Iónová výmena fyzikálny princíp

Σχετικά έγγραφα
CHÉMIA Ing. Iveta Bruončová

Start. Vstup r. O = 2*π*r S = π*r*r. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = P*C*1,19. Vystup V. Stop

M6: Model Hydraulický systém dvoch zásobníkov kvapaliny s interakciou

HASLIM112V, HASLIM123V, HASLIM136V HASLIM112Z, HASLIM123Z, HASLIM136Z HASLIM112S, HASLIM123S, HASLIM136S

KATEDRA DOPRAVNEJ A MANIPULAČNEJ TECHNIKY Strojnícka fakulta, Žilinská Univerzita

RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH Z ANORGANICKEJ A ANALYTICKEJ CHÉMIE

3. Striedavé prúdy. Sínusoida

Témy prednášok ADSORPCIA IÓNOVÁ VÝMENA MEMBRÁNOVÉ SEPARÁCIE KRYŠTALIZÁCIA ÚPRAVA VZDUCHU A SUŠENIE

Kontrolné otázky na kvíz z jednotiek fyzikálnych veličín. Upozornenie: Umiestnenie správnej a nesprávnych odpovedí sa môže v teste meniť.

Matematika Funkcia viac premenných, Parciálne derivácie

6.4 Otázky na precvičenie. Test 1

Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ M A T E M A T I K A

7. FUNKCIE POJEM FUNKCIE

,Zohrievanie vody indukčným varičom bez pokrievky,

Obvod a obsah štvoruholníka

ANALYTICKÁ CHÉMIA V PRÍKLADOCH

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 54. ročník, školský rok 2017/2018 Kategória C. Študijné kolo

difúzne otvorené drevovláknité izolačné dosky - ochrana nie len pred chladom...

Vyhlásenie o parametroch stavebného výrobku StoPox GH 205 S

Základné poznatky molekulovej fyziky a termodynamiky

1. Limita, spojitost a diferenciálny počet funkcie jednej premennej

Stanovenie objemového koeficientu prestupu kyslíka v mechanicky miešanom reaktore

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 51. ročník, školský rok 2014/2015 Kategória C. Domáce kolo

C. Kontaktný fasádny zatepľovací systém

CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 47. ročník, školský rok 2010/2011. Kategória A. Krajské kolo RIEŠENIE A HODNOTENIE TEORETICKÝCH ÚLOH

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 51. ročník, školský rok 2014/2015. Kategória EF. Školské kolo TEORETICKÉ A PRAKTICKÉ ÚLOHY

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 49. ročník, školský rok 2012/2013 Kategória C. Krajské kolo

Goniometrické rovnice a nerovnice. Základné goniometrické rovnice

CO 3 + H + elektroneutr.molek. hydroxóniový katión hydrouhličitanový anión

CHEMICKÁ OLYMPIÁDA kategória EF, úrove E školské kolo

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 54. ročník, školský rok 2017/2018. Kategória EF. Celoštátne kolo

Odporníky. 1. Príklad1. TESLA TR

Akumulátory. Membránové akumulátory Vakové akumulátory Piestové akumulátory

Ústav chemického a biochemického inžinierstva Zadanie 1

Klasifikácia látok LÁTKY. Zmesi. Chemické látky. rovnorodé (homogénne) rôznorodé (heterogénne)

Motivácia Denícia determinantu Výpo et determinantov Determinant sú inu matíc Vyuºitie determinantov. Determinanty. 14. decembra 2010.

"Stratégia" pri analýze a riešení príkladov z materiálových bilancií

Matematika 2. časť: Analytická geometria

Cvičenie č. 4,5 Limita funkcie

1. písomná práca z matematiky Skupina A

CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. Celoštátne kolo TEORETICKÉ A PRAKTICKÉ ÚLOHY. 51. ročník, školský rok 2014/2015. Kategória EF

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 48. ročník, školský rok 2011/2012 Kategória C. Krajské kolo RIEŠENIE A HODNOTENIE

u R Pasívne prvky R, L, C v obvode striedavého prúdu Činný odpor R Napätie zdroja sa rovná úbytku napätia na činnom odpore.

