Термодинамическая модель ионообменных процессов на примере сорбции церия из сложносолевых растворов

О. В. Черемисина, Й. Шенк, Е. А. Черемисина, М. А. Пономарева

Аннотация


Сложный гетерогенный процесс ионного обмена может быть описан уравнением изотермы-изобары химической реакции, определяющей дифференциальное сродство процесса и его следствия – закона действующих масс. В сферу ионного обмена включаются процессы, сопровождающиеся изменением заряда ионов и функциональных групп вследствие перехода ионной связи в ковалентную. Поэтому уравнения изотермы ионного обмена для этих процессов должны отличаться от известных стехиометрических уравнений, но могут быть получены классическими методами изучения ионообменных равновесий. В работе предложена новая термодинамическая модель, основанная на линеаризации закона действующих масс, модифицированного для уравнения ионного обмена, использование которой позволяет установить стехиометрию ионного обмена и формы сорбируемых ионов твердой фазой ионообменных смол, а также рассчитать значения констант и энергий Гиббса ионообменных процессов. Проведен сравнительный анализ моделей термодинамического описания сорбции церия в виде анионного комплекса с трилоном Б из сложносолевого раствора с ионной силой 1 моль/кг (NaNO3) при рН = 3 и температуре 298 К на экспериментальном образце слабоосновного анионита Cybber EV009. Получена экспериментальная изотерма сорбции. Расчеты термодинамических параметров проводились с использованием моделей Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина – Радушкевича, Темкина и Флори – Хаггинса и термодинамической модели линеаризованного закона действующих масс, разработанной авторами. Рассчитанные значения константы и энергии Гиббса ионообменного равновесия K = 9,0±0,5 и ΔrG0298 = –5,54±0,27 кДж/моль характеризуют протекание сорбционного поглощения ЭДТАцеррат-ионов ионообменной смолой. Установлена форма сорбированного иона в слое Штерна – Гельмгольца СeTr и значение полной емкости анионита EV009 для ЭДТАцеррат-ионов Г = 2,0±0,1 моль/кг.


Ключевые слова


термодинамика сорбции и ионного обмена; константа и энергия Гиббса ионообменного равновесия; термодинамические модели Ленгмюра; Фрейндлиха; Дубинина – Радушкевича; Темкина; Флори – Хаггинса: церий; ЭДТАцеррат-ионы

Полный текст:

PDF PDF (English)

Литература


Arlyuk B.I., Veprikova T.B. Dependency of Hydrargyllite Solubility on Concentration of Sodium Alkali and Temperature. Tsvetnye metally. 1981. N 6, p. 59-60 (in Russian).

Druzhinina N.K. Diaspore Solubility in Aluminate Solutions. Tsvetnye metally. 1955. N 1, p. 54-56 (in Russian).

Kuznetsov S.I., Derevyankin V.A. Physical Chemistry of Alumina Production Using Bayer Method. Мoscow: Metallurgizdat. 1964, p. 353 (in Russian).

Lainer Yu.A., Kitler I.N. Metallurgy of Non-Ferrous and Rare Metals. Мoscow: Nauka. 1967, p. 194-199 (in Russian).

Lyapunov A.N., Khodakova A.G., Galkina Zh.G. Hydrargyllite Solubility in Alkali Solutions of Sodium Hydroxide, Containing Soda and Sodium Chloride, under 60 and 95 °С. Tsvetnye metally. 1964. Vol. 37, p. 48-51 (in Russian).

Magarshak G.K. Polytherms in the System Al2O3–Na2O–H2O under 30-200 °С. Legkie metally. 1938. Vol. 7. N 2,

p. 12-16 (in Russian).

Mazel' V.A. Alumina Production. Мoscow: Metallurgizdat. 1955, p. 430 (in Russian).

Lainer A.I., Eremin N.I., Lainer Yu.A., Pevzner I.Z. Alumina Production. Мoscow: Metallurgiya. 1978, p. 344 (in Russian).

