Метод удерживания кислоты (Acid Retardation) является эффективным способом разделения кислоты и ее соли из концентрированных растворов. Метод осуществляется в динамическом режиме при пропускании смеси через анионообменник, находящийся в форме общего аниона кислоты и соли, что исключает процесс ионного обмена. Ранее в качестве возможных механизмов, приводящих к эффекту разделения, рассматривались различные варианты необменной сорбции, процесс, использующий различие в диссоциации кислоты и соли в фазе полимера, сопровождающийся доннановской эксклюзией ионных форм, ситовые эффекты и т.п. В дополнение к интерпретациям такого рода, основанным на учете равновесных факторов, в предлагаемом исследовании авторы развивают подход, учитывающий кинетические эффекты. Новый подход описывает явление эксклюзии коионов при нарушении доннановского барьера в ионите и опирается на временно возникающие различия в составе раствора и электрокинетического потока смеси его компонентов в фазе ионита. Такие неравновесные эффекты особенно сильны в системе «кислота – соль» из-за большой разницы в подвижностях ионов водорода и катионов металлов. В кинетических процессах важен момент старта, который в описываемой системе соответствует моменту преодоления барьера Доннана, запирающего фазу ионита для коионов. Барьер Доннана может быть преодолен при контакте ионита с раствором достаточно высокой концентрации. Таким образом, концентрационный фронт, движущийся по сорбционной колонне, способен синхронизировать процесс электрокинетической эксклюзии коионов. Количественные параметры явления зависят от характеристик ионита и динамического режима контакта фаз. Для возможности производить количественные оценки рассматривается модель ионита, которая используется для построения изотермы распределения электролита между фазами раствора и ионита, отражающей эффект нарушения доннановского барьера. Теоретическая модель также включает в себя кинетические уравнения, требующиеся для описания изучаемых эффектов. Описаны специальные эксперименты, подтверждающие и уточняющие теоретические оценки параметров равновесия и кинетики, сделанные в соответствии с новым взглядом на явление кислотного удерживания. С помощью модельных расчетов делается прогноз поведения системы в условиях динамического процесса.
В последние годы молекулярно-импринтированные полимеры (МИП) привлекли большое внимание благодаря своей способности к селективному распознаванию и сорбции целевых молекул. Однако эффективность адсорбции МИП зависит от множества факторов в процессе синтеза. Поэтому необходимо изучить адсорбционные способности молекулярно-импринтированных полимеров. В данной работе были получены полимеры с молекулярным отпечатком антибиотиков цефтриаксона натрия (Ceftr) и цефазолина натрия (Cef). Эти полимеры были получены путем перестройки и имидизации полиацидных цепей в N,N-диметилформамиде в присутствии молекул антибиотиков в качестве шаблонов. Для оценки их сорбционной способности применен метод прямой кондуктометрии. Изотермы сорбции обоих антибиотиков относятся к типу L, характерному для мономолекулярной сорбции. Сильное взаимодействие полимера с антибиотиками приводит к быстрому заполнению пор даже при низких концентрациях. Примечательно, что на начальной области изотермы количество сорбированного вещества линейно увеличивается с увеличением концентрации раствора. По мере дальнейшего повышения концентрации процесс сорбции достигает насыщения, что указывает на предельный уровень сорбции. Анализ кривых кинетики сорбции показал, что время установления равновесия для цефтриаксона натрия составляет 40 минут, а для цефазолина натрия – 55 минут. Несмотря на отсутствие целевых молекул Ceftr и Cef при синтезе неимпринтированного полимера (НП), он способен удерживать вещества благодаря функциональным мономерам, которые образуют водородные связи с этими веществами на поверхности полимера. Однако из-за отсутствия молекулярного импринтинга молекулы антибиотиков лишь частично удерживаются на поверхности НП, что снижает его сорбционную способность по сравнению с МИП. Максимальные значения сорбции для МИП-Ceftr и МИП-Cef достигают 5.15 и 13.05 мг/г соответственно. Особый интерес представляет сравнение сорбционной способности МИП-Cef и МИП-Ceftr. МИП-Cef обладает лучшей сорбционной способностью по сравнению с МИП-Ceftr.
