ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы МЕТОДИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ из "Иониты в цветной металлургии " Задачи создания высококачественных материалов и высокопроизводительных ионообменных процессов могут быть решены лишь при детальном учете как равновесных, так и кинетических свойств таких материалов. [c.54] Суммарная скорость многостадийного процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии. Выявление этой стадии и является первым этапом изучения кинетики ионного обмена. [c.55] Обычно рассматриваются не пять, а три стадии, поскольку первая и пятая, вторая и четвертая стадии являются однотипными и передают лишь различное по направлению перемещение обменивающихся ионов. Из трех стадий стадия двойного обмена определяется химической кинетикой — реакцией первого, второго и др. порядков остальные стадии — диффузионного характера. [c.55] Какой же из этих механизмов является определяющим в ионообменной кинетике Ответ на этот вопрос может быть получен из опытов по определению скорости процесса на ионите с различным размером его зерен. Если скорость процесса не зависит от размера зерна ионита, то лимитирующей стадией является химическая кинетика. Зависимость скорости обмена от размера зерен ионита указывает на решающую роль одного из диффузионных процессов. Поставив опыты по изучению зависимости скорости обмена от скорости перемешивания (статические условия) либо от скорости пропускания раствора (динамические условия) на ионитах с одинаковым временем контакта, можно установить, какой из диффузионных процессов (гелевый или пленочный) имеет решающее значение. Изменение скорости обмена от скорости перемешивания или пропускания раствора указывает на определяющую роль пленочной кинетики. [c.55] Надежные сведения о том или ином механизме диффузии дает метод прерывания [5]. Зерна ионита в определенный момент времени удаляют из раствора, а затем снова помещают в тот же самый раствор. В случае, если процесс определяется гелевой кинетикой, после перерыва скорость обмена становится более высокой, чем до прерывания процесса, как следует из характера кривой, выражающей зависимость количества сорбированного иона от времени контакта. Если процесс определяется пленочной кинетикой, никакого изменения в характере кривой не наблюдается. [c.55] На практике может встречаться каждый из указанных случаев, а также промежуточный случай, при котором на скорость процесса влияют обе диффузионные стадии —так называемая смешанная диффузия . [c.56] Рассмотрим диффузию противоионов. Как известно, под диффузией понимают самопроизвольное, обусловленное тепловым движением выравнивание концентрации веществ во всем объеме фазы. [c.56] В случае гелевой кинетики выравнивание концентрации в пленке происходит значительно быстрее, чем в зерне. Градиенты концентрации появляются только в зерне. Для чистой пленочной кинетики выравнивание концентрации в зерне происходит намного быстрее, чем диффузия в пленке. [c.56] Строго количественная теория диффузии в геле и пленке разработана для изотопного обмена, когда в процессе обмена наблюдается равенство в подвижностях изотопов, нет большого различия в набухаемости зерна, коэффициентах разделения и активности. [c.57] Таким образом, относительная скорость обмена пропорциональна коэффициенту диффузии в ионите и обратно пропорциональна квадрату радиуса зерна (го). Абсолютная скорость обмена, кроме того, пропорциональна содержащемуся в ионите количеству ионов А (в эквивалентах). Поэтому абсолютная скорость обмена почти строго пропорциональна емкости и количеству ионита [5]. [c.58] Коэффициент диффузии по экспериментальным данным кинетики ионного обмена определяют следующим образом. Согласно рассчитанным из кинетических кривых значениям F, по таблицам или номограммам для различных простых тел [9, 37] находят значения Bt. В табл. 3 для бесконечного объема приведены значения Bt [37]. По значениям Bt и t, соответствующим экспериментальным точкам, строят график Bt = f t). В соответствии с определением этот график должен быть прямой линией с тангенсом угла наклона D/r . [c.58] Отсюда следует, что величина F зависит только от безразмерного параметра D tlra . Различие зависимости F от времени гелевой и пленочной кинетик видно из кривых, приведенных на рис. 17. [c.60] Рассмотренные выше закономерности относятся к бесконечно большому объему раствора или постоянно обновляющемуся раствору. Закономерности, наблюдаемые в ограниченном объеме раствора, т. е. при изменяющейся концентрации раствора, более сложны. [c.60] В отличие от изотопного обмена на кинетику ионного обмена наибольшее влияние оказывает электрическое поле. Сохранение электронейтральности в системе требует стехиометрического протекания процесса обмена, т. е. встречные потоки должны быть всегда равны. [c.61] Ф — потенциал электрического поля в зерне ионита. [c.61] Пределы применения уравнений 0,1 10. [c.62] Из приведенных выражений следует, что доля замещения зависит только от безразмерного параметра x=DAt r и отношения подвижностей а. [c.62] Обмен происходит быстрее, если первоначально в ионите находятся более подвижные ионы, а на величину коэффициента взаимодиффузии сильное влияние оказывает ион, концентрация которого меньше. [c.62] Вернуться к основной статье