Влияние температуры на обмен ионов цинка и натрия на полиметакриловом катионите и возможности его использования в разделительных процессах

  • Ольга Тихоновна Гавлина Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
  • Екатерина Анатольевна Карпюк Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
  • Владимир Александрович Иванов Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
  • Сергей Игоревич Каргов Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Ключевые слова: полиметакриловый катионит, равновесие ионного обмена, обмен ионов цинка и натрия, ионообмен-ное разделение.

Аннотация

Показана высокая селективность полиметакрилового катионита к иону цинка из концентрированных растворов хлорида и нитрата натрия, а также значительное увеличение селективности при повышении температуры. Селективность в хлоридной системе оказалась ниже, чем в нитратной системе, из-за образования хлоридных анионных комплексов цинка в растворе. При проведении очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей солей цинка на полиметакриловых катионитах в форме того же иона щелочного металла при высоких температурах можно увеличить объемы очищаемых растворов по сравнению с традиционными условиями с комнатной температурой. Однако этот положительный эффект проявляется в случае нитратной системы и очень малозначим в хлоридной системе из-за образования анионных хлоридных комплексов цинка в растворе. Оказалось, что применение техники двухтемпературного безреагентного разделения в случае систем с солями цинка не удается. Обнаружено, что после того как ионит в колонне приходит в равновесие с исходным раствором смеси солей натрия и цинка при повышенной температуре, при последующем понижении температуры и селективности ионита к цинку при пропускании того самого исходного раствора эффективного и полного вытеснения избыточно сорбированного цинка не наблюдается. Таким образом, в случае смешанного раствора солей натрия и цинка образуются два различающихся стационарных состояния полиметакрилового катионита. Причиной этого является очень высокая селективность ионита к иону цинка, в результате чего в растворе, содержащем хлорид цинка, полиметакриловый ионит становится неупругим жестким материалом.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Ольга Тихоновна Гавлина, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

к.х.н., старший научный сотрудник, химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Екатерина Анатольевна Карпюк, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

к.х.н., доцент, химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Владимир Александрович Иванов, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

д.х.н., профессор, химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Сергей Игоревич Каргов, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

д.х.н., профессор, химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Литература

Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gorshkov V.I., Drozdova N.V. The role of temperature in ion exchange processes of separation and purification. J. Radioanal. Nucl. Chem. 1996; 208(1): 23-45. https://doi.org/10.1007/BF02039748

Khamizov R.Kh., Ivanov V.A., Tikhonov N.A. Dual temperature methods of separation and concentration of elements in ion exchange columns. In: Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances, Vol. 20, Ed.: A.K. SenGupta. Taylor & Francis Group, CRC Press. 2010: 171-232.

Khamizov R.Kh., Ivanov V.A., Madani A.A. Dual-temperature ion exchange: A review. React. Func. Polym. 2010; 70(8): 521-530. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2010.04.002

Ivanov V. A., Khamizov R. K. Role of temperature in ion-exchange processes of separation and purification. In: Ion-exchange chromatography and related techniquesю (Eds: P. Nesterenko, C. Poole, Y. Sun) Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2024: 591-614.

Van der Poll E.F., Sadie O. High AVT regime at Matimba power station impact on air cooled condensers and condensate polishing plant. Proc. ESCOM Power Plant Chemistry Symposium. Midrand, South Africa. 1994.

Ivanov V.A., Khamizov R.Kh. Ionnyi obmen. Kn.: Vysokochistye veshchestva (Red.: Churbanov M.F., Karpov Yu.A., Zlomanov V.P., Fyodorov V.A.). M., Nauchnyi mir. 2018: 105-139. (In Russ.).

Gregor H.P., Bregman J.I. Studies on ion exchange resins. IV. Selectivity coefficients of various cation exchangers towards univalent cations. J. Colloid Sсi. 1951; 6(4): 323-347. https://doi.org/10.1016/0095-8522(51)90003-7

Myers G.E., Boyd G.E. A thermodynamic calculation of cation exchange selectivities. J. Phys. Chem. 1956; 60(5): 521-529. https://doi.org/10.1021/j150539a003

Bonner O.D., Smith L.L. The effect of temperature on ion-exchange equilibria. I. The sodium-hydrogen and cupric-hydrogen exchanges. J. Phys. Chem. 1957; 61(12): 1614-1617. https://doi.org/10.1021/j150558a009

Matorina A.A., Popov A.N. Vliyanie temperatury na sostoyanie ionoobmennogo ravnovesiya. II Temperaturnye izmeneniya ionoobmennoi adsorbcii na sulfosmolakh. // Zhurn. Fiz. Khim. 1958; 32(12): 2772-2779. (In Russ.).