Работа посвящена получению микро- и нанодисперсий диоксида кремния с помощью волокнистых и гранулированных ионитов. Эксперименты проводили с помощью катионита КУ-2-8, сульфоугля, катионита ФИБАН К-1 и древесной (хвойной) сульфатной целлюлозы, модифицированной ранее авторами путем фосфорилирования. При получении дисперсий SiO2 использовали системы на основе жидкого стекла и дистиллированной воды с массовой долей SiO2 3, 6, 10, 20 и 30%. Получение кремнезолей методом ионного обмена проводили в статическом и динамическом режимах. С целью изучения особенностей поведения кремнезолей, полученных в динамическом режиме, оценивали изменение величины кинематической вязкости образцов в течение 2 месяцев после их получения. Дополнительно проводили эксперименты с регенерированным 10% H2SO4 и промытым до нейтрального рН катионитом КУ‑2-8. Устойчивость кремнезолей оценивали визуально и турбидиметрически. Размер частиц полученных образцов определяли методом лазерной дифракции, морфологию поверхностей ксерогелей SiO2 изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Результаты ИК‑спектроскопии свидетельствуют о наличии в полученных образцах полос, в целом характерных для аморфного гидроксилированного кремнезема. Показано, что наиболее устойчивые дисперсии образуются при использовании систем «жидкое стекло-вода» с массовой долей SiO2, равной 6%, а размер частиц зависит от типа используемого ионита. Установлено, что волокнистые катиониты позволяют получать коллоидные системы с меньшим размером частиц и большей однородностью по сравнению с гранулированными. Показано, что модифицированная целлюлоза является перспективным материалом для получения нанодисперсий диоксида кремния. Продемонстрирована возможность использования не только исходного, но и регенерированного катионита, что выгодно с экономической точки зрения. Показано, что преимуществом получения кремнезолей в динамическом режиме является возможность управления вязкостью растворов посредством отбора его определенного объёма на выходе из ионообменной колонки. Практическая значимость полученных результатов заключается в расширении номенклатуры полирующих композиций на основе SiO2 с целью их применения в электронной промышленности для химико-механической полировки полупроводниковых пластин, что позволит в будущем отказаться от дорогостоящих импортных материалов и снизить затраты на производство конечной продукции.
Обратный электродиализ – это развивающийся метод генерации возобновляемой электрической энергии из энергии градиента солесодержания с использованием ионообменных мембран. Для улучшения перспектив внедрения обратного электродиализа требуется создание новых мембран, соответствующих требованиям стоимости, электропроводности и селективности, и совершенствование конструкции установок для устранения паразитных токов. Предметом исследования была проверка возможности генерации электрической энергии методом обратного электродиализа с использованием новых катионообменных мембран и установки, отличающейся от обычно используемых для обратного электродиализа отсутствием внутренних коллекторов раствора. Целью работы было исследование генерации электрической энергии методом обратного электродиализа с использованием мембранного пакета, содержащего катионообменные мембраны производства Краснодарского компрессорного завода и анионообменные мембраны производства Fujifilm. Для этого в установку подавали более разбавленный раствор, содержавший 0.1 г/дм3 NaCl, что имитировало солесодержание речной воды, и один из двух вариантов более концентрированного раствора; в первом варианте более концентрированный раствор содержал 10 г/л NaCl, что имитировало солесодержание морской воды, а во втором варианте для проверки влияния присутствия полизарядных ионов более концентрированный раствор одновременно содержал 9 г/дм3 NaCl и 1.215 г/дм3 Na2SO4. Методом варьирования сопротивления внешней нагрузки и регистрации значений скачка потенциала между концевыми электродами и силы тока во внешней цепи определяли зависимость генерируемой мощности от силы тока во внешней цепи. В результате было показано, что не содержащая внутренних коллекторов раствора установка с мембранным пакетом, включающим новые катионообменные мембраны, действительно способна генерировать электрическую энергию, что присутствие полизарядных ионов ожидаемо снижает генерируемые мощность и скачок потенциала, однако во всех случаях максимальный скачок потенциала между электродами оказался существенно ниже ожидаемого исходя из расчетных диффузионных потенциалов, а максимальная генерируемая мощность – существенно ниже достижимой на текущем уровне развития техники. Можно заключить, что одного лишь перехода к схеме, не содержащей внутренних коллекторов раствора, недостаточно для повышения эффективности установок, и перспективным становится пересмотр конструкции и сравнение свойств новых мембран с аналогами в устройствах, позволяющих лучше продемонстрировать их возможные преимущества.
Проблема извлечения и концентрирования редких щелочных (Rb+, Cs+) и щелочноземельных металлов (Sr2+) возникает как при освоении геотермальных вод, так и при очистке природных и сточных вод атомных электростанций от долгоживущих радионуклидов. Потребность для решения этих задач в эффективных сорбентах делает актуальным расширение ассортимента сырьевой базы сорбентов на основе минерального сырья. Среди природных сорбентов для очистки растворов от радионуклидов цезия хорошо зарекомендовали себя глины разного состава, при этом отмечается, что наибольшей селективностью к Cs+ обладает глинистый минерал - иллит, содержание которого в нативной глине Левашинского месторождения Республики Дагестан составляет ~ 32%. Важной задачей становится поиск эффективных методов улучшения физико-химических свойств и сорбционных характеристик природного сырья, для чего используется обработка исходной глины различными кислотами (главным образом, HCl) и солями (Na+, K+, Ca2+, Fe2+). Целью настоящей работы является изучение сорбционных свойств по ионам Cs+, модифицированной хлоридом натрия глины Левашинского месторождения Республики Дагестан. В работе использована методика модифицирования исходной глины хлоридом натрия, предусматривающая предварительную кислотную активацию исходной глины. Исследование адсорбции ионов проводили в модельных растворах в ограниченном объеме, варьируя концентрацию исследуемых ионов в растворах от 5 до 700 мг/дм3. Обнаружено, что обработка исследуемой глины, предварительно подвергнутой кислотной активации, раствором NaCl приводит к увеличению в ~ 1.3 раза ее сорбционной емкости по Cs+ и способствует вовлечению в процесс адсорбции высокоселективных по отношению к ионам Cs+ центров FES (Frayed Edge Sites). Установлено влияние ионной силы раствора и концентрации отдельных ионов на сорбцию цезия.
