The concept of gel diffusion in the kinetics of swelling and shrinking of a polystyrene sulfonic acid ion exchanger in the K+ form

Аннотация

Исследована кинетика набухания (сжатия) полистирольных смол сульфокислотного типа. Зерно ионита в форме иона K⁺, равновесное с 0.1; 0.5; 1,0 или 2 М раствором KCl, переносили в воду и непрерывно измеряли диаметр. В обратных опытах зерно, пришедшее в равновесие с водой, переносили в раствор KCl и изучали кинетику сжатия зерна. Результаты экспериментов обрабатывали с использованием теории «диффузии геля», параметром которой является так называемый коэффициент диффузии геля, аналогичны коэффициенту молекулярной диффузии. В отличие от ранее публиковавшихся работ, в которых в соответствующем математическом выражении учитывали лишь один член ряда, учитывали первые десять членов ряда. Оказалось, что необходимо учитывать не только первый член ряда (как это делалось в ранее публиковавшихся работах), но и второй член ряда. Оказалось также, что в экспериментах с набуханием гранулы значения коэффициента диффузии геля совершенно логично несколько возрастают (например, в экспериментах с 1 М KCl от 2.1·10⁻⁶ до 3.2·10⁻⁶ см²/c) и, напротив, несколько снижаются в обратных экспериментах. Показано, что средние значения коэффициентов диффузии геля позволяют достаточно адекватно описать основную часть кинетической кривой.

Концепция диффузии геля позволяет сравнивать кинетику набухания различных полиэлектролитных гелей с точки зрения значений коэффициента диффузии, независимо от формы частиц, систематизировать данные для различных материалов и сравнивать их свойства с молекулярной диффузией других веществ.

Оказалось также, что на самых конечных участках (5-10%) кинетических кривых наблюдается резкое снижение значения коэффициента диффузии как в экспериментах с набуханием, так и при сжатии зерен. Это указывает на то, что на завершающих стадиях происходит резкое замедление процесса из-за изменения его механизма на недиффузионный.