REGISTER. Boltzmannova konštanta, 200 Boyleov zákon, 13-14, 16 Brønstedova rovnica, 128 Brucit, dehydratačná reakcia periklas-h 2 O, , 143

MIDTERM (A) riešenia a bodovanie

Život vedca krajší od vysnívaného... s prírodou na hladine α R-P-R

(1 ml) (2 ml) 3400 (5 ml) 3100 (10 ml) 400 (25 ml) 300 (50 ml)

Priezvisko: Ročník: Katedra chemickej fyziky. Krúžok: Meno: Dátum cvičenia: Dvojica:

Matematika prednáška 4 Postupnosti a rady 4.5 Funkcionálne rady - mocninové rady - Taylorov rad, MacLaurinov rad

RIEŠENIA PRAKTICKÝCH ÚLOH Z ANALYTICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória A 44. ročník šk. rok 2007/08 Študijné kolo

Jednotkový koreň (unit root), diferencovanie časového radu, unit root testy

PRIEMER DROTU d = 0,4-6,3 mm

Kinetika fyzikálno-chemických procesov

Priamkové plochy. Ak každým bodom plochy Φ prechádza aspoň jedna priamka, ktorá (celá) na nej leží potom plocha Φ je priamková. Santiago Calatrava

Ekvačná a kvantifikačná logika

Slovenská komisia ChO RIEŠENIE A HODNOTENIE TEORETICKÝCH ÚLOH CHEMICKEJ OLYMPIÁDY V KATEGÓRII EF

Gramatická indukcia a jej využitie

Einsteinove rovnice. obrázkový úvod do Všeobecnej teórie relativity. Pavol Ševera. Katedra teoretickej fyziky a didaktiky fyziky

STRIEDAVÝ PRÚD - PRÍKLADY

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 50. ročník, školský rok 2013/2014 Kategória B. Krajské kolo RIEŠENIE A HODNOTENIE

8 VLASTNOSTI VZDUCHU CIEĽ LABORATÓRNEHO CVIČENIA ÚLOHY LABORATÓRNEHO CVIČENIA TEORETICKÝ ÚVOD LABORATÓRNE CVIČENIA Z VLASTNOSTÍ LÁTOK

SLOVENSKO maloobchodný cenník (bez DPH)

Príklad 7 - Syntézny plyn 1

1 MERANIE VLASTNOSTÍ PARTIKULÁRNYCH LÁTOK

S t r a n a 1. 1.Povezati jonsku jačinu rastvora: a) MgCl 2 b) Al 2 (SO 4 ) 3 sa njihovim molalitetima, m. za so tipa: M p X q. pa je jonska jačina:

Časopis pre skvalitňovanie vyučovania chémie

RIEŠENIE PRAKTICKEJ ÚLOHY Z ANALYTICKEJ CHÉMIE

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY

Rozsah akreditácie. Označenie (PP 4 16)

Zateplite fasádu! Zabezpečte, aby Vám neuniklo teplo cez fasádu

ROZSAH ANALÝZ A POČETNOSŤ ODBEROV VZORIEK PITNEJ VODY

Prechod z 2D do 3D. Martin Florek 3. marca 2009

Rozsah chemickej reakcie

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 48. ročník, školský rok 2011/2012 Kategória A. Krajské kolo RIEŠENIE A HODNOTENIE

Súťažné úlohy Chemickej olympiády v kategórii E. Školské kolo

Acidobázické rovnováhy

Príklad 2 - Neutralizácia

KATALÓG KRUHOVÉ POTRUBIE

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 48. ročník, školský rok 2011/2012 Kategória D. Študijné kolo

Úvod do lineárnej algebry. Monika Molnárová Prednášky

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 53. ročník, školský rok 2016/2017. Kategória EF. Školské kolo TEORETICKÉ A PRAKTICKÉ ÚLOHY

