Внешнедиффузионная кинетика ионного обмена

Сорбция и ионный обмен являются типичными гетерогенными процессами. Общий перенос вещества между зерном сорбента и раствором можно разделить на следующие. стадии 1) диффузия сорбируемого вещества из объема к зерну сорбента, 2) диффузия в зерно, 3) процесс сорбции или обмена ионов, 4) диффузия образовавшегося в результате обмена вещества к поверхности зерна, 5) диффузия вещества в объем раствора. Многочисленные экспериментальные исследования сорбции (ионного обмена) показали, что скорости этих процессов обычно определяются диффузией. Поэтому сорбция (ионный обмен) может протекать в областях 1) внешнедиффузионной кинетики, когда скорость сорбции лимитируется диффузией вещества к поверхности сорбента, [c.12]

Кинетика ионного обмена на других высококремнистых цеолитах изучена еще меньше. Л.Л. Эймсом в 1962 г. на примере обмена Ма Са на клиноптилолите и эрионите показано влияние температуры, концентрации раствора и степени обмена на скорость обмена, контролируемую внешнедиффузионным механизмом. Для обмена, контролируемого внутридиффузионным механизмом, рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии, которые на эрионите ( 10 см /с) оказались примерно на порядок выше, чем на клиноптилолите ( 10" см /с). Влияние макроколичеств катионов(иГ, Ма. К, Н, Са , Ва ) на кинетику обмена Сз на клиноптилолите изучено в работе Эймса. Показано, что самая высокая скорость наблюдается при обмене и — Сз, а самая низкая — при обмене Н Сз. Эффективные коэффициенты диффузии для обмена одновалентных катионов (О сз = ° >0" см /с) оказались примерно на порядок выше, чем одно-двухвалентных (О / Ва - С = 4,33° 10" см /с). Аналогичный результат получен и в работе [10], однако по абсолютному значению эффективные коэффициенты диффузии получились на два порядка ниже (О ма - Сз = = 2 - 10 см /с о Ма -> /гЗг = 4 " Ю" °см /с),что более точно характеризует скорость протекания ионообменных реакций на цеолитах. На основании полученных данных было высказано предположение, что скорость обмена зависит от селективности цеолита и от гидратационной способности входящего катиона. [c.74]

Г. М. Панченков пренебрегает продольной диффузией. Он показал, что послойный метод решения задачи динамики сорбции (хроматографии) совпадает со способом приближенного решения дифференциального уравнения материального баланса колонки совместно с уравнением изотермы адсорбции при помощи метода конечных разностей. В динамике сорбции одновременно имеют место два процесса 1) диффузионная доставка противоионов к зерну ионита и 2) доставка сорбируемых противоионов потоком подвижной фазы. Скорости внешней диффузии и потока могут находиться в различном соотношении или скорость внешней диффузии намного больше скорости подвода вещества потоком, или скорость внешней диффузии мала или сравнима со скоростью потока раствора. В первом случае ионный обмен (сорбция) определяется потоком. При решении задачи динамики равновесной сорбции послойным методом можно учитывать или внешнедиффузионную, или поточную кинетику. Для колонки, упакованной шарообразными зернами радиуса, [c.99]

К настоящему времени теория внешнедиффузионной кинетики для обмена многовалентных ионов не разработана из-за математических трудностей, поэтому расчеты теоретических кривых для смешанной кинетики были проведены лишь для обмена гидроксил-иона смолы на хлорид-ион. В основу расчета кинетических кривых положено предположение о том, что общее сопротивление обмену складывается из суммы двух сопротивлений — сопротивления в зерне и сопротивления в пленке [c.142]

Кинетика массопередачи изучена методом тонкого слоя при обмене ионов Н+ катионита на ионы Na+ и Са2+ растворов хлоридов этих металлов. Исследования проведены с разбавленными растворами (0,01 н. и ниже). В этом случае скорость обмена определяется внешнедиффузионным сопротивлением. При более высоких концентрациях растворов заметную роль начинает играть внутридиффузионное сопротивление. [c.129]

