка (прочность), Н/текс
Равновесная (фактическая) влажность, %
Ионообменные свойства сообщаются ПАН-волокнам и их привитым сополимерам методами полимераналогичных превращений с применением щелочного омыления (карбоксилирования) нитрильных групп. Наибольшую обменную емкость волокна приобретают при омылении раствором смеси NaOH концентрации 100-120 г/л и соли гидразина той же концентрации в соотношении 1 : 1 в течение 15-150 мин при 95-100 °С с предварительной кратковременной обработкой волокон раствором NaOH. При этом, используя специфические особенности нитрильных групп, способных при химической модификации поэтапно превращаться в анионо- и катионогенные, путем регулирования продолжительности процесса омыления получают (после отжима омыленных волокон, промывки и сушки при 20-40 °С) катиониты, аниониты или полиамфолиты.
Они обладают высокой обменной емкостью по карбоксильным и аминогруппам (6,5-6,8 мг-экв/г), значительной химической стойкостью. При получении полиамфолитов сохраняется суммарная емкость 6,5-6,8 мг-экв/г, из них на долю карбоксильных групп приходится 3,0-4,5, на долю аминогрупп -- 2,3-3,5 мг-экв/г.
Полиамфолиты и слабоосновные аниониты получают также методом привитой сополимеризации частично омыленных ПАН-волокон с азотсодержащими мономерами (этилендиамин, 2,5-метилвинилпиридин и др.), а также методом формования из смесей ПАН и ПЭИ, растворенных в водном растворе роданида натрия.
Величина СОЕ по слабоосновным группам у синтезированных ионитов достигает 6,2 мг-экв/г. Иониты сильно набухают в воде, увеличивая объем в 7 раз от исходного. Дополнительная обработка эпихлоргидрином (связующий агент) позволяет уменьшить набухаемость волокон в 2 раза. Волокнистые слабоионизованные иониты и полиамфолиты на основе ПАН-волокон обладают высокими обменными и кинетическими свойствами и являются эффективными средствами для очистки сточных и денатурированных вод от ионов хрома, меди и других тяжелых металлов, слабоионизованных органических соединений, таких как анилиновые и антрахиноновые красители, катионные, анионные и неионогенные ПАВ, нефтепродукты и др.
3. Основные преимущества волокнистых ионитов?
Основными преимуществами ионообменных волокон по сравнению с гранульными ионитами при использовании в процессах водо- и газоочистки являются:
· высокая степень очистки воздуха и воды (95-100%) при малых концентрациях поглощаемых веществ (0,1-500 мг/м3 в воздухе и 0,01-10мг/л в воде);
· разнообразие форм ионообменных (хемосорбционных) волокнистых материалов (штапельное волокно, «кноп», жгут, пряжа, ткань, нетканые материалы) обеспечивает широкий выбор конструктивного оформления технологических процессов;
· малый диаметр элементарного волокна (5-50 мкм) обеспечивает большую удельную поверхность волокон (0,5-10 м2/г) по сравнению с гранульными гелевыми ионитами (0,1 м2/г);
· высокая скорость сорбции-регенерации (в 10-20 раз больше чем у гранул) вследствие малой глубины диффузионного слоя волокна позволяет проводить процесс в малых (5-30мм) слоях сорбента;
· реализация полной обменной емкости на 50-90% в динамических условиях фильтрации независимо от концентрации поглощаемого вещества;
· большая удельная фильтрующая (до 30 м2/м3) или контакторная (до 80 м2/м3) поверхность элементов из ионообменных волокнистых материалов в аппаратах газо- и водоочистки;
· низкое аэро- и гидродинамическое сопротивление фильтрующего слоя;
· возможность организации непрерывного процесса сорбция-регенерация;
· сочетание механической и ионообменной (хемосорбционной) очистки;
· низкая энергоемкость и водопотребление при использовании в аппаратах газо- и водоочистки.
4. Какие существуют волокнистые иониты и где их применяют? Как их характеризуют? Какими свойствами они должны обладать? Какие ионы могут сорбировать?
В наше время на рынке ионитов можно встретить изделия различных фирм и стран. Не руководствуясь никакими меркантильными соображениями и никак не поддерживая ни одну из них, мы рассмотрим волокна МИОН исключительно в качестве примера.
Волокна МИОН применяются для изготовления различных текстильных форм -- штапель, нити, ткани, нетканое иглопробивное или холстопрошивное полотно, позволяющих расширить выбор аппаратурного оформления сорбционных процессов.
