Селективность защиты: Селективность защиты в схемах электроснабжения

Другой член упомянул о избирательности рыболовных снастей.

STECF также отметил, что продолжаются дальнейшие исследования селективности .

В таблице ниже приведены правила селективности для термических и фотохимических электроциклических реакций.

Следовательно, поля определенной частоты могут манипулировать частицами с большой селективностью .

В частности, узкие фильтры повышают избирательность на ВЧ и 50 МГц.

F. Выключатель имеет интеллектуальную функцию защиты от перегрузки по току с селективностью для повышения надежности источника питания.

Просто проявить большую избирательность с точки зрения: Принимаемых заказов.

Улучшенная конструкция позволит нанозимам конкурировать с природными ферментами с точки зрения каталитической активности и селективности .

Это была финансовая организация, ускользавшая от государственного контроля благодаря географической избирательности .

Они проявляют селективность в отношении интерферонов человека, но не мыши, что свидетельствует о видовой специфичности.

В этом случае также становится очевидной избирательность пенитенциарной системы.

Трасса Линкольншир в очередной раз продемонстрировала свою избирательность , награждая иногда удивительных соперников.

Критерий избирательности подразумевает, что субъективные ограничения должны быть наложены на бенефициара рассматриваемой меры.

Это только примеры того, как может происходить де-факто избирательность .

Повышение селективности не следует связывать исключительно с наличием планов восстановления.

Пилотные проекты по повышению селективности орудия должны иметь право на поддержку.

Селективное удаление ионов тяжелых металлов из вод и сточных вод с использованием методов ионного обмена

1. Введение

Загрязнение окружающей среды токсичными металлами происходит во всем мире в результате военных, промышленных и сельскохозяйственных процессов и удаления отходов (Duffus, 2002).Топливная и энергетическая отрасли производят 2,4 миллиона тонн As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, V и Zn ежегодно. Металлургическая промышленность добавляет 0,39 миллиона тонн тех же металлов в год в окружающую среду, а сельское хозяйство вносит свой вклад 1,4 миллиона тонн в год, производство составляет 0,24 миллиона тонн в год, а удаление отходов добавляет 0,72 миллиона тонн в год. Металлы, сбрасываемые или переносимые в окружающую среду, могут претерпевать трансформации и могут иметь большое влияние на окружающую среду, здоровье населения и экономику (Brower et al.1997; Нриагу и Пацина, 1988; Gadd & White, 1993).

Среди различных методов, используемых для удаления высоких концентраций тяжелых металлов, следует упомянуть осаждение-фильтрацию, ионный обмен, обратный осмос, окисление-восстановление, экстракцию растворителем, а также мембранное разделение (Hubicki, et al. 1999; Dąbrowski et al. др. 2004). Однако некоторые отходы содержат такие вещества, как органические вещества, комплексообразователи и щелочноземельные металлы, которые могут снизить удаление металлов и привести к недопустимым концентрациям тяжелых металлов в сточных водах.К вызывающим озабоченность загрязнителям относятся кадмий, свинец, ртуть, хром, мышьяк, цинк, кобальт и никель, а также медь. Они находят множество применений в базовых машиностроительных работах, в целлюлозно-бумажной промышленности, при дублении кожи, в нефтехимии, в производстве удобрений и т. Д. Кроме того, они также негативно влияют на здоровье человека.

Кадмий — металл, вызывающий большую токсикологическую ценность. Важным источником воздействия кадмия на человека является еда и вода, особенно для населения, проживающего вблизи промышленных предприятий, из которых кадмий выбрасывается в воздух.В случае контакта с производственными соединениями кадмия они всасываются в основном при вдыхании. Через желудочно-кишечный тракт всасывается менее 10% кадмия. Важным источником воздействия кадмия на человека является еда и вода. В природной воде его типичная концентрация составляет менее 0,001 мг / дм ³ , тогда как верхний предел, рекомендованный Агентством по охране окружающей среды (EPA), составляет менее 0,003 мг / дм ³ . Максимальный предел в питьевой воде — 0,003 мг / дм ³ .

Кадмий накапливается в почках, поджелудочной железе, кишечнике и железах, изменяя метаболизм элементов, необходимых организму, таких как цинк, медь, железо, магний, кальций и селен. Повреждение дыхательных путей и почек является основным неблагоприятным воздействием на человека соединений кадмия. У людей, подвергающихся воздействию паров и пыли, хроническая токсичность соединений кадмия обычно обнаруживается через несколько лет. Основным признаком эмфиземы является то, что она часто развивается без предшествующего бронхита.Второй основной симптом хронического отравления металлами — поражение почек. Он включает в себя потерю и нарушение обоняния, патологические изменения в костной системе (остеопороз со спонтанными переломами и переломами костей), боли в конечностях и позвоночнике, затруднения при ходьбе, формирование гипохромной анемии. Наиболее известная болезнь «Итаи-Итаи», вызываемая воздействием кадмия, — это смешанная остеомаляция и остеопороз. Однако важным источником кадмия в почвах являются фосфорные удобрения. Большое количество кадмия также попадает в почву вместе с бытовыми отходами.Высокая подвижность кадмия во всех типах почв является причиной его быстрой интеграции в пищевую цепочку. Суточное поступление кадмия с пищей в большинстве стран мира составляет 10-20 мг.

