CC BY
45
SCIENCE TIME
КИНЕТИКА ИОННОГО ОБМЕНА КАТИОНОВ МЕТАЛЛОВ НА ПРИРОДНОМ СОРБЕНТЕ
Кондрашова Анжела Владимировна, Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, г. Саратов
E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье показано, что в процессе ионного обмена ионов меди (II) и кобальта (II) на опоке в Na-форме в интервале времени от 0 до 60 минут выявлен внешнедиффузионный механизм. Показано, что по быстрому внешнедиффузионному механизму реализуется 80 - 95% обменной ёмкости.
Ключевые слова: кинетика, сорбция, опока, ионный обмен, кинетические кривые.
В исследовании кинетики адсорбции основным моментом является определение самой медленной стадии, лимитирующей скорость процесса. В данной работе представлены результаты изучения кинетики ионного обмена металлов Си (II) и Со (II) на опоке в Ка-форме в зависимости от концентрации исходного раствора и размера зерна сорбента [1]. В процессе ионного обмена в интервале времени от 0 до 60 минут действуют два механизма: внешне - и внутридиффузионный. В небольшом временном интервале от 0 до 2 минут количество поглощённого катиона будет определяться обменом на поверхности частиц опоки, поэтому в данном случае будет действовать только внешнедиффузионный механизм [2]. Кинетические зависимости гетерогенного ионообменного процесса Си2+ и Со2+ приведены на рис.1.
Как видно из рис.1, время установления равновесия составляет 30 минут и в интервале от 2 до 30 минут количество поглощённого катиона будет определяться отношением скоростей обмена на поверхности и внутри зерна.
-Л | -л |
Кинетические параметры обмена ионов Си и Со на Ка - форме опоки в зависимости от концентрации раствора, рассчитанные на основании кинетических кривых и по формулам, представлены в табл/1. Сравнивая скорости ионного обмена (табл.1), удалось установить, что этот процесс реализуется по двум механизмам: внутридиффузионному и внешнедиффузионному.
Рис. 1 Кинетические кривые ионного обмена Си2+, Со2+ на опоке (Со = 2,5 ммоль/ л, фракция опоки 2 мм): 1 - Си2+ - №+, 2 - Со2+ - №+; (Со=7,0 ммоль/л, фракция 2
мм): 3 - Си2+ - №+, 4 - Со2+ - №+
Таблица 1
Кинетические параметры ионного обмена Си и Со на № - форме опоки в зависимости от концентрации раствора (фракция опоки 2 мм)
Обме- Концен- Внешнедиффузионная об- Внутридиффузи-
нивающ трация ис- ласть онная область
аяся па- ходного йа Ка, г/л Я, мин-1 Б, см2/ В, мин-1
ра ионов раствора, ммоль/л йг ммоль/ г мин мин
Си2+- 2,5 9,010-3 5,210-2 9,2 10-2 7,510-5 0,02
№+ 7,0 9,610-3 4,610-2 3,210-2 7,3 10-5 0,02
Со2+- 2,5 9,810-3 5,3 10-2 8,0 10-2 5,3 10-5 0,02
7,0 1010-3 5,810-2 2,9 10-2 4,510-5 0,02
SCIENCE TIME
При этом наблюдается более сильная зависимость константы скорости реакции с увеличением концентрации исходного раствора от 2,5 до 7,0 ммоль/л, тогда как константа скорости обмена остаётся постоянной и будет равна 0,02
Анализ кинетических кривых ионного обмена на опоке (рис.2) показывает, что по быстрому внешнедиффузионному механизму реализуется 80 - 95 % обменной ёмкости. При этом скорость внешнедиффузионного механизма возрастает с увеличением концентрации противоиона во внешнем растворе. Следует отметить, что здесь имеет место и внутридиффузионный механизм, однако его вклад в обменную ёмкость незначителен. За счёт медленного внутридиффузионного механизма при данном радиусе зерна опоки (2 мм) реализуется только 5-10% обменной ёмкости, и скорость этой стадии не зависит от концентрации противоиона во внешнем растворе, что лишний раз подтверждает представление о внутридиффузионном механизме этой стадии.
Анализ кинетических кривых ионного обмена на опоке (рис.2) показывает, что по быстрому внешнедиффузионному механизму реализуется 80 - 95 % обменной ёмкости. При этом скорость внешнедиффузионного механизма возрастает с увеличением концентрации противоиона во внешнем растворе. Следует отметить, что здесь имеет место и внутридиффузионный механизм, однако его вклад в обменную ёмкость незначителен. За счёт медленного внутридиффузионного механизма при данном радиусе зерна опоки (2 мм) реализуется только 5-10 % обменной ёмкости, и скорость этой стадии не зависит от концентрации противоиона во внешнем растворе, что лишний раз подтверждает представление о внутридиффузионном механизме этой стадии.
мин
-1
F
0 1 2 3 4 5 6 7
Рис. 2 Зависимость степени поглощения Б ионов металлов от ^х при Со = 2,5 ммоль/л: 1 - Си2+ ,2 - Со2+ и при Со=7,0 ммоль/л: 3 - Си2+, 4 - Со2+
2+
SCIENCE TIME
Кроме того, как видно из табл. 1, значения эффективных коэффициентов диффузии (Б) уменьшаются с ростом концентрации исходного раствора. Основными причинами этого могут быть уменьшение степени гидратации катионов с ростом концентрации исходного раствора и с увеличением ионной силы раствора.
Литература:
1. Кондрашова, А.В. Кинетика ионного обмена катионов металлов на опоке / А.В. Кондрашова // Международная научно-практическая конференция «Научные исследования современности. - Киев: НАИРИ, 2014. С.12-13
2. Кондрашова, А.В. Исследование кинетики ионного обмена катионов металла на опоке / А.В. Кондрашова // Материалы Международ. заочной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» -Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2011. - С. 36-40
