Николай Бетенеков - Физико-химические основы синтеза и применения тонкослойных неорганических сорбентов

Физико-химические основы синтеза и применения тонкослойных неорганических сорбентов
Название: Физико-химические основы синтеза и применения тонкослойных неорганических сорбентов
Автор:
Жанр: Монографии
Серии: Нет данных
ISBN: Нет данных
Год: 2019
О чем книга "Физико-химические основы синтеза и применения тонкослойных неорганических сорбентов"

Монография предназначена в помощь студентам и аспирантам вузов России при освоении ими теоретических курсов "Радиохимия" и "Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов" .

Бесплатно читать онлайн Физико-химические основы синтеза и применения тонкослойных неорганических сорбентов


Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский Федеральный университет имени
Первого Президента России Б. Н. Ельцина
Редактор академик РАН Б. Ф. Мясоедов

Рекомендовано методическим советом УрФУ для студентов, обучающихся по направлению подготовки 250900 – Химимческая технология материалов современной энергетики

Введение

На современном этапе интенсивного развития металлургической промышленности, ядерной и тепловой энергетики, использования мощных транспортных средств с ядерными энергетическими установками, непрекращающихся испытаний ядерного оружия, трагических ядерных инцидентов в Кыштыме и Чернобыле важное место начинают занимать проблемы, связанные с присутствием и поведением в окружающей среде техногенно рассеянных радиоактивных вещеществ.

Особая роль в решении указанных проблем принадлежит сорбционной технологии, в частности, с применением неорганических сорбентов. Последние, по сравнению с органическими ионитами, обладают более высокой селективностью, химической, радиационной и термической устойчивостью. В пятидесятые годы стала очевидна перспективность использования неорганических сорбентов, особенно в гранулированной форме, в радиохимической технологии для переработки высокоактивного облученного ядерного горючего [1], дезактивации сточных вод [2], изготовления источников ионизирующего излучения с высокой удельной активностью [3, с.84], очистки контурных вод ядерных реакторов [4, с.280], концентрирования урана из природных, в частности, морских вод [5], в радиохимическом анализе и аналитической химии [6], в технологии особо чистых неорганических веществ [7] и гидрометаллургии [8], в медицине и биологии [9]. В подавляющем большинстве перечисленных технологических и аналитических задач необходимо концентрировать малые количества радиоактивных или стабильных примесей (микрокомпонентов) из больших объемов водных растворов с разнообразным солевым составом. Некоторые специальные задачи радиохимического анализа производственных растворов и природных вод, в частности, на содержание короткоживущих радионуклидов, включают концентрирование как предварительную стадию и требуют экспрессного проведения этой операции. Неорганические сорбенты в гранулированной форме, полученные известными способами (сушка, замораживание с последующим размораживанием, прессование, гранулирование окатыванием и прессформованием, импрегнирование и осаждение в пористых материалах, получение сферических частиц методом падающей капли [10, с.31]), не удовлетворяют требованиям экспрессного концентрирования микрокомпонентов.

Основное отличие неорганических сорбентов от органических ионообменников состоит в замедленности гелевой диффузии сорбируемых ионов. Причиной диффузионных затруднений является жесткость скелета неорганических полимерных и кристаллических фаз, отсутствие набухания, незначительный размер пор. Поэтому сорбционная способность неорганических сорбентов существенно зависит от степени развития их поверхности, что находит отражение в связи коэффициента закона Генри (k>r) с величиной удельной поверхности (Sуд) [11, с.115]:

k>r = C /C= МV/αV М= МVm h S>уд=k>dhS>уд, (1)

здесь C – концентрация сорбированного микрокомпонента в твердой фазе (моль/см>3); C– концентрация микрокомпонента в растворе (моль/см>3); М и М – абсолютные количества микрокомпонента соответственно в твердой и жидкой фазах (число атомов); V>с'= αV = (hSρ/m) m/ρ = hS>удm, где V и V>с'– общий объем сорбента и объем, доступный для сорбции (см>3); m и m'=hSρ – общая масса сорбента и масса сорбента, доступная для сорбции (г); h – толщина сорбционного слоя (см); S – поверхность сорбционного слоя (см>2); ρ -плотность сорбента (г/см>3); S>уд=S/m – удельная поверхность сорбента (см>2/г); k>d = МVm – коэффициент распределения, определяемый в опыте (см>3/г). Отсюда

k>d=k>rhS>уд (2)

Подобная зависимость коэффициента распределения от величины удельной поверхности подтверждается экспериментально [12].

Принципиально высокой удельной поверхностью могут обладать мелкодисперсные материалы с радиусом частиц, равным толщине сорбционного слоя (r=h). В этом случае весь объем сорбирующего материала становится доступным для сорбции (α=1) и коэффициент распределения при дальнейшем уменьшении размера частиц перестает зависеть от удельной поверхности (k>d= k>r). Однако мелкодисперсные материалы не пригодны для загрузки хроматографических колонн из-за большого гидравлического сопротивления потоку жидкости.

Увеличение размера частиц путем гранулирования до единиц миллиметра не во всех случаях приводит к формированию пористых гранул с высокоразвитой поверхностью [13]. Так в случае легкокристаллизующихся неорганических осадков происходит быстрая кристаллизация, сопровождающаяся срастанием первичных кристаллитов друг с другом, вследствие чего поверхность их, а, следовательно, и сорбционная способность уменьшаются. Например, осадки сульфидов металлов по этой причине имеют небольшую удельную поверхность (около 1м>2/г) [14].

