Кинетика набухания сшитых полимеров на основе полистирола (стр. 10 )

Рис. 46. Зависимость коэффициента коэффициента k1 от кубического корня из (1-aw).

Рис. 47. Зависимость коэффициента k3·d от квадратного корня из

концентрации.

Рис. 48. Зависимость коэффициента k3·d от квадратного корня из (1-aw).

Таблица 13. Значения коэффициента K1 и К3 для К-формы в растворах KNO3.

Ионит			k2
КУ 2х4	2,78	9,36	0,015	2,58	16,11
КУ 2х8	1,57	5,29	0,021	1,67	10,49

Если сравнить полученные коэффициенты для нитрата калия с коэффициентами для хлорида калия на этих катионитах, то можно сделать вывод о том, что в растворах с одинаковой активностью воды, значения коэффициентов k1 k2 и k3∙d совпадают, то есть природа коиона не влияет на коэффициенты системы уравнений.

6.1.4  Влияние концентрации внешнего раствора и вязкости на кинетику набухания катионита КУ 2х8 в растворах сахарозы

Для анализа влияния вязкости на коэффициенты k1, k2 и k3, системы кинетических уравнений, исследовали кинетику набухания катионита КУ 2х8 в K-форме в растворах сахарозы с концентрациями 0,45 М, 0,9 М и 1,2 М. Исследования проводили на гранулах, диаметром 0,65 – 0,70 мм.

Ниже представлены зависимости изменения относительного объёма гранул ионита КУ 2х8 в K-форме от концентрации раствора сахарозы и от времени.

Рис. 49. Кинетика набухания ионита КУ 2х8 в растворах сахарозы

Как видно из графика, чем больше концентрация раствора, тем меньше значение равновесного относительного объёма. Из-за высокой вязкости сахарозы наблюдались минимумы и время выхода на равновесие достигало нескольких часов, в отличие от предыдущих рассмотренных растворов электролитов.

Ниже приведены рассчитанные на основании экспериментальных результатов, коэффициенты k1, k2 и k3, системы кинетических уравнений для катионитов КУ 2х4 и КУ 2х8 в K-форме и зависимости коэффициентов от концентрации растворов. Из данных приведённых в таблице 14 и на рисунках 50-52 видно, что коэффициенты k1 и k3·d увеличиваются с ростом концентрации, а k2 от концентрации не зависит.

Таблица 14. Влияние концентрации раствора на коэффициенты системы кинетических уравнений для ионита КУ 2х8

Ссахар, M	k1·10-5, м/с	k2·10-2,c-1	k3·10-5, м/с	max∆,·10-3	σ, 10-5
0,45	5,6±0,1	0,09±0,01	0,04±0,01	3,02	5,17
0,9	7,1±0,1	0,09±0,01	0,06±0,01	3,16	6,28
1,2	7,8±0,2	0,09±0,01	0,07±0,01	3,07	7,11

Рис. 50. Зависимость коэффициента k1 от концентрации.

Рис. 51. Зависимость коэффициента k2 от концентрации.

Рис. 52. Зависимость коэффициента k3 от концентрации.

Таким образом, проведенные эксперименты показали, что для калиевой формы ионита КУ 2х8 в растворах сахарозы существуют такие же закономерности влияния концентрации внешнего раствора на коэффициенты системы кинетических уравнений, как и в предыдущих растворах. А именно, что k1 линейно зависит от кубического корня из концентрации, k2=const, а k3 линейно зависит от квадратного корня из концентрации, то есть k1=∙C1/3, а k3 = ∙С1/2, где k3 = k3∙d. Получили, что =7,34, k2=0,09∙10-2, =0,435. Полученные зависимости приведены на рис. 53-54.

Рис. 53. Зависимость коэффициента k1 от кубического корня из концентрации.

Рис. 54. Зависимость коэффициента k3·d от квадратного корня из концентрации.

7.  Выводы

1.  На полиэлектролитах на основе полистирола, сшитого дивинилбензолом, проведена экспериментальная проверка новой физико-математической гетерофазной модели, описывающей кинетику изменения степени набухания полимерных гелей, происходящую при изменении состава внешней фазы. Показано, что исследованная модель хорошо описывает экспериментальные кинетические зависимости.

2.  Определены коэффициенты модели для всех изученных систем и показано, как они зависят от свойств полимера и раствора, а также получены функциональные зависимости этих коэффициентов от концентрации раствора и диаметра гранулы.