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY

RIEŠENIE WHEATSONOVHO MOSTÍKA

Jednotkový koreň (unit root), diferencovanie časového radu, unit root testy

UČEBNÉ TEXTY. Pracovný zošit č.2. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Elektrotechnické merania. Ing. Alžbeta Kršňáková

Rekarbonizácia vody ako účinné kontrolné opatrenie

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

1 Prevod miestneho stredného slnečného času LMT 1 na iný miestny stredný slnečný čas LMT 2

1. písomná práca z matematiky Skupina A. 1. písomná práca z matematiky Skupina B

Návrh vzduchotesnosti pre detaily napojení

vantum s.r.o. VŠETKO PRE ELEKTROERÓZIU V3 Kap.11 / str. 1

Harmonizované technické špecifikácie Trieda GP - CS lv EN Pevnosť v tlaku 6 N/mm² EN Prídržnosť

YTONG U-profil. YTONG U-profil

Inštruktážna prednáška k úlohám z analytickej chémie

2 Chyby a neistoty merania, zápis výsledku merania

SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. 54. ročník, školský rok 2017/2018 Kategória B. Krajské kolo RIEŠENIE A HODNOTENIE

Úvod do organickej chémie prednášky.

CHEMICKÁ OLYMPIÁDA. Celoštátne kolo TEORETICKÉ A PRAKTICKÉ ÚLOHY. 53. ročník, školský rok 2016/2017. Kategória EF

Riešenie rovníc s aplikáciou na elektrické obvody

M O N I T O R 2002 pilotné testovanie maturantov MONITOR Chémia. 2. časť. Realizácia projektu: EXAM, Bratislava. (2002) Štátny pedagogický ústav

Transcript:

fyzikálny princíp Spojenie fyzikálnej adsorpcie, ktorej podstatou je afinita látok k povrchu (aktívnym centrám) tuhej fázy, a protolytickej rovnováhy. Protolytická rovnováha sa dosahuje takmer okamžite. Zmenou podmienok sa chemická reakcia dá obrátiť požadovaným smerom (regenerácia iónomeniča). výmena katiónov katex výmena aniónov anex + R + + O R + O + R' O + l + R' l + O 2 2 + + R + + l R + + l R' O + l + R' l + O + + + R SO3 OO R' O N O + 3 ( ) + R' l N 3 l 3

uvažujme výmenu katiónov rovnovážna konštanta protolytickej reakcie berúc do úvahy sypnú hmotnosť suchého iónomeniča, ρ s Iónová výmena opis rovnováhy + + + z roztoku za protóny iónomeniča (/) + R + (R) s r r jednomocné ióny dvojmocné ióny + R + + O R + 2R + u + SO 2O R u + 2 + SO resp. pre ideálny roztok (koncentrácie iónov) q Q ρ s a a r a a s Q Q s r dostaneme r resin (iónomenič, tuhá fáza) s solution (roztok) Q /(mol na m 3 suchého iónomeniča) je koncentrácia vymenených iónov v tuhej fáze /(mol m 3 ) je koncentrácia iónov v kvapalnej fáze q /(mol na kg suchého iónomeniča) je množstvo iónov vymenených na kg iónomeniča 2+ 2 + 2 4 2 4 q ρ q s ρs q q ρ s

Definujme pomocnú premennú i (niečo na spôsob molového zlomku jednotlivých iónov v roztoku) N kat j + : j Iónová výmena opis rovnováhy + a pomocnú premennú Y i (niečo na spôsob molového zlomku jednotlivých iónov v tuhej fáze) N kat j Y Y + Y : j Y q q q + q q i Nkat N j j i i i i j, + iqi iqi Yi Nkat q q, Y j j j q N kat je počet rôznych typov iónov, napr. +, + N je koncentrácia všetkých iónov v roztoku q q q + q q resp. ii Ni je celková kapacita (počet aktívnych centier) iónomeniča resp. iqi qyi po dosadení do rovnice pre rovnovážnu konštantu a jej úprave dostaneme ( N ) ( ) q qy ρs ρ s q N qy Y qρs Y N

