ИЗМЕНЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРАТАЦИИ КАРБОКСИЛЬНОГО ВОЛОКНИСТОГО СОРБЕНТА ПРИ ОБМЕНЕ КАТИОНОВ МАГНИЯ И КАЛЬЦИЯ
Аннотация
В работе установлена взаимосвязь между характеристиками гидратации и селективностью волокнистого карбоксильного сорбента. С использованием изопиестического метода и термического анализа изучена гидратация карбоксильного волокнистого ионообменника ВИОН КН-1 в натриевой, кальциевой и магниевой формах. Определено количество поглощенной воды, в том числе соотношение кинетически неравноценной воды в фазе сорбента. Количество поглощенной воды магниевой формой ионообменника больше, чем кальциевой, при этом распределение мольных долей воды различной степени гидратации в магниевой и кальциевой формах волокна практически одинаково. Рассчитаны изменения энергии Гиббса гидратации и энтальпии дегидратации ионообменного волокна. Увеличение энергии Гиббса обусловлено поглощением воды ближней гидратации, а вода дальней гидратации сорбируется при постоянном значении энергии. Наиболее высокие ее значения определены для магниевой формы сорбента, наименьшие – для кальциевой, что соответствует соотношению поглощенного растворителя обеими формами на первой ступени гидратации. Получены изотермы обмена ионов кальция и магния на натриевой форме волокна ВИОН КН-1. Рассчитана энергия Гиббса межфазного переноса растворителя, которая представляет собой разницу между энергиями Гиббса ионообменной сорбции и непосредственно обмена катионов, и описывает вклад изменения гидратации сорбента при переходе от одной ионной формы к другой. Установлено, что селективность волокнистого ионообменника к извлекаемым катионам металлов зависит от изменения гидратации сорбента при ионном обмене, которая является энергетически выгодным процессом и способствует ионообменной сорбции. Карбоксильный катионообменник более селективен к ионам магния, чем к ионам кальция, что подтверждается высокими значениями энергии межфазного переноса растворителя и меньшим количеством выделяющейся воды при переходе из натриевой формы в магниевую, чем при переходе в кальциевую.
Литература
Kotova D.L., Selemenev V.F. Thermal analysis of ion-exchange materials. M.: Nauka. 2002. 157 p. (in Russian).
Soldatov V., Zelenkovskii V., Kosandrovich E. Hydration of ion exchangers: thermodynamics and quantum chemistry calculations. II, III. React. Funct. Polym. 2016. V. 102. P. 147-155, 156-164.
Krylov E.A., Mashin N.I., Sirotkin N.I., Tumanov A.A., Chernyaeva E.A. Influence of the types and concentrations of ex-changeable ions on the state of crosslinked organic polyelectrolytewater systems. Polym. Sci. Ser. A. 2015. V. 57. N 4. P. 375-382.
Tokmachev M.G., Ferapontov N.B., Agapov I.O., Trobov Kh.T. The Effects of polymer properties and solution composition on the distribution, properties, and amount of water in swollen ion exchangers. Colloid J. 2018. V. 80. N 1. P. 91-95.
Maiygurova N.I., Ressner F., Eliseeva T.V., Selemenev V.F. Аmino acid sorption and hydration change of heterogeneous CAT-ION-exchange and anion-exchange Fumasep membranes. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 4. P. 73-77 (in Russian).
Soldatov V., Pristavko S., Zelenkovskii V., Kosandrovich E. Нydration of ion exchangers: thermodynamics and quantum chemistry calculations. React. Funct. Polym. 2013. V. 73. N 5. P. 737-744.
Bondareva L.P., Astapov A.V., Selemenev V.F., Il'ina A.Yu. Selectivity of ion exchange on iminocarboxyl resin and the hydration energy of its ionic forms. Russ. J. Phys. Chem. A. 2018. V. 92. N 8. P. 1597-1601.
An B., Lee H., Lee S., Lee S-H., Choi J-W. Determining the selectivity of divalent metal cations for the carboxyl group of alginate hy-drogel beads during competitive sorption. J. Hazard. Mater. 2015. V. 298. N 15. P. 11-18.
Anirudhan T.S. Deepa J.R. Synthesis and characterization of multi-carboxyl-functionalized nanocellulose/nanobentonite composite for the adsorption of uranium(VI) from aqueous solutions: Kinetic and equilibrium profiles. Chem. Eng. J. 2015. V. 273. P. 390-400.
Zharkova V.V., Bobkova L.A., Bektimirova C.A., Kozik V. Sorption of cobalt (II) and copper (II) ions by highly cross-linked carboxyl cation exchangers from natural waters with high salt background. Adv. Mater. Res. 2015. V. 1085. Р. 68-73.
Zverev O.M., Abdulhakovа Z.Z. System "VION" for wastewater treatment. Ecologiya i prom-t’ Rossii. 2008. N 6. P. 12 (in Russian).
Astapov A.V., Peregudov Yu.S., Kopylova V.D., Kuznetsova I.V. Hydration of sodium and copper forms of carboxyl-containing ion exchange fibers. Zhurn. Fiz. Khim. 2008. V. 82. N 5. P. 960-963 (in Russian).
Astapov A.V., Peregudov Y.S., Kopylova V.D., Popovа K.A. The hydration characteristics of chemisorptions fiber VION KN-1 in the nickel and zinc forms. Zhurn. Fiz. Khim. 2010. V. 84. N 3. P. 566-569 (in Russian).
Kosandrovich E.G., Soldatov V.S. Fibrous Ion Exchangers. Ion Exchange Technology I: Theory and Materials. Springer. 2012. P. 299-371.
Selemenev V.F., Slavinskaya G.V., Khokhlov V.Yu. Workshop on ion exchange. Voronezh: VGU. 2004. 160 p. (in Russian).
Novitskaya L.V., Soldatov V.S., Sosinovich Z.I. Thermodynamics of water sorption by salt forms of carboxyl cation exchanger KB-4P-2. Kolloid. Zhurn. 1973. V. 35. N 3. P. 583-586 (in Russian).
Krylov E.A., Rabinovich I.B., Karyakin N.V., Makarov A.V., Faminskaya L.А. State diagrams of the water-crosslinked organic ionogenic polymer system. Russ. J. Phys. Chem. A. 2004. V. 78. N 1. P. 70-76.
Gapeev A.A., Bondareva L.P., Kornienko T.S., Buzin M.I. Hydration of purolite S950 ion exchanger in deprotonated forms. Russ. J. Phys. Chem. A. 2013. V. 87. N 5. P. 846-850.
Gapeev A.A., Bondareva L.P., Astapov A.V., Kornienko T.S. Hydration and sorption of amino acids by an iminophosphonic ion exchanger. Protect. Metal. Phys. Chem. Surf. 2016. V. 52. N 2. P. 689-694.
Niftaliyev S.I., Peregudov Y.S., Mejri R., Saranov I.A. Study of the water state in chemically treated glauconite samples by thermal analysis. Sorbts. Khromat. Prots. 2018. V. 18. N 4. P. 598-605 (in Russian).
