На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Извлечение Cu2+ -ионов из нейтральных и слабокислых растворов ионообменным методом

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 20.10.2012. Сдан: 2012. Страниц: 6. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Введение 

      Ионообменные  смолы – искусственные высокомолекулярные органические, практически не растворимые  в воде и других растворителях, полиэлектролиты, обладающие ионообменными свойствами.
      Ионообменные  смолы широко используются в различных  отраслях промышленности. Основные области  применения ионитов определяются их особыми свойствами: селективность, термическая и радиационная стойкость. Высокая термостойкость многих ионитов  позволяет применять для сорбции  из растворов при высоких температурах. Высокая селективность сорбции  позволяет рекомендовать иониты для глубокой очистки растворов  от примесей электролитов. Ионообменные смолы обычно выдерживают длительный срок службы и легко поддаются  многократной регенерации.
      В данной работе рассматривается одно из основных свойств ионитов –  обменная емкость статистическая. 
 

Целью данной работы является познакомится теоритически и практически:
    с ионообменными процессами.
    С изучением эксплуатационных характеристик смолы КУ 2-8
    С определением статической обменной емкости смолы КУ 2-8
 
 
 
 
 
 
 
 


      Литературный  обзор.
      Ионный  обмен — это обмен ионов  между двумя электролитами. Наиболее распространенной точкой зрения является взгляд на ионный обмен как на гетерогенную химическую реакцию двойного обмена типа:
      RH + Na+- RNa + H+,
      или
      R1OH + Cl- - R1Cl + OH+,
      где R и R1 — матрицы соответственно катионита и анионита. Черта вверху у компонентов реакции означает фазу ионита.
      Ионный  обмен — это химический процесс, имеющий некоторое сходство с адсорбцией (поглощением), физическим процессом. При ионном обмене, как и при адсорбции, реакции протекают в двух фазах, например, в твердой и жидкой. Характерным различием между этими процессами является то, что ионный обмен представляет собой химическую реакцию взаимного обмена между ионами ионообменного материала и раствора. Ионный обмен сопровождается выделением в раствор эквивалентного количества ионов того же знака заряда, которые были  сорбированы из раствора.
        При адсорбции адсорбент поглощает  растворенное вещество, не отдавая  в раствор никакого другого  вещества (если процесс не сопровождается  растворением самого адсорбента).
      Следует отметить, что часто бывает трудно провести отчетливую границу между этими процессами. В некоторых случаях ионный обмен протекает вместе с адсорбцией и наоборот.
      Процессы, сопровождающиеся одновременно  явлениями  адсорбции и ионного обмена, а также те процессы, природу которых установить трудно,   по-видимому,  лучше называть сорбцией.
      Ионообменные  материалы (иониты) — естественные и искусственные, неорганические и органические твердые и жидкие, практически нерастворимые в воде и других растворителях полиэлектролиты, имеющие в структуре специальные ионогенные группы, способные к реакциям обмена ионов с ионами раствора. Этим понятием объединяются все иониты, независимо от их природы. Характерным свойством их является способность обменивать  ионы   своих    ионогенных   групп   на   ионы   другой среды.
      В процессах, в которых участвуют  ионообменные материалы, особенно ионообменные смолы, наряду с ионным обменом и  адсорбцией могут протекать окислительно-восстановительные реакции и реакции образования слабодиссоциированных соединений, например за счет образования комплексных соединений ион металла — ионит.
      Основной  характерной чертой ионообменных материалов является   наличие  у   них  ионогенных  групп.   По характеру этих групп все ионообменные материалы разделяются на катиониты (полимерные кислоты), содержащие кислотные группы, и аниониты (полимерные основания), содержащие основные группы. Катиониты обменивают лишь катионы ионогенных групп на катионы раствора, а аниониты — только анионы.
Помимо  этих двух групп, существуют  амфолиты (амфотерные полиэлектролиты), обладающие свойствами катионитов и анионитов одновременно.
      Катионообменные смолы бывают сильно- и слабокислотные, анионообменные — сильно- и слабоосновные. Если носителями электрических зарядов молекулярного каркаса ионообменных смол являются фиксированные ионы (функциональные, или ионогенные, группы) только одного типа, например сульфогруппы, то такие ионообменные смолы называются монофункциональными. Если же смолы содержат разнотипные ионогенные группы, они называются полифункциональными. По структурному признаку различают микропористые, или гелевидные, и макропористые ионообменные смолы. Частицы гелевидных смол гомогенны; ионный обмен в системе гелевидная смола — раствор электролита возможен лишь благодаря диффузии обменивающихся ионов сквозь молекулярную сетку набухшего ионита. Макропористые смолы гетерогенны; их частицы имеют губчатую структуру, т. е. пронизаны системой сквозных пор, средний диаметр которых намного превышает размеры молекул растворителя и обменивающихся ионов. Раствор электролита свободно проникает по порам внутрь частиц таких ионообменных смол, что значительно облегчает ионный обмен, особенно в неводных средах.
      Ионообменные  смолы можно рассматривать как  нерастворимые полиэлектролиты. Поливалентный (многозарядный) ион, образующий структурный каркас ионообменных смол, практически неподвижен из-за огромной молекулярной массы. Этот ион-каркас, или ион-сетка, связывает малые подвижные ионы противоположного знака (противоионы), которые способны к эквивалентному обмену на ионы окружающего раствора.
      Матрица   (каркас) — высокомолекулярная, практически нерастворимая в воде и других растворителях часть ионообменного материала, несущая на себе электрический заряд определенного знака (у катионитов - отрицательный, у анионитов - положительный). Матрицу можно рассматривать как полиион.
      Противоионы — подвижные ноны, имеющие заряд, противоположный заряду ионогенной группы матрицы и электрически уравновешивающий его. Противоионы подвижны внутри матрицы и могут быть заменены другими нонами с зарядом того же знака. 
      Ионит для  наглядности  можно сравнить с губкой, в порах которой циркулируют  противоионы (рис. 1). Если губка погружена в раствор,   противоионы   из пор   губки могут перейти в раствор. Но при этом  должна  сохраняться электронейтральность, т.е. заряд губки   (матрицы   ионита)   в каждый момент должен компенсироваться зарядом противоионов. Таким образом, противоион может покинуть губку только в том случае, если в губку попадет другой   ион и примет  участие в компенсации заряда матрицы.
      Если  ионит, содержащий только противоионы А, поместить в раствор, содержащий только противоионы В, то ионы А начнут замещаться ионами В из раствора. Через некоторое время установится равновесие, ионит и раствор будут содержать ионы обоих сортов в определенном соотношении. Такое состояние называется ионообменным равновесием.
      В порах ионита содержатся не только противоионы. Если ионит погружен в раствор, то в поры проникает растворитель и с ним в какой-то мере растворенные вещества. При этом вместе с противоионами в ионит проникает эквивалентное количество подвижных ионов того же знака, что и заряд матрицы. Эти ноны принято называть коионами. 