Iónová výmena opis rovnováhy jednomocné ióny dvojmocné ióny 2 + R + + O R + 2O qρs Y Y Y N Y 2R + u + SO R u + 2 + SO 2+ 2 + 2 4 2 4 2 Y q ρ Y q ρ s s Y N Y N 2 rovnovážne koncentrácie a Y nezávisia od celkovej koncentrácie katiónov v roztoku katex + roztok l (p 7) R + + l R + + l + + počas výmeny iónov narastie koncentrácia protónov v roztoku, t.j. p < 7 rovnovážne koncentrácie a Y závisia od celkovej koncentrácie katiónov v roztoku katex + roztok O (p > 7) + R + + O R + 2O aj v tomto prípade pozorujeme pokles p, pretože poklesne koncentrácia iónov O

meranie rovnováhy Stanovenie rovnováhy solidus liquidus. V, 2. 3. M V,. Zmiešame známe množstvo iónomeniča so známym objemom roztoku známej štartovacej koncentrácie iónov. 2. Suspenziu riadne miešame, aby sa dosiahla rovnováha medzi tuhou a kvapalnou fázou. 3. Odfiltrujeme roztok a stanovíme obsah iónov v rovnovážnej kvapalnej fáze. Postup opakujeme pre rôzne štartovacie koncentrácie vymieňaných iónov v roztoku, resp. rôzne štartovacie pomery objem roztoku/hmotnosť iónomeniča. q V ( ) mol kg m M

vlastnosti iónomeničov polystyrén 2 2 príklad katexu sulfónovaný polystyrén 2 2 zosieťovaný sulfonovaný kopolymér styrénu a divinylbenzénu SO3 SO3 SO3 kyslý vodík, ktorý slúži ako náhrada za 2 SO 4 (tuhá kyselina) SO3 SO3 SO3

Porézna štruktúra? pučiavanie. Vlastnosti iónomeniča: hustota vlhkého iónomeniča, ρ w /(kg m 3 ) - iónomenič v forme v destilovanej vode - zleje sa voda - zbytková voda sa odsaje na Büchlerovom lieviku -určí sa hustota hustota suchého iónomeniča, ρ s /(kg m 3 ) Iónová výmena vlastnosti iónomeničov - vlhká živica sa vysuší pri 5 v sušiarni do konštantnej hmotnosti -určí sa hustota celková iónovýmenná kapacita iónomeniča, q /(mmol g ) - maximálne množstvo iónov, ktoré iónomenič dokáže vymeniť - obvykle sa určuje ako látkové množstvo iónov vztiahnuté na jednotkovú hmotnosť suchého iónomeniča, zodpovedá množstvu a dostupnosti funkčných skupín iónomeniča - pre katexy je jeho hodnota určená vzhľadom na výmenu iónov /, pri anexos l/o - typická hodnota je q 5 mmol na g suchého iónomeniča

vlastnosti iónomeničov Závislosť iónovýmennej kapacity od hodnoty p OO N + O 3 Iónomeniče so slabo disociovanými funkčnými skupinami

Iónová výmena priemyselné aplikácie čistenie vody zmäkčovanie vody, demineralizovaná voda zachytávanie ťažkých kovov (ich iónov) z vôd a rôznych roztokov (napr. U, u,...) separácia amfolytických organických látok (napríklad aminokyselín, proteínov, atď.) náplne chromatografických kolón (PL) použitie katexov ako heterogénne kyslé katalyzátory (náhrada 2SO4) pri esterifikácii, éterifikácii, výrobe MTBE, ETBE, atď. ZMČOVČE Pri zmäkčovaní sa ióny vápnika a horčíka nahrádzajú iónmi sodíka, ktorého soli nespôsobujú problémy ako tvrdá voda. Tento postup sa v priemysle a inštitúciách uplatňuje na úpravu vody pre parné kotole a systémy diaľkového vykurovania, práčovne, chladiace veže, oplachové procesy, umývanie, umývanie riadu, čistenie a pod.