3.  Установлено, что с использованием найденных зависимостей коэффициентов данная модель позволяет строить кинетические кривые без проведения эксперимента.

8.  Список литературы

1.  Семчиков соединения. М.: Н. Н. 2003. 4 c.

2.  Шур соединения. М.: Высшая школа, 1981. С. 570–580.

3.  Иониты. Основы ионного обмена. М.: Изд. Ин. Лит., 1962. 35 c.

4.  , , Титов высокомолекулярные соединения. М.: Госхимиздат, 1960. С. 64–83

5.  Nagash HJ., Okay O. Formation and structure of polyacryl-amide gels // J. Appl. Polym. Sci. 1996. V. 60. P. 971–979.

6.  Okazaki Y. Ishizuki K., Kawauchi S., Satoh M., Komiyama J. Ion-specific swelling and deswelling behaviors of ampholytic polymer gels // Macromolecules. 1996. V. 26. P. 8391–8397.

7.  Liu X., Tong Z., Hu O. Swelling equilibria of hydrogels with sulfonate groups in water and in aqueous salt solutions // Macromolecules. 1995. V.28. P. 3813–3817.

8.  Hajime M., Masato M., Mitsuru S. Ion-specific swelling of hydrophylic polymer gels // Polymer. 2001. V. 42. P. 6313–6316.

9.  Patachia S., Valente A. J.M., Baciu C. Effect of non-associated electrolyte solutions on the behaviour of poly(vinyl alcohol)-based hydrogels // J. Eur. Polym. 2007. V. 43. P. 460–467.

10.  Miyata T., Asami N., Uragami T. A reversibly antigen-responsive hydrogel // Nature. 1999. V. 399. P. 766–769.

11.  , , К определению понятия «полимерный гель» // Высокомолек. соед. 2008. Т. 50. C. 1397–1406.

12.  Gregor H. P., Sundheim B. R., Held K. M., Waxman M. H. Studies on ion-exchange resins. Water vapor sorption // J. Coll. Sci. 1952. V. 7 P. 511–533.

13.  Тробов между моноионными формами ионитов и растворами простых электролитов. Дисс. … канд. хим. наук. Москва. МГУ. 1994 г. 142 с.

14.  , О некоторых закономерностях поглощения паров воды смешанными формами сульфокатионитов с различным числом поперечных связей // Вестник ЛГУ. 1968. Т. 10, №2. C. 146–148.

15.  , , Парбузина равновесия ионит - раствор на примере сульфокатионита КУ-2. // Журн. физ. химии. 1994. Т. 68, №6. C. 1109–1113.

16.  Ферапонтов для описания параметров растворов сшитых полиэлектролитов, ее экспериментальная проверка и применение. // Дисс. … докт. хим. наук. Москва. МГУ. 2001 г. 298 с.

17.  , , Токмачев воды в гелях гидрофильных полимеров // Конденсированные среды и межфазные границы. 2011. Т. 13, №2. C. 208–214.

18.  Шелковникова В. А., Ферапонтов внешних условий на набухания гелевых полистирольных сульфокатионитов со средней сшивкой. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2004. Т. 4, №5. C. 660–666.

19.  Ferapontov N. B., Gorshkov V. I., Parbuzina L. R., Strusovskaya N. L., Gagarin A. N. Thermodynamics of interphase equilibrium in system ion exchange-solution of low molecular weight electrolyte. // React. Funct. Polym. 2006. V. 66. P. 1749–1756.

20.  Sundheim B. R., Waxman M. H., Gregor H. P. Studies of ion exchange resins. VII. Water vapor sorption by cross-linked polystyrene sulfonic acid resins.// J. Phys. Chem. 1953. V.57, №9. Р. 974–978.

21.  Dickel G., Hartmann J. Uber das thermodynamische Verhalten von Kunstharz-Kationen-Austauschere bei der Wasseraufnahme.// Z. Phys. Chem. N. F. 1960. Bd. 23. H 1/2. S. 1–28.

22.  , Волков изотерм десорбции паров без измерения давления.// Журн. физ. химии. 2001. Т. 378. №4. С. 507–510.

23.  , Ферапонтов набухания сшитых полимеров в воде методом квазиравновесной сушки.// Сорбционные и хроматографические процессы. 2004. Т. 4. Bып. 5. С. 541–549.