CC BY
15УДК 541.183.2
OJ8. Новоселецкая, Т.Н. Боковикова, A.A. Процай, H.H. Полуляхова ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА СОРБЦИИ В ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
(Кубанский государственный технологический университет)
Представлены экспериментальные данные, показывающие многообразие механизмов, реализующихся при взаимодействии смешанных соединений с анионами.
Исследована кинетика сорбции двойными гидроксидами металлов со слоистой структурой типа гидроталькита. Изучена кинетика обмена галогепид-ионов с гидр-оксид-ионами на магний-алюминиевом двойном гидроксиде.
Показана эффективность использования неорганических обменников в промышленной экологии*
Эффективность ионообменных технологий, приобретающих большое значение в химической технологии, гидрометаллургии и промышленной экологии, в значительной мере определяется кинетическими свойствами ионообменных систем. Для более полного понимания механизмов сорбции представлялось необходимым исследовать кинетику сорбции анионов двойными гидроксидами металлов (II, III) со слоистой структурой типа гидроталькита* Работы по исследованию кинетики ионного обмена проводятся широко, но они посвящены, в основном, сорбционньш системам с органическими ионитами [1-4],
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 нонитах. Однако работ, посвященных исследованию кинетики ионного обмена на неорганических ионитах, весьма мало, и такое положение особенно выражено для неорганических анионообменников.
Типичным представителем соединений со структурой типа гидротадькита является возможность образования в системе М§(ОН)г-АЮОН «двойных гидроксидов» (ДГ) или двойных слоистых структур, Их условно обозначают индексом МИАЬ где М - гидроксид магния, и А - гидроксид трехвалентного металла. Мотив структуры типа брусита при этом сохраняется. Сведения о сорб-ционных свойствах таких соединений в литературе отсутствуют.
Таким образом, анализ литературных данных показывает перспективность использования сорбентов на основе гидроксидов алюминия и магния.
Это определило выбор ДГ в качест-
ве объекта исследования. Целью исследования явилось изучение кинетики обмена галогеиид-ионов в гидроксид ™ ионами на двойном гидроксиде.
Гранулы двойного гидроксида представ™ ляют 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.
Экспериментальные и теоретические исследования подобных бипористых систем проводились [5-7]. 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.
Нами было проведено исследование кинетики сорбции анионов на двойных гидроксидах металлов (П, Ш). При этом, исследовали кинети-
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2006 том 49 вып. 6
23
чесгсие характеристики двойного магний-алюминиевого (III) гидрокеида при сорбции на нём хлорид ионов. Состав магний-алюминиевого (III) двойного гидрокеида (Mg-АЩГ) был следующим - Mg0i775Ai0,225(OH)2Cl0,092X0J3.V 1 .ЗН20, где Х"=ОНГ, ШСОД Следует принять во внимание, что при сорбции на нём хлорид-ионов происходит их обмен на гидроксид-ионы, удерживаемые в межслоевых пространствах структуры гидрокеида слабыми ионными связями.
Hi-iVM О'А Mg-Л! ДГ 1:
I, С/
Рис, Кинетическая кривая сорбции ионов СГ Mg-AI двойным
гидрокси дом.
Fig. The kinetic curve of ions CL Mg-AI sorption with double
hydroxide.
На рис, 1 представлена кинетическая кривая обмена хлорид-ионов на СГ Mg-Al ДГ, Это может свидетельствовать в пользу того, что при сорбции ионов СГ Mg-Al ДГ в процессе задействованы гидрокенд-иоыы, принадлежащие внутреннему объёму межслоевых пространств структуры гидрокеида, и сорбция ионов СГ не ограничена обменом на поверхностиые ОН-группы,
На кинетической кривой обмена ионов СГ на Mg-Al ДГ обнаруживается наличие двух, кине-
тических участков. Первый участок указывает на быстрый обмен при начальных временах, а второй на медленный обмен при длительных временах. По-видимому, на начальном этапе лимитирующей стадией является диффузия в транспортных порах гранул А1 ДГ. На следующем этапе проявляется более медленный обмен ионов СГ на А1 ДГ. Это может быть вызвано реализацией процесса анионного обмена не на поверхности кристаллитов гидрокеида внутри их фазы; Диффузия хлорид-ионов в межслоевых пространствах кристаллической структуры М§-А1 ДГ в кинетическом плане вызывает большие затруднения, чем диффузия в транспортных порах гранул.
ЛИТЕРАТУРА
1, Соддатов В,СМ Попова В.А., Шункевич А-А. Кинетика обмена хлорида на органические анионы на еильноое-новиом волокнистом ионите Фибаи А-1,// Физическая химия. 1994. Т.68.№4> С. 763.
Лейким КХА*, Тарасова Т.Н., Тихонова Л.А, Кинегика сорбции анионных комплексов ртути (И) на ионитах АВ-17 и АН КС// Физическая химия. 1997. Т. 71. №2. С, 321. Федяева ОЖ, Альтшудер Г*Н. Кинегика катиониого обмена на каликсарен-содержащем полимере.// Физическая химия. 2001. Т.75-№1Ь С2097. Полету к И*НМ Пимнева Л*А, Кинегика сорбции Ва"т, Си2*" на комплексообразуютем катиоиите КРФ~Юп.// Прикладная химия. 2002. № 2. С. 208. Кокетов Ю.А,, Золотарев П.ПМ Елькин Г. Э. Теоретические основы ионного обмена. Сложные ионообменные системы. //Л.: Химия, 1986. 281 е. Мелихов ИВ, Бердомосова Д.Г., Сигейкип Г.И* Механизм сорбции и прогнозирование поведения сорбентов в физико-химических системах.// Успехи химии. 2002. Т,71-№2. С. 159. 7. Абаржи И.И*, Малкин Э.С Кинетика неизотермиче-сшй адсорбции в бипористых средах при учете влияния входного сопротивления,// Физическая химия. 1989. Т,бЗ.№9, С.2420.
4
5.
6.
Кафедра неорганической химия
24 ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2006 том 49 вып. 6