                                     
      Рисунок 1. Схема обмена ионами между ионитом  и раствором: а — начальное  состояние; б — равновесие; 1 —  матрица с фиксированными ионами; 2 — противоионы; 3 — коионы.
      Ионогенные группы гидрофильны. Когда ионит контактируется с водой, эти группы стремятся раствориться. Но, поскольку ионогенные группы прочно связаны с полимером, они способны перевести в раствор весь полимер. Этого, однако, не происходит, так как ионит имеет пространственную трехмерную структуру, которая подавляет его тенденцию к растворению. Ионит в большей или меньшей мере набухает, но остается нерастворимым в воде и других растворителях.
      Иониты, как и обычные растворимые  электролиты, обладают электропроводностью. Их можно рассматривать как высококонцентрированные  электролиты, полимерные кислоты, основания  или соли. Ионообменные материалы  отличаются от низкомолекулярных кислот, солей и оснований лишь отсутствием  свободной диффузии в раствор  катионов или анионов, образующихся в результате диссоциации ионогенных групп, так как они находятся под влиянием электростатического притяжения неподвижного анионного (или катионного) остатка.
      Являясь высокомолекулярными кислотами  и основаниями, иониты в зависимости  от степени диссоциации, а, следовательно, и от подвижности способных к  обмену ионов, могут быть разделены на четыре типа:
      1) иониты (катиониты и аниониты), проявляющие  свойства сильных кислот и  оснований, сильнокислотные катиониты  и сильноосновные аниониты; рК< 2;
      2) иониты (катиониты и аниониты), проявляющие  свойства слабых кислот и оснований,  — слабокислотные катиониты и  слабоосновные аниониты; рК?4;
      3) иониты смешанного типа, проявляющие  одновременно свойства смеси  сильной и слабой кислот или  сильного и слабого основания;
      4) иониты, обменная емкость которых  непрерывно возрастает по мере  повышения рН (для катионитов) и  рОН (для анионитов) в широком интервале их значении.
      Многие  свойства ионитов  (набухаемость, химическая  устойчивость, доступность   ионогенных   групп отдельных зерен и т. д.) определяются их составом, т.е. составом и строением каркаса, который связывает воедино ионогенные группы. Если положить этот признак в основу классификации ионообменных материалов, то иониты можно разделить на неорганические (минеральные) и органические. Каждая из указанных двух групп включает в себя иониты природного и искусственного происхождения.
      К основным свойствам ионитов, которые  необходимо знать для успешного  их использования, относятся следующие:
      1) емкость (полная обменная емкость  — ПОЕ), динамическая (рабочая) обменная емкость до «проскока» иона в фильтрат — ДОЕ, сорбируемость (сорбционная способность — Г);
      2)  плотность, набухаемость, влагоемкостъ;
      3)  гранулометрический состав;
      4)  кривые потенциометрического титрования, рК;
      5)  скорость установления равновесия  и скорость десорбции;
      6)  изотерма обмена;
      7)  термостойкость и механическая  стойкость;
      8)  химическая и радиационная устойчивость.
      Набухание
      Воздушно-сухие  иониты, выпускаемые промышленностью, состоят из твердых гранул или  бусин размером от 0,5 до 3-4мм. При  погружении в соду иониты набухают вследствие поглощения определенного  количества воды. Набухание сопровождается растяжением пространственной сетки смолы и увеличением ее объема (иногда в несколько раз). Способность к набуханию зависит от числа ионогенных групп и поперечных связок. С увеличением числа поперечных связок набухаемость уменьшается (возрастает жесткость каркаса). В случае жесткой структуры стремление к набуханию может привести к растрескиванию смолы. Проникновение воды в поры ионита обусловлено стремлением ионов, находящихся в порах смолы в высокой концентрации, к гидратации. Набухание характеризуется коэффициентом набухания, равным отношению удельного объема набухшей смолы к удельному объему смолы в исходной форме. Кроме того, определяют "весовое набухание" - количество поглощенной воды на 1г сухого ионита.
      Обменная  емкость (или ионообменная способность) смолы
      Полная  обменная емкость (ПОЕ) характеризует  максимальное количество ионов, которое может быть поглощено смолой при ее насыщении. Это постоянная для данной смолы величина, которую можно определить либо в статических, либо в динамических условиях. При сорбции в статических условиях навеску смолы перемешивают с раствором определенного объема, содержащего большой избыток сорбируемого иона. 
При сорбции в динамических условиях раствор пропускают (фильтруют) 
через слой смолы, находящийся в колонке. 