Bonner O.D., Pruett R.R. The effect of temperature on ion exchange equilibria. II. The ammonium–hydrogen and thallous-hydrogen exchanges. J. Phys. Chem. 1959; 63(9): 1417-1420. https://doi.org/10.1021/j150579a019

Bonner O.D., Pruett R.R. The effect of temperature on ion-exchange equilibria. III. Exchanges involving some divalent ions. J. Phys. Chem. 1959; 63(9): 1420-1423. https://doi.org/10.1021/j150579a020

Kraus K.A., Raridon R.J. Temperature dependence of some cation exchange equilibria in the range 0 to 200°. J. Phys. Chem. 1959.; 63(11): 1901-1907. https://doi.org/10.1021/j150581a026

Kraus K.A., Raridon R.J., Holcomb D.L. Anion exchange studies: a column method for measurement of ion exchange equilibria at high temperature. Temperature coefficient of the Br−–Cl− exchange reaction. Chromatogr. 1960; 3(1): 178-179. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(01)96974-2

Bonner O.D., Dickel G., Brümmer H. The temperature and counter-ion dependency of cation exchange equilibria. Z. Phys. Chem. 1960; 259(1-2): 81-89. https://doi.org/10.1524/zpch.1960.25.1_2.081

Timofeevskaya V.D., Ivanov V.A., Gorshkov V.I. Influence of temperature on the equilibrium of Na+ – Me2+ (Me = Ca, Sr, Mg) exchange on KB-4 carboxyl cationite. Zhurn. Fiz. Khim. 1988; 62(9): 2531-2534. (In Russ.).

Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gorshkov V.I., Eliseeva T.V. Vliyanie temperatury na ravnovesie obmena ionov Ca2+–Na+ na karboksilnykh ionitakh. Zhurn. Fiz. Khim. 1991; 65(9): 2455-2460. (In Russ.)

Ivanov V.A., Gorshkov V.I., Timofeevskaya V.D., Drozdova N.V. Influence of temperature on ion-exchange equilibrium accompanied by complex formation in resins. React. Func. Polymers. 1998; 38(2-3): 205-218. https://doi.org/10.1016/S1381-5148(97)00162-4

Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Drozdova N.V., Gorshkov V.I. E`ksperimental`noe issledovanie vliyaniya temperatury` na ravnovesie obmena raznozaryadny`x ionov na nerastvorimy`x sshity`x polie`lektrolitax. Zhurn. fiz. ximii. 2000; 74(4): 734-738. (In Russ.)

Ivanov V.A., Karpyuk E.A., Gavlina O.T., Kargov S.I. Superheated solutions in dual-temperature ion exchange separations. React. Func. Polym. 2018; 122(1): 107-115. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2017.11.009

Harjula R., Lehto J. The international workshop on uniform and reliable nomenclature, formulations and experimentation for ion exchange, Helsinki, Finland, May 30–June 1, 1994. React. Func. Polym. 1995; 27(2): 147-153. https://doi.org/10.1016/1381-5148(95)00039-I

Harjula R., Lehto J. Memorandum mezhdunarodnogo simpoziuma po unifikacii nomenklatury, formulirovok i eksperimentalnykh metodov pri izuchenii processov ionnogo obmena. Zhurn. Fiz. Khim. 1996; 70(9): 1723-1725. (In Russ.)

Ivanov V.A., Karpyuk E.A. Nekotorye aspekty termodinamiki ionnogo obmena. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy. 2015; 15(1): 19-34. (In Russ.)

Kraus K.A., Moore G.E. Anion Exchange Studies. VI. The Divalent Transition Elements Manganese to Zinc in Hydrochloric Acid. J. Am. Chem. Soc. 1953; 75(6): 1460-1462. https://doi.org/10.1021/ja01102a054

Riman V., Uolton G. Ionoobmennaya khromatografiya v analiticheskoi khimii. M., Mir, 1973: 359-360. (In Russ.)

Skorokhodov V.I., Radionov B.K., Goryaeva Yu.O. Sorbciya kompleksnykh ionov tsinka ionitami iz khloridnykh rastvorov. Zhurn. Prikl. Khim. 2004; 77(9): 1456-1461. (In Russ.)

Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gorshkov V.I. Ion-exchange separation of alkali and alkaline earth ions in concentrated solutions based on temperature changes. React. Func. Polym. 1992; 17(1): 101-107. https://doi.org/10.1016/0923-1137(92)90575-M

Karpyuk E.A., Titova O.I., Pastukhov A.V., Davankov V.A., Kargov S.I., Ivanov V.A. Complex formation of divalent cations with carboxylic acid resins as a factor determining different stationary states of their swelling. Solv. Ext. Ion Exch. 2016; 34(4): 362-374. https://doi.org/10.1080/07366299.2016.1155898

Park C.-H., Orozco-Avila I. Concentrating cellulases using a temperature–sensitive hydrogels: Effect of gel particle size and geometry. Biotechnol. Prog. 1993; 9(6): 640-646. https://doi.org/10.1021/bp00024a011

Vervoort S., Patlazhan S., Weyts J., Budtova T. Solvent release from highly swollen gels under compression. Polymer. 2005; 46(1): 121-127. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2004.10.046

Karpyuk E.A., Pastuxov A.V., Gavlina O.T., Kargov S.I., Ivanov V.A. Uprugo-plasticheskie svoistva ionoobmennikov na osnove sshitykh polielektrolitov. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy. 2024; 24(2): 170-179. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12123 (In Russ.)

Опубликован
2025-01-06
Как цитировать
Гавлина, О. Т., Карпюк, Е. А., Иванов, В. А., & Каргов, С. И. (2025). Влияние температуры на обмен ионов цинка и натрия на полиметакриловом катионите и возможности его использования в разделительных процессах. Сорбционные и хроматографические процессы, 24(6), 965-974. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12576