jednorazový kontakt fáz Rovnaký postup ako pri meraní rovnováhy zmiešať známe množstvo iónomeniča s roztokom príslušných iónov nechať ustáliť rovnováhu za neustáleho miešania po oddelení fáz stanoviť obsah iónov v roztoku Riešenie ako v prípade jednorazového kontaktu fáz pri adsorpcii materiálová bilancia rovnováha rovnica elektroneutrality (paritné zastúpenie aniónov a katiónov v roztoku) V ( ) q mm Y qρs Y N + + B B O definičné vzťahy i i N i N kat j j Y i iq q i N kat j Y j sústava nelineárnych algebraických rovníc

Príklad Iónová výmena jednorazový kontakt fáz 2 m 3 roztoku l s počiatočnou koncentráciou.5 mol m 3 zmiešame s kg suchého katexu MBERLIST IR v forme ( SO 3 ). Iónovýmenná kapacita katexu je 5 mmol na gram suchého iónomeniča. Rovnovážna konštanta výmeny iónov + / + má hodnotu.32. Vypočítajte koncentráciu iónov + v roztoku, p roztoku a množstvo iónov + zachytených na katexe za predpokladu, že sa dosiahne rovnováha. Záznam údajov zo zadania V q m 3 3 M.5 mol m 2 m 5mmolg kg.32 Silný elektrolyt, úplná disociácia v roztoku, silno kyslý iónomenič Sústava nelineárnych algebraických rovníc a jej riešenie V V + m M Y Y Y Y + + qn a q + Y l q + + w w l 4 q Y Y.257 mol m q.54.486.583 Y.47 Y 3 2.94 mol kg 3.243 mol m

jednorazový kontakt fáz Slabý elektrolyt, neúplná disociácia v roztoku (napr. aminokyseliny) R N 2 OO kryštalická forma iónový súčin vody w 4 R N + 3 OO - v roztoku ± celková (analytická) koncentrácia aminokyseliny v roztoku + + ± + R N+ 3 OO v kyslom prostredí + + ± + a ± + + R N 2 OO v zásaditom prostredí ± + + b + ±

opakovaný a kontinuálny kontakt fáz Viacstupňový kontakt m M m M m M ontinuálna iónová výmena V V Y Y V 2 n Y 2 V Yn m M m M 2 m M n Protiprúdová iónová výmena VY,, mm, V Y VY, 2 2... n m M, 2 mm, 3 VY, n m, M n VY, n mm, n +

neustálená iónová výmena 3 4 Zachytávanie iónov medi z vodného roztoku síranu meďnatého na katexe Marathon (Dowex) výška vrstvy hmotnosť suchého iónomeniča objemový prietok L 23.5cm m 8.4g V& 3.85cm min 3 prierez byrety S.95cm 2 5 2 sypná hmotnosť medzerovitosť počiatočná koncentrácia uso 4 ρb.896g cm ε.373 b 3 u 5mol m 3 kadička na zásobný roztok, 2 peristaltické čerpadlo, 3 byreta, 4 stojan, 5 kadička na vyčistený roztok, miesto na odoberanie vzoriek z kolóny

neustálená iónová výmena 3 4 5 2 t t >> >

neustálená iónová výmena Prieniková krivka iónov u 2+ na výstupe z kolóny,6.6,5.5 (u) (mol/l),4.4,3.3,2.2,. 5 5 2 čas Čas (min) (min)

neustálená iónová výmena Odhad času prieniku Odhad času potrebného na úplné nasýtenie vrstvy iónomeniča Predpoklad: ideálna adsorpčná vlna, t.j. rovnaký čas prieniku a nasýtenia vrstvy iónomeniča Bilancia vymieňaných iónov Vt & m q z L u p Priestorová súradnica, z L čas prieniku: 95 min (u) (mol/l) u b,u Experimentálne údaje u Iónomenič v rovnováhe s tekutinou na vstupe nasýtenie vrstvy: 45 min Nevyužitý iónomenič,6.6,5.5,4.4,3.3,2.2,. t mq 8.4.5 min V & 3.85.5 p u 5 5 2 čas z Čas (min) (min) L