Vol. 54 (2018), Issue 5, p. 56-67

DOI: 10.5281/zenodo.1464855

Исследование обменных процессов в ионитах в электрических полях методом компьютерной резистометрии.
Часть 2. Методы и техника

Кошель Н.Д., Смирнова Е.В., Кошель С.А.

Abstract

УДК 541.183.12:541.135

 

Рассмотрена техника экспериментов для изучения кинетики процессов ионного обмена в слабых электрических полях на ионообменных смолах методом компьютерной резистометрии. В процессе ионного обмена в системе ионит-модельный раствор NaCL+NaOH зарегистрирована динамика изменения химического состава раствора путем измерения сопротивления раствора резистометром с проточным сенсором и последующей компьютерной обработкой сигнала. Обсуждается схема взаимодействия электрического и диффузионного полей ионов в твердой фазе ионита. Показано, что при наложении слабого направленного электрического поля на сферическую частицу ионообменника нарушается сферическая симметрия скорости перемещения ионов и изменяется баланс ионных потоков. следствием этого является ускорение обменного процесса в направлении вектора электрического поля. Рассмотрена экспериментальная установка для изучения динамики ионного обмена, включающая конвективный реактор, встроенную колонку с порцией ионита, систему термостатирования, проточный сенсор электрического сопротивления раствора, электронный резистометр, потенциостат-гальваностат. Описаны три метода эксперимента – нестационарный с суспензией ионита в замкнутом объеме, нестационарный с фильтрацией через ионит в колонке, метод открытой фильтрации через колонку. Показано, что в суспензионном режиме обмена на основном интервале времени процесса скорость ионного потока в твердой фазе постоянна и не зависит от степени насыщения ионита. Эффект обусловлен действием закона электронейтральности на два потока ионов с зарядами одного знака и с противоположными градиентами концентрации.

 

Ключевые слова: ионит, ионный обмен, обменная емкость, электрическое поле, диффузия, сопротивление, сенсор, резистометр.

 

 

The experimental technique and equipment to study the kinetics of the ion exchange processes in weak electric fields on the ion-exchange resins by computer resisto-metrics method have been described. The interaction scheme of electrical and diffusion ion fields in the solid phase of the ion exchanger has been discussed. It is shown that during the superposition of a weak electric field to the ion exchanger globule, the vectors of the total speed of displacement of ions generate the ellipsoidal surface, displaced to the side of the vector of the electric field strength relative to the center of the particle. The asymmetry of the velocity field illustrates a change in the balance of ionic flows and their acceleration in the direction of the electric field vector. The test unit to study the ion exchange dynamics, which includes a convective reactor, a built-in column with the portion of the exchanger, a temperature control system, a flowing sensor of the electrical resistance of the solution, an electronic resistometer, a potentiostat – galvanostat, has been described. Three experimental methods have been described: 1 – with the circulating suspension of exchanger in the closed volume of thr convective reactor, which makes it possible to limit the influence of diffusion resistance in the solution; 2 – with the filtration of the solution through the exchanger in the built-in column in the closed volume of the convective reactor; and 3 – the open filtration of the solution through the column. In all methods the exchange process proceeds in a nonstationary mode. The methods differ by the form of the information obtained about the dynamics of the process, which is illustrated by examples. It is shown that the speed of the ion flux in the solid phase is constant and does not depend on the saturation value of the exchanger in the suspension regime of exchange in the base interval time of the process. The effect is caused by the action of the principle of electroneutrality on two ion fluxes with the charges of the same sign but with opposite concentration gradients. Computer resistometrics can be effective as a nonchemical method of an accelerated test of exchange properties of ion-exchange materials.

 

Keywords: exchanger, ion exchange, exchange capacity, electric field, diffusion, conductivity, sensor, resistometer.

 

 

Download full-text PDF. 266 downloads

Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.