      Обменная  емкость колеблется от 3 до 10мг-экв/г  смолы (сухой или набухшей). Обменную емкость выражают также в процентах (г/100г смолы).
      Статическая (равновесная) обменная емкость (СОЕ) - емкость смолы при достижении равновесия в статических условиях с раствором определенного объема и состава. Таким образом, статическая емкость - непостоянная величина. 
      Для установления равновесия необходим  длительный контакт смолы с раствором (от 4 до 20 ч и более в зависимости  от типа и размеров зерен смолы), поскольку большей частью скорость сорбции лимитируется диффузией ионов в зерне смолы. 
      Динамическая (рабочая) обменная емкость (ДОЕ) - количество ионов, поглощенных смолой при фильтрации раствора через слой ее до достижения "проскока" сорбируемого иона, т.е. появления в фильтрате некоторой небольшой концентрации  иона (например, 1,0% от исходной концентрации). ДОЕ не является постоянной величиной - она зависит от скорости пропускания раствора через смолу, величины зерен смолы, состава раствора и температуры.
      Рабочая емкость определяется по выходной кривой (рис.2). Ей соответствует площадь  S1 (до проскока). Площадь, ограниченная выходной кривой, горизонтальной линией, соответствующей исходной концентрации раствора, и осями координат (S1+S2), отвечает полной динамической обменной емкости (ПДОЕ). Величина ПДОЕ больше СОЕ для данного раствора, однако, меньше ПОЕ, так как к моменту, когда концентрация иона в фильтрате становится равной концентрации его в исходном растворе, не достигается полное замещение вытесняемого иона в зерне смолы. В пределе, при продолжении пропускания раствора через колонку ПДОЕ становится равной ПОЕ.
      Процесс десорбции поглощенного на смоле  иона называют элюированием. В результате элюирования поглощенных ионов  в случае, если смола достаточно "нагружена", получают элюаты с концентрацией металла в 100 и более раз выше, чем в исходных растворах. Так, например, при исходной концентрации молибдена 0,2-0,3 г/л получают элюаты с содержанием 80-100 г/л Мо (т.е. концентрирование в 300-500 раз). Из растворов, содержащих 0,5-2 г/л U, получают растворы с содержанием 60-70 г/л U.
      Катиониты и аниониты обычно первоначально "заряжают" (насыщают) противоионами определенного знака. Поэтому принято говорить о катионитах в Н+-, NH-, Na+ - форме и т.д.; об анионитах в SO42-, Cl-,OH- -форме и т.д.
      