Высокая объёмная ёмкость, химическая и осмотическая стабильность, позволяет многократно использовать волокна в сорбционно-десорбционных процессах.
· высокая скорость сорбции ионов и молекул;
· широкий набор функциональных групп;
· высокая обменная ёмкость, химическая и осмотическая стабильность;
· малая линейная скорость фильтрации (до 0,1 м/с);
· большая фильтрующая поверхность в единице объёма фильтра (до 30 м2/м3);
· низкое аэро и гидродинамическое сопротивление;
Основные характеристики волокон «Мион»
Линейная плотность, (текс) в пределах
Относительная разрывная нагрузка элементарного волокна; (мН/текс) не менее
Удлинение моноволокон при разрыве, не менее %
Полная статическая обменная емкость по 0.1 н NaOH / HCL, (мг-экв/г) в пределах
Влажность волокна, (масс.%) не более
Максимальная температура эксплуатации
Текстильные материалы «Мион» предназначены для очистки газовоздушных сред от токсичных примесей кислой и основной природы (SO2, SO3, HF, HCl, Cl2, H2S, CrO3, NO2, NH3, органические кислоты и основания), а также аэрозолей кислот и щелочей, очистки жидких сред от ионов тяжелых металлов, поверхностноактивных веществ, красителей.
Используется в качестве фильтрующего материала для очистки воздуха от газообразных и аэрозольных примесей основного характера (аммиак, органические амины, гидразин, гидроксиламин, оксиды и гидроксиды металлов).
Используется в качестве фильтрующего материала для очистки воздуха от газообразных и аэрозольных примесей кислого характера ( SO2, SO3, HF, HCl, HNO3, H2SO4, CrO3, CH3COOH, HCOOH, Cl2,NO2 и др.)
Области применения материалов МИОН:
· в комплексных фильтрах доочистки питьевой воды от катионов тяжелых металлов: Cu2+, Cd2+, РЬ2+, Hg2+ и др.
· в установках по очистке вентвыбросов промышленных предприятий;
· в качестве фильтрующих элементов противогазов и газопылевых респираторов;
· для изготовления защитной одежды для производств с тяжелыми условиями труда.
Полотно из катиообменного волокна МИОН К-5
Технические характеристики нетканого иглопробивного полотна МИОН   К-5
Толщина при удельном давлении 980 Па (мм) не менее
Поверхностная плотность (г/м2), не менее
Воздухопроницаемость (дм3/м2с), не менее
* -- по специальному заказу поверхностная плотность полотна может варьироваться от 200 до 1200 г/см2, толщина -- от 3 до 14 мм.
Технические характеристики нетканого вязальнопрошивного полотна МИОН   К-5
Поверхностная плотность (г/м2), не менее
Изменение линейных размеров после стирки и глажения (%),
Воздухопроницаемость (дм3/м2 с), не менее
* -- по специальному заказу потребителя может быть изготовлено полотно с поверхностной плотностью от 150 до 300 г/м2
Полотно из анионообменного волокна МИОН АК-22
Технические характеристики нетканого иглопробивного полотна МИОН   АК-22
Толщина при удельном давлении 980 Па (мм), не менее
Поверхностная плотность (г/м2), не менее
Воздухопроницаемость (дм3/м2 с), не менее
* -- по специальному заказу поверхностная плотность полотна может варьироваться от 200 до 1200 г/см2, толщина -- от 3 до 14 мм.
Технические характеристики нетканого вязальнопрошивного полотна МИОН   АК-22
Поверхностная плотность (г/м2), не менее
Изменение линейных размеров после стирки и глажения (%), 
Воздухопроницаемость (дм3/м2 с), не менее
* -- по специальному заказу потребителя может быть изготовлено полотно с поверхностной плотностью от 150 до 300 г/м2.
5. Почему возможна сорбция ионов на волокнистых ионитах? Каков механизм такой сорбции?
