Особенности сорбционного извлечения палладия (II) из хлоридных растворов волокнами ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ (стр. 1 из 9)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО« ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Ф.М. Достоевского»
КАФЕДРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Дипломная работа
Особенности сорбционного извлечения палладия (II) из хлоридных растворов волокнами ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ
Выполнил:
студент гр. хх-001
Михеев М.С.
Омск-2010
Содержание
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Ионообменное равновесие
1.2 Кинетика ионного обмена
1.3 Преимущества волокнистых хелатообразующих сорбентов
1.4 Сорбционное извлечение платиновых металлов
1.4.1 Сорбенты применяемые для извлечения платиновых металлов
1.4.2 Изучение кинетики сорбции палладия на комплексообразующих сорбентах
1.4.3 Формы нахождения палладия в растворе
2. Экспериментальная часть
2.1 Техника безопасности при выполнении работы
2.1.1 Правила работы с едкими веществами (кислоты, щелочи)
2.1.2 Правила безопасной работы с электрооборудованием и электроприборами
2.2 Методика анализа
2.2.1 Спектрофотометрическое определение концентрации палладия с нитрозо-R-солью
2.3 Методики эксперимента
2.3.1 Подготовка волокна
2.3.2 Определение обменной емкости ионита в статических условиях
2.4 Результаты и их обсуждение
2.4.1 Изучение зависимости сорбции палладия на волокнах ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ от концентрации металла в равновесном растворе
2.4.2 Расчет термодинамических характеристик процесса сорбции палладия на волокнах ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ
2.4.3 Изучение зависимости сорбции палладия на волокнах ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ от времени.
2.4.4 Расчет энергии активации процесса сорбции палладия на волокнах ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ
2.4.5 Изучение возможности регенерации волокон ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ
Выводы
Литература
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Одним из перспективных направлений в комплексном решении экологических проблем является разработка высокоэффективных процессов очистки промышленных газовоздушных выбросов, сточных вод и средств индивидуальной защиты органов дыхания. Важную роль в создании этих процессов играют хемосорбционные волокнистые материалы, обладающие более развитой удельной поверхностью, чем у гранулированных сорбентов, обеспечивающей высокие кинетические параметры процессов сорбции. Изучение механизма сорбции платиновых металлов на ионитах с различными функциональными группами является актуальным и этому вопросу в последнее время уделяется особое внимание.
В литературе есть сообщения об изучении механизма сорбции платиновых металлов на азот и серосодержащих волокнах. Однако публикаций об исследовании механизма сорбции платиновых металлов на комплексообразующих сорбентах сравнительно невелико.
Целью данной работы является изучение особенностей сорбционного извлечения палладия (II) из хлоридных растворов волокнами ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ. Определение лимитирующей стадии процесса сорбции палладия волокнами, а так же установление механизма сорбции хлорокомплексов палладия (II) на данных волокнах, влияние температуры и способов регенерации сорбентов.
1.1 Ионообменное равновесие
Ионный обмен - обратимый процесс стехиометрического обмена ионами между двумя контактирующими фазами. Обычно одна из этих фаз ионит, а другая раствор электролита [1].
Если ионит, содержащий только противоионы А, поместить в раствор, содержащий только противоионы В, то ионы А начнут замещаться ионами В из раствора. Через некоторое время установится равновесие: ионит и раствор будут содержать ионы обоих сортов в определенном соотношении. Такое состояние называется ионообменным равновесием[2].
Ионный обмен является обратимой химической реакцией. В соответствии с этим, должно, достигаться состояние равновесия, удовлетворяющее закону действующих масс.
RA + В+ ↔ RB + А+,
где R — матрица ионита с присоединенным к ней фиксированным ионом, А+ и В+ — подвижные ионы[3].
Ионообменное равновесие обусловлено концентрацией раствора, свойствами ионита и обменивающихся ионов, а также температурой. Селективность ионного обмена проявляется в различии абсолютных значений коэффициентовраспределения ионов
и 
, которые для рассматриваемого равновесия можно определить как 
и 
(1),где
и 
- эквивалентные доли ионов А+ и В+ в ионите, 
и 
- в растворе.Деля
на , получим коэффициент селективности, или константу обмена 
, которая, зависит от концентрации обменивающихся ионов: 
(2).Введя поправки на коэффициенты активности ионов в растворе
и 
, получают уточненный коэффициент селективности 
(3).Следует отметить, что постоянство значений уточненного коэффициента селективности сохраняется только при данной степени замещения. С изменением
величина изменяется. В таких случаях рассчитывают истинную константу обмена: 
(4).Поскольку определение
затруднительно, предлагается избрать стандартное состояние ионита в А- и В- формах, в котором и равны единице.Истинная константа равновесия обмена разновалентных ионов с зарядами
и 
выражается уравнением Никольского: 
(5),соответствующая взаимодействию эквивалентного числа ионов ионита и раствора:
На основе теоремы Больцмана Никольский показал, что соотношение коэффициентов активности ионов в твердой фазе не меняется, если свободная энергия их взаимодействия со средой остается постоянной. С известным приближением такое положение справедливо при замещении одного противоиона в ионите на другой, и это позволяет пользоваться для расчета констант обмена уравнением, аналогичным уравнению (3), в котором активности ионов в твердой фазе заменены их концентрациями:
(6),где
и 
- активности катионов с зарядами и в растворе; 
и 
- концентрации противоионов в твердой фазе, выражаемые в экв на 1 кг или в, мг-экв на 1 г сухого ионита.1.2 Кинетика ионного обмена
Стадия, определяющая скорость ионного обмена.
Процесс обмена противоионов включает в себя 5 последовательных стадий:
1. перемещение вытесняющего иона через пленку, окружающую зерно, к его поверхности (пленочная, внешнедиффузионная кинетика);
2. перемещение вытесняющего иона внутри зерна к фиксированным ионам, т. е. к точке обмена (гелевая, внутридиффузионная кинетика);
3. химическую реакцию двойного обмена (химическая кинетика);
4. перемещение вытесняемого иона внутри зерна от точки обмена к поверхности;
5. перемещение вытесняемого иона через пленку, окружающую зерно [3].
Суммарная скорость многостадийного процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии. Выявление этой стадии и является первым этапом изучения кинетики ионного обмена [1].
Уравнения, описывающие кинетику ионного обмена.
Проблема распознавания лимитирующей стадии решается на основе фундаментального кинетического анализа ионообменных процессов. Кинетические уравнения имеют сравнительно простой вид, если изменениями состава ионита в результате ионного обмена можно пренебречь.