      Рисунок 2. Выходные кривые сорбции (а) и  элюирования (б). 

      Одной из основных причин, ограничивающих срок службы ионитов, является недостаточная  прочность гранул. Изменение гранулометрического  состава ионитов в процессе их работы вызывается двумя причинами:
       1) истиранием зерен за счет  трения друг с другом, со стенками   аппаратов    и с   твердыми   частицами   перерабатываемых пульп;
       2) значительными напряжениями, возникающими  в зерне ионита вследствие  изменения набухания при переходе  из одной формы в другую  и при изменении концентрации  внешнего раствора.
      Повторяющиеся каждый цикл сжимающие и растягивающие  усилия  («дыхание» ионита)  приводят к раскалыванию зерен по имеющимся  ранее трещинам, полученным или в  процессе дробления смолы,  или  при усадке  ее во  время термической  обработки,  или  при  первоначальном  замачивании  водой. 
      Особенно  остро стоит   вопрос о механической   прочности   анионитов,   так  как их стоимость выше, а срок службы меньше, чем у катионитов. С точки зрения увеличения срока службы ионитов целесообразно применять достаточно сшитые иониты   правильной сферической  формы,  а  процессы вести  с учетом  индивидуальных свойств ионитов, чтобы они незначительно изменяли свой объем.
      Очевидно, мало набухающие иониты макропористой структуры в осветленных растворах должны быть более устойчивыми по сравнению с их гелевыми аналогами. Однако в пульповых процессах тонкие стенки пор макропористых ионитов должны быстро разрушаться. 

      1.2 Состав, структура и синтез ионообменных  смол 
        Ионообменные смолы, как правило,  ионообменные полимеры - синтетические  органические иониты, представляющие  собой нерастворимые в воде  и органических растворителях  высокомолекулярные полиэлектролиты, способные обменивать подвижные ионы при контакте с растворами электролитов.
        В зависимости от типа ионогенной группы ионообменные смолы разделяют на катионообменные и анионообменные. Катионообменные смолы, или полимерные катиониты, содержат кислотные группы: сульфогруппы, фосфиновокислые, карбоксильные, мышьяковокислые, селеновокислые и др. Анионообменные смолы, или полимерные аниониты (высокомолекулярные нерастворимые полиоснования), включают группы основного характера, четвертичные аммониевые, третичные сульфониевые, четвертичные фосфониевые основания, третичные, вторичные и первичные амины. Известны также амфотерные ионообменные смолы (амфолиты), содержащие одновременно кислотные и основные группы. К специфичным ионообменным смолам относят комплексообразующие ионообменные смолы, обладающие ярко выраженными селективными свойствами, и окислительно-восстановительные ионообменные смолы, включающие в свой состав системы типа /Cu, и др., способные к обратимому окислению или восстановлению.
        Получают ионообменные смолы  полимеризацией, поликонденсацией  или путём полимер аналогичных  превращений, так называемой химической  обработкой полимера, не обладавшего  до этого свойствами ионита. Среди  промышленных ионообменные смолы  широкое распространение получили  смолы на основе сополимеров  стирола и дивинилбензола. В их  числе сильнокислотные катиониты,  сильно и слабоосновные аниониты. Основным сырьём для промышленного  синтеза слабокислотных катионообменных смол служат акриловая и метакриловая кислоты и их эфиры. В больших количествах производят также Ионообменные смолы на основе феноло-альдегидных полимеров, полиаминов и другие. Направленный синтез ионообменных смол позволяет создавать материалы с заданными технологическими характеристиками. Чаще всего синтез производят:
       1) полимеризацией или поликонденсацией  мономеров, содержащих ионогенные группы;
       2) присоединением ионогенных групп к отдельным звеньям ранее синтезированного полимера;
       3) присоединением ионогенных групп к звеньям синтетического линейного полимера с превращением его в сетчатый полимер.
        Ионообменные смолы имеют каркас, состоящий из высокополимерной  пространственной сетки углеводородных  цепей, в которых закреплены  фиксированные ионы. Иониты представляют  собой трехмерные полимерные  или кристаллические сетки, несущие  ионогенные группы. Ионогенные группы состоят из прочно связанных с сеткой фиксированных ионов и способных к обмену противоионов, заряд которых противоположен по знаку заряду фиксированных ионов.
      