Выделяют по крайней мере четыре текстурных типа гелей, которые формируются из кристаллитов одного и того же размера, но различаются по их взаимному расположению в грануле материала [15]. Текстурный тип матрицы неорганического сорбента в значительной мере определяет его селективность и кинетические характеристики. Научные основы направленного регулирования пористой структуры неорганических сорбентов и катализаторов созданы большой группой физико-химиков на примере детального изучения силикагеля, производство которого в гранулированной форме уже давно освоено промышленностью. Подробный обзор этих работ приводит И. Е. Неймарк [13].

Результаты фундаментальных исследований за последние годы положены в основу синтеза и других групп неорганических сорбентов в гранулированной форме [16-18]. Получающиеся сорбенты представляют собой сферические гранулы, характеризующиеся высокой удельной поверхностью, значительной ионообменной емкостью, механически устойчивы и рекомендованы для решения многочисленных технологических задач [8-10]. Однако и для этих сорбентов массоперенос сорбируемых ионов лимитируется диффузией в транспортных порах [19], а время полуобмена велико [18].

Предложение И. В. Мелихова о получении неорганических сорбентов с оптимальной иерархической структурой находится пока еще на стадии лабораторной проверки [20]. Поэтому заманчивой представляется идея исключить из гранулы неорганического ионообменника ее внутреннюю, балластную при сорбции микрокомпонентов часть, оставив лишь наружную поверхность, соизмеримую по толщине с толщиной сорбционного слоя (h). Реализации идеи благоприятствовало то обстоятельство, что начатые С. Г. Мокрушиным [20] еще в 30-е годы исследования ламинарных систем привели к развитию теории и практики химических методов осаждения тонких пленок различных неорганических веществ на поверхности подложек разнообразной природы [21].


С этой книгой читают
Учебник предназначен в помощь студентам и аспирантам вузов России при освоении ими теоретических курсов Радиохимия и Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов и выполнении лабораторных работ.Автор написал эту книгу на основе собственных трудов.
Рассмотрены теоретические закономерности художественной коммуникации и проанализирована практика диалога зрителя с произведениями архитектуры, скульптуры, живописи, графики и кинематографа. Предназначена для культурологов, искусствоведов, киноведов, а также всех интересующихся правилами ведения художественного диалога с произведениями изобразительного искусства.
Предлагается теория и практика об электромагнитных волнах миллиметрового диапазона. Делается вывод, что это информация от Творца. Полезная информация для любознательных , а также профи в области психологии.«Удивительные особенности распределения реликтового излучения на небесной сфере заставили американских ученых выдвинуть гипотезу о том, что оно может оказаться не прочитанным ещё человеческим посланием Создателя,– в карте космического микроволн
В книге рассмотрены различные версии начала Руси. Автор предлагает версию, согласно которой Русь в середине IX в. основало древнегерманское племя ругов, пришедшее в Приднепровье с берегов Дуная. В отличие от других работ историков по этой теме, здесь приведены исчерпывающие доказательства, основанные на европейских и арабских источниках IX-XII вв. Вторая редакция книги дополнена новыми аргументами в пользу авторской версии происхождения народа ру
В данной монографии представлены результаты комплексного исследования как явных, так и скрытых форм влияния русской литературы на творчество выдающегося представителя сербской литературы, церковного и государственного деятелля Черногории – Петра II Петровича Негоша (1813–1851). Его творческое наследие рассмотрено в контексте истории русско-черногорских связей. Осуществлен сравнительный анализ произведений черногорского поэта с тематически близким
Что знал о своем происхождении человек, которому силой своего титанического ума суждено было сотрясти Историю и многое изменить в XX веке? Говорят, величайшая личность Иосиф Сталин – сын грузинского народа. Есть версия, что этот горец происходил из великого рода грузинских царей. Сам вождь догадывался о своем исключительном происхождении и о том, что отмечен высшей силой для значительных, таинственных дел.Думал ли вождь «всех времен и народов» о 
В книге профессора научно-исследовательского университета «Высшая школа экономики» В. С. Парсамова декабристы рассматриваются с точки зрения истории идей. Вопреки устоявшейся традиции видеть в них деятелей революционного движения, автор показывает сложность и многообразие их мыслительного мира. Книга состоит из ряда очерков, каждый из которых посвящен одному из декабристов. Вместе с тем все эти очерки связаны единой концепцией, в свете которой де
Как обращать зло в добро? Как не одержаться, борясь со злом? В чём состоит стратегия поиска общего языка? Как избежать неблагодарности? Есть ли разница между единодушием и единомыслием? Как управлять смыслами-образами? Как быть счастливым вопреки и благодаря? Как объяснять это детям? Книга не столько даёт ответы на эти и другие вопросы, сколько помогает искать новые вопросы и отвечать на них.Книга может быть подспорьем для учащихся жить самостоят
Выдавая меня замуж, родители обещали, что я окажусь в сказке. Однако у моего мужа на меня совсем другие планы. Я предала его, сама того не зная. Мой супруг холодный и жестокий человек, а я – пешка в его руках. Он не любит меня, но я нужна ему. И он не отпустит…Продолжение книги «Заберу тебя себе».