Влияние структуры полимерной основы на набухаемость и селективность ионообменников
Аннотация
В работе получила дальнейшее развитие модель ионного обмена, опирающаяся на расширенные представления о взаимодействиях ионов, включающих в себя кулоновские, дипольные и водородные связи. Благодаря близости значений ионных радиусов в модели выводится каноническая форма уравнения для энергии связи. Уравнение содержит малый параметр, в который включены различия в размерах и гидрофильности ионов. Такие параметры представляют собой главные факторы, влияющие на величину константы ионного обмена. На базе модели, описывающей взаимодействие противоиона с ионитом, выводятся выражения для связи параметров селективности ионного обмена с явлением набухаемости полимерных ионитов. Показано, что вклад фактора гидратации в энергию ионного обмена определяется гидратным числом противоиона и коэффициентом набухания ионита. Рассмотрено влияние структурных характеристик сшитых полимеров на объем набухшего ионита и выведена закономерность, связывающая коэффициент набухания и долю сшивающего агента. Теоретический вывод подтвержден экспериментальными данными для полистирольных ионитов. Выведены уравнения для констант ионного обмена сильных ионитов.
Скачивания
Литература
Gregor H.P., Bregman J.I. Studies on ion-exchange resins. IV. Selectivity co-efficients of various cation exchangers to-wards univalent cations. J. Colloid Sci., 1951; 6: 323-347.
Marinsky J.A. Interpretation of Ion-Exchange Phenomena. In: Ion Exchange: A Series of Advances / Ed. by Marinsky J.A. NY: Buffalo, 1966; 1: 423 p. Ch.1.
Freeman D.H., Seatchard G. Volu-metric Studies of Ion-Exchange Resin Par-ticles Using Microscopy. J. Phys. Chem., 1965; 69(1): 70-74.
Babayan I. I., Tokmachev M. G., Ivanov A. V., Ferapontov N. B. Using Crosslinked Polyvinyl Alcohol Granules for the Determination of the Composition of Mixed Electrolyte Solutions. J. Anal. Chem., 2019; 74(8): 834-838.
Schroeder P.V. Über Erstarrungs-und Quellungserscheinungen von Gelatine. Z. Phys. Chem., 1903; 45U(1): 75-117.
Davankov V.A., Pastukhov A.V. Paradoxes of thermodynamics of swelling equilibria of polymers in liquids and va-pors. J. Phys. Chem. B, 2011; 115: 15188-15195.
Roldughin V.I., Karpenko-Jereb L.V., On the Schroeder paradox for nonionogenic polymers. Colloid Journal, 2017; 79(4): 532-539.
Kudukhova I.G., Rudakov O.B., Rudakova L.V., Ferapontov N.B. Kinetika nabukhaniya granul monogennykh i neionogennykh polimernykh materialov v vodno-spirtovykh rastvorakh. Sorbtsionnye i khromatogr. protsessy, 2010; 10(4): 589-594. (In Russ.)
Freger V. Hydration of Ionomers and Schroeder’s Paradox in Nafion, J. Phys. Chem. B, 2009; 113: 24-36.
Eisenman G. Cation selective glass electrodes and their mode of operation. Bi-ophys. J., Suppl., 1962; 2(2): 259-323.
Reihenberg D., Selectivity of Ion Exchange, In: Ion Exchange: A Series of Advances / Ed. by Marinsky J.A. NY: Buf-falo, 1966; 1: 423 p. Ch.2.
Dolgonosov A.M. Problems of the theory of ion exchange I: Describing forces of ion exchange in classical systems. Russ. J. Phys. Chem., 2022; 96(10): 2252-2258.
Dolgonosov A.M. Problems of the theory of ion exchange II: Selectivity of ion exchangers. Russ. J. Phys. Chem., 2022; 96(11): 2515-2522.
Robinson R.A., Stokes R.H. Elec-trolyte Solutions, Butterworths Sci. Publ., London, 1959; 559 p.
Warshel A., Levitt M. Theoretical studies of enzymic reactions: dielectric, electrostatic and steric stabilization of the carbonium ion in the reaction of lysozyme. Journal of Molecular Biology, 1976; 103: 227-249.
Mehler E. L., Eichele G. Electro-static effects in water accessible regions of proteins. Biochemistry, 1984; 23: 3887-3891.
Hingerty B. E., Ritchie R. H., Fer-rell T. L. Dielectric effects in biopolymers: The theory of ionic saturation revisited. Biopolymers, 1985; 24: 427-439.
Mallik B., Masunov A., Lazaridis Th. Distance and exposure dependent ef-fective dielectric function. J. Comp. Chem., 2002; 23: 1090-1099.
Dolgonosov A.M. Expression for ef-fective dielectric permittivity of polar liq-uid at molecular scale. Theor. Chem. Ac-counts, 2022; 141: Art. 47.
Marcus Y. A simple empirical mod-el describing the thermodynamics of hydra-tion of ions of widely varying charges, siz-es, and shapes. Biophys. Chem., 1994; 5l: 111-127.
Y. Marcus. Effect of ions on the structure of water: structure making and breaking. Chem. Rev., 2009; 109: 1346-1370.
H. Chen, E. Ruckenstein. Hydra-tiond ions: from individual ions to ion pairs to ion clusters. J Phys Chem B, 2015; 119: 12671-12676.
Ch. Liu, F. Min, L. Liu, J. Chen, Hydration properties of alkali and alkaline earth metal ions in aqueous solution: A mo-lecular dynamics study, Chem. Phys. Let., 2019; 727: 31-37.
Soldatov V.S., Kosandrovich E.G., Bezyazychnaya T.V. State of the lithium ions in the sulfostyrene cation exchanger according to ab initio quantum chemical calculations. React. Funct. Polym., 2018; 131: 219-229.
Helfferich F. Ion Exchange. NY: McGraw-Hill, 1962; 624 p.
Dolgonosov A. M., Khamizov R. Kh., Kolotilina N. K. Nano ion exchangers as modifiers of chromatographic phases and sources of analytical signal. J. Anal. Chem., 2019; 74(4): 382-392.
Freeman D.H. Study of Ion-Exchange System Using Microscopy. In: Ion Exchange: A Series of Advances / Ed. by Marinsky J.A. NY: Buffalo, 1966; 1: 423 p. Ch.6.