        Ионообменные смолы бывают гетеропористые, макропористые и изопористые.
      Гетеропористые ионообменные смолы в качестве основы используется дивинилбензол, и характеризуются гетерогенным характером гелевидной структуры и небольшими размерами пор.
      Макропористые ионообменные смолы имеют губчатую структуру и поры свыше молекулярного  размера.
      Изопористые ионообменные смолы имеют однородную структуру и полностью состоят из смолы, поэтому их обменная способность выше, чем у предыдущих смол.  

      1.3 Свойства ионообменных смол
      Воздушно-сухие  иониты, выпускаемые промышленностью, состоят из твердых гранул или  бусин размером от 0,5 до 3-4 мм. При погружение в воду иониты набухают вследствие поглощения определенного количества воды. Набухание сопровождается растяжением пространственной сетки смолы и увеличением ее объема. Способность к набуханию зависит от числа ионогенных групп и поперечных связок. С увеличением числа поперечных связок набухаемость уменьшается.
        Полная объемная емкость. Она  характеризует максимальное количество  ионов, которое может быть поглощено  смолой при ее насыщении. 
        Статистическая (равновесная) объемная  емкость. Это емкость смолы  при достижении равновесия в  статистических условиях с раствором  определенного объема и состава. 
        Динамическая (рабочая) объемная  емкость. Это количество ионов,  поглощенных смолой при фильтрации  раствора через слой ее до  достижения проскока сорбируемого  иона.  

Таблица 1 – Характеристика ионообменной смолы  КУ2-8.
Наименование показателя
КУ2-8
Высший  сорт 1 сорт
1.Внешний  вид Сферические зерна от желтого до темно-коричневого  цвета
2.Гранулометрический  состав: а) размер зерен, мм
б) объемная доля рабочей фракции, % не менее
в) эффективный  размер зерен, мм
г) коэффициент  однородности, не более
0.315-1.250
96 95
0.40-0.55 0.35-0.55
1.7 1.8
3. Массовая доля влаги, % 48-58
4.Удельный  объем, см /г, в Н-форме не более 2.8
5. Удельная поверхность, м _ _
6. Полная статическая обменная  емкость, моль/см ,не менее 1.8
 
         2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
      2.1 Иодометрический метод определения концентрации раствора CuSO
      Концентрацию  CuSO в растворах определяем йодометрическим методом. К анализируемому раствору содержащему 0.1 - 0.3 г меди, добавляют 3 г иодида калия и несколько капель индикатора в качестве которого применяют крахмал и титруют его полученный раствор 0.1 нормальным раствором тиосульфата. Темно-синяя окраска раствора в точке эквивалентности переходит в белую.
      Для приготовления раствора крахмала взвешивают 0,5 г растворимого крахмала и смешивают с водой. Полученную смесь вливают в 100 мл кипящей воды, и ждут ее закипания.
Таблица 2 - Анализ раствора CuSO
    N опыта
    ,мл
    V
    M
    ,моль/л
    1 10 7.9  
    0.03965
    2 10 7.9
    3 10 8.0
 
 
Концентрация  раствора CuSO рассчитывается по формуле:
       = ,
        где  V - объём тиосульфата;
              - объём сульфата меди;
        = =0.0793 (г-эквивалент/л)
       = ,
        где   - нормальность раствора сульфата меди;
                n – число электронов участвующих в реакции.
         = =0.03965 (моль/л)
      Из  расчета, молярная концентрация равна 0.03965 моль/л. 

         2.2 Подготовка смолы КУ2-8 к работе
 Подготовка  катионита к работе заключается  в переводе смолы в  - форму, для чего смолу выдерживают в растворе соляной кислоты (рН=2 - 3) трое суток. Затем раствор декантируют и высушивают смолу при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния. 

         2.3 Определение оптимального значения рН раствора CuSO для сорбции катионов меди смолой КУ2-8
Берутся 6 стаканов по 150 мл, в каждый стакан с помощью бюретки вносят 20 мл  раствора CuSO концентрацией 0.03965 моль/л, доводится объем раствора  до 100 мл дистиллированной водой мерным цилиндром. Устанавливается в каждом стакане различное значение рН в интервале 2 - 5. Затем в каждый стакан вносится навеска смолы массой в 0.20 г и выдерживают смолу в контакте с раствором 7 суток для установления равновесия в системе. Затем определяют равновесную концентрацию, равновесный объем иодометрическим методом.
Рассчитываем  количество моль - ионов сорбированных 1г смолы по формулам:
= , (моль)
= , (моль/г)
Результаты  анализа и расчёта приведены  таблице 3 и представлены на рисунке 3. 

Таблица 3 -  Определение  оптимального значения рН
N стакана
рН
,мл
на анализ,мл
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.