Курс лекций по магистерской программе

для направления 140300 «Ядерные физика и технологии»

специальности 140303 «Физика кинетических явлений»

Вергун А.П.

Ионообменные технологии

Пособие

«Ионообменная технология

разделения и очистки веществ»

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 1 ч. 4

Теоретические основы ионообменных процессов 24 ч. 5

1.1. Иониты. Классификация. Ионообменная емкость 5

1.1.1. Классификация ионитов 2 ч. 5

1.1.2. Ионообменная емкость 2 ч. 9

1.1.3. Методы определения обменной емкости 2 ч. 13

1.1.4. Способы выражения состава фаз 2 ч. 15

1.2. Кинетика ионного обмена 17

1.2.1. Пленочная кинетика 2 ч. 20

1.2.2. Гелевая кинетика 2 ч. 22

1.3. Ионообменное равновесие 26

1.3.1. Основные понятия 1 ч. 26

1.3.2. Изотермы сорбции 1 ч. 27

1.3.3. Методы изображения изотерм сорбции 1 ч. 29

1.3.4. Концентрационные константы

ионообменного равновесия 1 ч. 33

1.3.5. Термодинамическая константа ионообменного

равновесия 2 ч. 34

1.4. Термодинамика и кинетика разделительных процессов в системе ионит-раствор 2 ч. 35

ВОДОПОДГОТОВКА И ДЕИОНИЗАЦИЯ РАСТВОРОВ МЕТОДАМИ ИОННОГО ОБМЕНА 8 ч. 45

2.1. Применение ионитов в процессах водоподготовки 45

2.1.1. Современное отечественное водоподготовительное оборудование 1 ч. 46

2.1.2. Развитие методов водоподготовки за рубежом 1 ч. 48

2.1.3. Технологическое и экологическое совершенствование водоподготовительных установок 1 ч. 54

2.1.4. Производство систем водоподготовки с применением мембран 1 ч. 55

2.1.5. Современные высокоэффективные коагулянты 57

2.1.6. Повышение эффективности реагентной обработки воды на водоподготовительных станциях России 1 ч. 58

2.1.7. Применение ионообменных смол при водоподготовке 2 ч. 63

2.2. Деионизация растворов методом электродиализа с

ионообменными мембранами 2 ч. 67

2.2.1. Примеры промышленных установок опреснения

сточных вод 2 ч. 78

Глава 3. Электроионитные процессы разделения и точной очистки веществ 81

3.1. Разделение изотопов и ионов с близкими свойствами в обменных процессах с электрохимическим обращением потоков фаз 1 ч. 81

3.2. Разделение изотопов электроионитными методами 1 ч. 89

3.3. Разделение изотопов в системе ионит-раствор при наложении электрического поля 1 ч. 93

3.4. Разделение изотопических ионов при электродиализе с применением ионитовых мембран 1 ч. 103

ЛИТЕРАТУРА 108

Введение

Кафедра «Технической физики» ФТФ ТПУ готовит специалистов для производственной и научной деятельности в области молекулярной физики, технологии разделения изотопов и тонкой очистки веществ, ионообменных и плазменных процессов, физических методов анализа. Особое внимание уделяется вопросам разделения изотопов, широко применяемых в науке и технике. Наряду, с совершенствованием существующих разрабатываются новые перспективные методы разделения изотопов.

Среди большого числа способов разделения изотопов и тонкой очистки веществ эффективными являются обменные и в частности с применением ионообменных материалов. Простота и высокая эффективность извлечения ионов из растворов, реализуемая в масштабах от лабораторных колонок и тонких слоев до промышленных фильтров, является основой прочной позиции ионного обмена в науке и технике.

Как и для других отраслей знаний, развитие ионного обмена обусловлено на каждом этапе запросами соответствующих отраслей практики, а возможность их удовлетворения определялась уровнем изучения и промышленного производства ионообменных материалов. Такие технологии должны быть малоотходными, использовать вещества, значительно сокращающие вредные влияния на окружающую среду [1], [3], [5-7], [33].

Ионообменная технология приобрела роль важнейшего технологического процесса в различных отраслях народного хозяйства.

Для подготовки магистров необходима учебно-методическая литература. Множественные публикации по процессам ионного обмена рассредоточены по различным научным журналам. Однако учебно-методических и учебных пособий, отражающих современное состояние и тенденции развития ионообменной технологии недостаточно.

Настоящее учебное пособие в некоторой степени устраняет пробел в рассматриваемой области. В него включены материалы оригинальных разработок, выполненных на кафедре ТФ по процессам разделения и тонкой очистки веществ с применением ионообменных материалов.

Пособие содержит введение и 3 раздела, включающие данные по разделению веществ с применением ионообменных материалов, заключение и список литературы.

1-я глава содержит общие сведения об ионитах, включает разделы по кинетике и равновесию ионного обмена. Особое внимание уделяется вопросам термодинамики и кинетики разделительных процессов.

2-я глава включает информацию по технологическим вопросам, связанным с процессами водоподготовки и деионизации растворов с применением ионообменных материалов (ионитов и ионообменных мембран).

3-я глава посвящена разделительным процессам с применением ионообменных смол и мембран.

Приводятся данные по теории и практике разделения изотопических ионов в системе ионит-раствор при наложении электрического поля и в условиях применения электродиализа с ионообменными мембранами.

Учебное пособие может быть использовано при подготовке специалистов, изучающих теоретические основы и технологические аспекты процессов водоподготовки, деионизации растворов, разделения изотопов и тонкой очистки веществ в условиях применения ионообменных материалов, магистров по специальности «Физика кинетических явлений».