Sizyakov V.M., Korneev V.I., Andreev V.V. Increasing the Quality of Alumina and Co-Products During Nepheline Processing. Мoscow: Metallurgiya. 1986, p. 118 (in Russian).

Sizyakov V.M. Chemical and Engineering Patterns of Sintering Processes in Alkali Alumosilicates and Hydrochemical Processing of Sintered Material. Zapiski Gornogo instituta. 2016. Vol. 217, p. 102-112 (in Russian).

Metallurgist’s Guidelines on Non-Ferrous Metals. Alumina Production. Ed. by Yu.V.Baimakova, Ya.E.Kantorovich. Мoscow: Metallurgiya, 1970, p. 320 (in Russian).

Abramov V.Ya., Stel'makova G.D., Nikolaev I.V. et al. Physico-Chemical Outlines of Complex Processing of Aluminum Raw Materials (Alkali Methods). Мoscow: Metallurgiya, 1985, p. 288 (in Russian).

Chizhikov D.M., Kitler I.N., Lainer Yu.A. Chemistry and Alumina Technology. NTISNKh Arm. SSR. Erevan, 1964, p. 233-342 (in Russian).

Tsyrlina S.M. Solubility of Aluminum Hydroxide in Caustic Soda Solutions (System Al(OH)3–NaOH–H2O). Legkie metally. 1936. № 7, p. 28-37 (in Russian).

Chen N.Y. Physical Chemistry of Alumina Production. Shanghai: Scientific and Technical Publishers. 1962, p. 325.

Du C., Zheng S., Zhang Y. Phase equilibria in the K2O–Al2O3–H2O system at 40 C. Fluid Phase Equilibria. 2005. Vol. 238, p. 239-241.

Fricke R., Jucaitis P. Untersuchungen über die Gleichgewichte in den Systemen Al2O3–Na2O–H2O und Al2O3–K2O–H2O. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1930. Band 191, p. 129-149.

Ikkatai T., Okada N. Viscosity, specific gravity and equilibrium concentration of sodium aluminate solutions. Extractive Metallurgy of Aluminum. 1963. Vol. 1, p. 159-173.

Israelachvili J.N. Intermolecular and Surface Forces. London: Academic Press. 2011, p. 706.

Pál Sipos. The structure of Al(III) in strongly alkaline aluminate solutions A review. Journal of Molecular Liquids. 2009. Vol. 146. Iss. 1, 2, p. 1-14.

Ma S., Zheng S., Zhang Y., Zhang Yi. Phase Diagram for the Na2O−Al2O3−H2O System at 130 °C. Journal of Chemical and Engineering Data. 2007. Vol. 52. Iss. 1, p. 77-79.

Wei J., Zheng S., Du H., Xu H., Wang S., Zhang Yi. Phase Diagrams for the Ternary Na2O−Al2O3−H2O System at 150 and 180 °C. Journal of Chemical and Engineering Data. 2010. Vol. 55. Iss. 7, р. 2470-2473.

Qiu G., Chen N. Phase study of the system Na2O-Al2O3-H2O. Canadian Metallurgical Quarterly. 1997. Vol. 36. Iss. 2, p. 111-114.

Russell A.S., Edwards J.D., Taylor C.S. A solubility and Density of Hydrate Alumina in Sodium solutions. Journal of Metals. 1955. Vol. 7, p. 1123-1128.

Sprauer J.W., Pearce D.W. Equilibria in the Systems Na2O–SiO2–H2O and Na2O–Al2O3–H2O at 25 °C. Journal of Physical Chemistry. 1940. Vol. 44. Iss. 7, p. 909-911.

Zhang Y., Li Y., Zhang Yi. Phase Diagram for the System Na2O−Al2O3−H2O at High Alkali Concentration. Journal of Chemical and Engineering Data. 2003. Vol. 48. Iss. 3, p. 617-620.




DOI: http://dx.doi.org/10.31897/pmi.2019.3.307

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.