Как отмечалось выше, волокнистые иониты характеризует:
· высокая скорость сорбции ионов и молекул;
· широкий набор функциональных групп;
· высокая обменная ёмкость, химическая и осмотическая стабильность;
· малая линейная скорость фильтрации (до 0,1 м/с);
· большая фильтрующая поверхность в единице объёма фильтра (до 30 м2/м3);
· низкое аэро и гидродинамическое сопротивление;
Сама сорбция - поглощение твердым телом или жидкостью различных веществ (жидкостей либо газов) из окружающей среды. В нашем случае поглощение происходит благодаря активным реакционным центрам на ионите (карбоксильные, аммино- или амидные группы): проходящая элементарная реакция обмена (например, протона водорода на ион металла) позволяет поглотить, задержать ион на ионите. В растворе (воздухе и т. д.) остаются безвредные соединения. В случае с волокнистыми ионитами это возможно, в первую очередь, благодаря широкому набору функциональных групп и высокой скорости ионообменных реакций (актов сорбции). Значительную роль играет низкое аэро и гидродинамическое сопротивление, большая фильтрующая поверхность в единице объёма фильтра и химическая и осмотическая стабильность, что обусловлено волокнистой структурой ионообменника.
Исследование эволюции физико-химических характеристик ионообменных смол и изготовленных из них мембран в процессах переработки амфолит-содержащих модельных растворов и виноматериалов. Электропроводность ионитов, её связь с другими свойствами ионитов. дипломная работа [4,6 M], добавлен 18.07.2014
Общие сведения о неорганических ионитах. Селективные и комплексообразующие иониты. Основные характеристики ионообменников. Синтез дифосфатов Со, Ni и Fe и их характеристика. Идентификация синтезированных фосфатов Со, Ni и Fe и определение их свойств. дипломная работа [918,9 K], добавлен 13.03.2012
Физико-химическая характеристика кобальта. Комплексные соединения цинка. Изучение сорбционного концентрирования Co в присутствии цинка из хлоридных растворов в наряде ионитов. Технический результат, который достигнут при осуществлении изобретения. реферат [34,9 K], добавлен 14.10.2014
Оборудование ионообменных установок, предназначенное для очистки природных и сточных вод от растворенных примесей, обессоливания и опреснения воды. Виды ионитов, их свойства. Дренажные устройства фильтров. Расчет многосекционной катионообменной колонны. курсовая работа [1,7 M], добавлен 07.01.2016
Слоистые двойные гидроксиды (СДГ), их структура и методы синтеза. Изучение сорбции марганца(II) на образцах Mg,Al-CO3 СДГ в статических условиях. Кинетика сорбции марганца(II). Зависимость оптической плотности от времени сорбции марганца(II) из раствора. курсовая работа [648,6 K], добавлен 13.10.2017
Определение ионов Ва2+ с диметилсульфоназо-ДАЛ, с арсеназо III. Определение содержания ионов бария косвенным фотометрическим методом. Определение сульфатов кинетическим турбидиметрическим методом. Расчёт содержания ионов бария и сульфат-ионов в растворе. контрольная работа [21,4 K], добавлен 01.06.2015
Кинетика ионного обмена. Определение лимитирующей стадии процесса сорбции и установление механизма сорбции хлорокомплексов палладия (II) на волокнах ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ из хлоридных растворов. Влияние температуры и способов регенерации сорбентов. дипломная работа [405,1 K], добавлен 01.04.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Сорбция ионов на волокнистых ионитах курсовая работа. Химия.
Контрольная Работа По Биологии 8 Класс
Реферат: Дисциплина труда 4
Реферат На Тему Нейтронные Звезды
Реферат по теме Трагические страницы Истории Украины 30-е годы 20-го века
Бетховен Полное Собрание Сочинений Скачать
Эссе Про Абылай Хана 30 Слов
Контрольная Работа По Математике Козлова
Реферат по теме Жидкие кристаллы как основа развития современных технологий
Химия 10 Контрольная Работа 4
Дипломная работа по теме Анализ основной деятельности вертикально интегрированных компаний в условиях российского рынка на примере ОАО НК 'Лукойл'
Контрольная работа: Принципы и формы налогообложения
Реферат: Супермаркет
Курсовая Аудит Расчетов С Поставщиками И Подрядчиками
Можно Ли Закончить Аспирантуру Без Защиты Диссертации
Реферат: Управление гостиничным бизнесом в Казахстане
Реферат: Arabic Literature Essay Research Paper Anthony BaldinoMr
Реферат На Тему Безопасные Приемы На Высоте
Реферат 1 Мировая Война
Учебное пособие: Методические указания и контрольные задания по выполнению домашней контрольной работы №2 для студентов заочной формы обучения по специальности 2304 Парикмахерское искусство 2006г
Сочинение Рассуждение На Тему Поучение Владимира Мономаха
Взаємозамінність, стандартизація та технічні вимірювання - Производство и технологии курсовая работа
Определение серы в нефти и нефтепродуктах - Химия отчет по практике
Строение цветка - Биология и естествознание презентация