МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Кафедра физической химии

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИОННОБМЕННЫХ СМОЛ И МЕМБРАН В АМФОЛИТ-СОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРАХ

Работу выполнила Г.Ф. Рамазанова

Факультет химии и высоких технологий

Направление магистерской подготовки 020100.68 химия

Программа магистерской подготовки Электрохимия

Научный руководитель, проф., д.х.н. Н.Д. Письменская

Нормоконтролер, в.н.с., к.х.н., с.н.с. О.А. Дёмина

Краснодар 2013

РЕФЕРАТ

Объекты исследования - ионообменные смолы КУ 2-8, АВ 17-2П, АВ 17-8 и синтезированные из них мембраны МК-40, МА-41-2П, МА-41, находящиеся в тартрат-содержащих модельных растворах и натуральных виноматериалах.

Цель данной работы - исследование эволюции физико-химических характеристик ионообменных смол и изготовленных из них мембран в процессах переработки амфолит-содержащих модельных растворов и виноматериалов.

Установлено, что после пребывания в виноматериалах белого и красного вина электропроводность анионообменных смол уменьшается на 18±5% (АВ-17-8) и 540±5% (АВ-17 2П).

Отравление анионообменных смол АВ-17, АВ-17 2П и изготовленных на их основе мембран МА-41, МА-41 2П может быть связано с проникновением в их объём и осаждением на их поверхности окрашенных органических компонентов виноматериалов.

С использованием оптической микроскопии и спектрофотометрии показано, что наибольшее количество окрашенных компонентов виноматериалов попадает внутрь пористой анионообменной смолы АВ-17 2П и мембраны МА-41 2П.

В случае виноматериалов белого вина сорбция окрашенных компонентов исследованными анионообменными материалами в 1,5 раза выше, чем в случае красного вина.

ВВЕДЕНИЕ

С каждым годом растет потребность людей в воде, пригодной для использования, и в то же время, естественные воды непрерывно загрязняются техногенными источниками. Более 1,2 млрд. людей в настоящее время не имеют обработанной питьевой воды и более 3 млрд. людей не имеют соответствующей обработки сточных вод. Причём ситуация в питьевой водой всё время ухудшается в связи с ежегодном приросте населения Земли на 80 млн. чел.

Индустриальная деятельность человека сопровождается непрерывным сбросом многообразных по своему химическому составу сточных вод, которые, попадая в источники питьевой воды, создают серьезную угрозу здоровью людей.

Стремительно растущая потребность в воде и ограниченные ресурсы источников воды в виде рек, озер и подземных вод, с одной стороны, и удорожание подготовки питьевой и технической воды, с другой стороны, приводят к необходимости создания и использования новых технологий обработки воды, которые позволяют быстро, эффективно и экономически выгодно очищать воды, а также получать питьевую и индустриальную воду из огромных запасов морской воды. В последние 10 - 15 лет широкое применение находят мембранные технологии обработки воды, которые позволяют надежно очищать исходную воду от примесей, вызывающих болезни, перерабатывать сточные муниципальные воды и получать воду, пригодную для использования в промышленных целях.

К настоящему времени в мировой практике для удаления из воды растворенных солей и других примесей определились следующие основные методы: дистилляция, ионный обмен, вымораживание, гелиоопреснение и обратный осмос (гиперфильтрация), а также электродиализ. Чаще всего процесс электродиализа применяют для очистки вод, содержание растворенных солей в которых составляет менее 5 г/л. В этом случае процесс электродиализа является более экономичным по сравнению с обратным осмосом или выпариванием. При помощи электродиализа можно получать растворы солей со сравнительно высокой концентрацией.

Электродиализные процессы очистки, разделения и концентрирования веществ в комбинации с другими мембранными методами активно внедряются в технологиях «зелёной химии». Эта новая отрасль промышленности направлена на минимизацию воздействия химических производств на окружающие экосистемы и предотвращение загрязнения природной среды. В большинстве случаев объектами переработки в «зелёной химии» являются амфолит-содержащие растворы: сточные воды гальванических производств, шахтные воды, продукты биохимической переработки биомассы и органических отходов и др.

Амфолиты содержат полярные группы (например, карбоксильные и/или аминогруппы), которые вступают в реакции протолиза с растворителем (водой) с образованием ионов H+ или OH- и меняют зарядность в зависимости от pH окружающей среды. Эта особенность обусловливает наличие механизмов переноса, отличных от характерных для сильных электролитов, таких как NaCl. С другой стороны многофакторность процессов протолиза амфолитов в поровом растворе, на границе мембрана/раствор и в прилегающих к ионообменной мембране диффузионных пограничных слоях дает больше «рычагов» для воздействия на мембранную систему с целью обеспечения процесса электродиализного (ЭД) разделения в желаемом направлении. Этим обусловлены успехи ЭД в регенерации абсорбентов углекислого газа (гидро-карбонат натрия, моноэтаноламин, полиэнаноламин и др.), применяемых в замкнутых системах жизнеобеспечения; в деминерализации вод, содержащих борную кислоту; обезвреживании травильных растворов гальванических производств; селективном извлечении из органических отходов аминокислот и мономеров для получения биоразлагаемых упаковочных материалов и возобновляемого сырья для производства экологически чистой энергии; созда-ния малоотходных технологий кондиционировании соков, вина и молочной продукции. Разработка и совершенствование таких технологических решений требует углубления знаний о физико-химических аспектах функционирования ионообменных мембран и поиска общих закономерностей транспорта амфоли-тов в мембранных системах и процессах их старения - эволюции физико-химических характеристик ионообменных материалов в процессе их эксплуатации.