Шлегль и Гельферих [134] справедливо заметили, что при обмене противоионов, различающихся по подвижности в растворе, в уравнениях внешнедиффузионной кинетики обмена следует учитывать возникающий в диффузионном слое диффузионный потенциал. По этой причине они применили для описания диффузии противоионов через диффузионный слой в рамках модели пленки Нернста не первый закон Фика, а уравнение Нернста — Планка. Ими рассмотрен только конкретный случай обмена равнозарядных ионов на ионите, не проявляющем избирательности ни к одному из обменивающихся ионов. [c.290]

Результаты проведенных опытов при обмене ионов Н+ и Na+ раствора Na l показывают, что наложение пульсаций с частотой 50 гц и амплитудой 1 мм увеличивает коэффициент массопередачи в 1,5—2,5 раза. Это может явиться эффективным средством интенсификации ионообмена в случае внешнедиффузионной кинетики процесса. [c.102]

Как следует из данных, приведенных в разделе 1 инетика ионного обмена , степень использовапия обменной способности сорбента повышается при уменьшении его зернения, при увеличении линейной скорости течения раствора во внешнедиффузионной кинетике (при данном времени контакта) и т. д. Однако количественный учет влияния названных и других кинетических факторов на величину времени защитного действия и на степень использования обменной способности сорбента при таком способе требует каждый раз значительной экспериментальной работы и, что более важно, использования дополнительных эмпирических уравнений. Поэтому существенный интерес представляют такие теоретические подходы, которые, являясь по существу дальнейшим развитием основных идей Н. А. Шилова в области динамики сорбции, неиосредственно и органически учитывают влия1ше упомянутых кинетических факторов и позволяют рассчитать форму сорбционного фронта, формирование и на-раллольный перенос которого в теории Н. А. Шилова постулировались.Это достигается в общей теории динамики сорбции, органически сочетающей данные но статике и кинетике сорбции и закон сохранения вещества. [c.107]

Внешнедиффузионная кинетика характерна для раз1бавлен-ных растворов при большой обменной емкости и малом числе поперечных связей. Внутридиффузионная кинетика характерна для концентрированных растворов и для ионитов с большим числом поперечных связей. Кинетические особенности системы удобно характеризовать величиной коэффициента диффузии, который зависит от концентрации раствора, химической природы ионита и обменивающихся ионов. [c.82]

Гласки и Драноф [3], проанализировав существующие теории внешнедиффузионной кинетики, пришли к выводу, что выявление преимущества одной кинетической теории перед другой по форме кривых не. является правильным. Знаменский, Касперович и Бычков [7] использовали другой критерий для выявления преимущества той или другой теории. Они проводили сравнение начальных потоков сорбируемых ионов различной подвижности и валентности на анионите в ОН-форме с теоретически рассчитанными по различным теориям теории, разработанной Гроссманом и Адамсоном [8], которые учитывали различие в подвижностях обменивающихся ионов, ко не учитывали возникающий при этом диффузионный потенциал, и теории, учитывающей возникающие при обмене ионов различных подвижностей диффузионные потенциалы [1, 2]. Знамен- [c.140]

В дальнейшем была сделана попытка учесть различие в подвижностях (коэффициентах диффузии) обменивающихся ионов для случая внешнедиф- фузионной кинетики [2]. Однако экспериментальная проверка показала, что имеется значительное расхождение между теорией и экспериментом. Следующая корректировка теории состояла в учете диффузионных потенциалов, возникающих при обмене разноподвижных ионов, причем эта задача была решена как для случая внешнедиффузионной, так и для внутридиффузионной кинетики [3—5,7]. Учет диффузионных потенциалов производили при помощи уравнения Нернста — Планка. Наличие электрического двойного слоя на границе раздела фаз не учитывалось. По мнению Гельффериха [51, такие слои не влияют на кинетику обмена, поскольку представляют собой чисто равновесные явления. Однако точный расчет, приводимый ниже, показывает, что в сильно разбавленных растворах электрическое поле у поверхности зерна ионита может оказывать влияние на кинетику обмена. [c.11]

В случае выпуклой изотермы, которая встречается нри обмене органических ионов гораздо чаще, чем линейная, квазиравновесному режиму будет соответствовать рен<им параллельного переноса сорбционного фронта. В настоящее время известны уравнения стационарного фронта, хорошо описывающие квазиравновесный режим параллельного переноса нри внешнедиффузионной [399], внутридиффузионной [И] и смешанодиффузионной кинетике сорбции [400, 401]. [c.197]