Кинетика сорбции сульфата аммония на морденитсодержащем туфе

20.06.2015

Кинетика сорбции сульфата аммония изучена на морденитсодержащем туфе с размерами зерен 1-2 мм из раствора с концентрацией 2,49 % и Т:Ж=1:10. Время контакта 5, 10, 15, 30, 60 мин., 3, 6, 24 час., 2, 3, 4, 6 сут. Анализ содержания ионов аммония в растворе проводили фотометрическим методом с реактивом Несслера при длине волны 445 нм и толщине слоя 5 см.
Полученные результаты представлены в таблицах 3.11, 3.12 и на рисунках 3.17-3.19. Равновесие обмена ионов аммония устанавливается очень медленно, за 6 суток контакта оно достигнуто не полностью. Емкость поглощения за это время составила 1,33 мг-экв/г, или 23,9 мг/г (рис. 3.17). Время полуобмена приближенно равно 2,5 суток, коэффициент внутренней диффузии 7,7*10в-10.
Из таблицы 3.11 видно, что по быстрому внешнедиффузионному механизму в данных условиях обменивается всего 3 % ионов аммония. Данные таблицы 3.3 и график зависимости F от √t (рис. 3.18) свидетельствуют о лимитирующей роли внутридиффузионного механизма.

Анализ значений константы внутридиффузионного процесса В и коэффициента внутренней диффузии D, рассчитанных по методу «тонкого слоя», показывает неравномерный характер диффузии ионов аммония вглубь зерна цеолита (табл. 3.12).

В работе Д. Брека приведены кинетические параметры для обмена ионы натрия - ионы аммония на мордените из раствора с концентрацией 0,1М Т:Ж=1:100 и зернах крупностью 0,25-0,5 мм; время полуобмена 5 мин., время достижения равновесия 58 мин., R=6,22*10в-3, D=1,81*10в-9, И=5,07*10в-5.
Значение коэффициента диффузии, полученное в нашем опыте, меньше, вследствие использования более крупных зерен и меньшего значения Т:Ж. Диаметр ионов аммония в негидратированном состоянии равен 2,8А°, что сопоставимо с размерами входных окон морденита. Предполагается, что при вхождении в цеолит происходит деформация гидратированного иона аммония, которая обусловливает медленную скорость его проникновения. Кроме того, считается, что обмен происходит вначале в главных каналах, затем переходит в боковые, что приводит к замедлению процесса диффузии.
Исследована десорбция ионов аммония из туфа дистиллированной водой (условия проведения опыта описаны выше). Установлено отсутствие десорбции ионов аммония за время контакта в течение 0,5; 1; 3; 6; 24 час. и 10 сут. По всей вероятности, диффундировавшие в фазу цеолита крупные ионы аммония в силу стерических препятствий не способны к обратному переходу в водную фазу. В динамических условиях ионы аммония десорбируются через 8 час. фильтрования воды со скоростью 3,5-5 мл/мин. на 28-30 %, через 60 час. - на 80-85 %.
Подобные результаты получены при изучении адсорбции и десорбции аммония природным цеолитом. Авторами установлено, что десорбция иона аммония происходит значительно быстрее, чем адсорбция.