Явление электрокинетической эксклюзии коионов при нарушении барьера Доннана в ионитах

Аннотация

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.