Свинец — это токсичный металл, который накапливается в жизненно важных органах людей и животных и попадает в организм через воздух, воду и пищу. Согласно стандартам ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения), его максимальный предел в питьевой воде составляет 0,05 мг / дм ³ , но максимальный предел сброса свинца в сточные воды равен 0.5 мг / дм ³ . Его кумулятивными отравляющими эффектами являются серьезные гематологические нарушения, анемия, нарушение работы почек, повреждение головного мозга и т. Д. Хроническое воздействие свинца вызывает тяжелые поражения почек, печени, легких и селезенки.

Свинец используется как промышленное сырье при производстве аккумуляторных батарей, пигментов, этилированного стекла, топлива, фотоматериалов, спичек и взрывчатых веществ. Свинец, являющийся одним из очень важных загрязнителей, поступает из сточных вод нефтеперерабатывающих заводов, сточных вод от производства основных соединений, содержащих свинец, сточных вод с остатками растворителей и красок после производства.Высокая токсичность свинца требует снижения его содержания до минимума (уровень ppb). С этой целью применяются хелатирующие ионы с функциональными фосфоновыми и аминофосфоновыми группами. Также слабоосновные аниониты в форме свободного основания могут быть использованы для селективного удаления комплексов хлорида свинца (II) из растворов с pH в диапазоне 4-6. Также для удаления свинца (II) из сточных вод часто применяется комбинированный процесс катионного обмена и осаждения (Праманик и др. 2009). Средний сбор свинца взрослым оценивается в 320–440 мг / день.Острое отравление неорганическими соединениями свинца возникает редко. В случае острого отравления у человека симптомы включают жжение во рту, рвоту, спазмы в животе, диарею, запор, переходящий в систолическое, артериальное давление и температуру тела. При этом возникает гематурия, протеинурия, олигурия, поражение центральной нервной системы. Соединения алкилсвинца более токсичны, чем соединения неорганического свинца. Токсичность тетраэтилсвинца проявляется в первую очередь в поражении свинцом нервной системы. Токсическое действие свинца на центральную нервную систему чаще наблюдается у детей.У взрослых последствия отравления свинцом проявляются в периферической нервной системе. Симптомы хронического отравления могут быть разными. Острая форма отравления, известная как свинцовая колика, представляет собой общее состояние различных спастических внутренних органов и неврологических повреждений периферических органов. Длительное отравление свинцом может привести к органическим изменениям в центральной и периферической нервной системе. Характерные симптомы включают бледно-серый цвет кожи и выводную линию на деснах (сине-черная кайма).

В природе естественная циркуляция паров ртути оказывает значительное влияние на содержание в почве и воде.Элементарная ртуть в дождевой воде образует соединения путем окисления до двухвалентной ртути. Как в результате химической реакции, так и под действием биологических факторов и особенно активности бактерий в отложениях водоемов образуются метиловые и диметиловые соединения ртути. Ртуть, постоянный компонент очистки сточных вод, который может использоваться для удобрения почвы, представляет собой серьезную угрозу включению металла в продукты питания. Питьевая вода может содержать до 300 нг Hg / дм ³ , в высокоразвитых индустриальных районах — до 700 нг / дм ³ .Ежедневное потребление ртути с пищей населением в целом составляет менее 20 мкг / день. 80% ртути, поглощаемой дыхательной системой, остается в организме. В случае приема внутрь неорганических солей ртути может возникнуть слюноотделение, жжение в горле, рвота, кровавый понос, некроз слизистой оболочки кишечника и поражение почек, приводящее к анурии и уремиям. Концентрация паров ртути более 1 мг / м 3 ³ повреждает ткань легких и вызывает тяжелую пневмонию. Классические симптомы отравления парами металлической ртути проявляются тремором, психическими расстройствами, воспалением десен.Его максимальный предел в питьевой воде составляет 0,0005 мг / дм ³ .

Хром , встречающийся в естественной среде в виде Cr (III) или Cr (VI), является важным материальным ресурсом, важным микронутриентом или токсичным загрязнителем. Cr (III) необходим для нормального развития организмов человека и животных, но Cr (VI) активирует тератогенные процессы, нарушает синтез ДНК и может вызывать мутагенные изменения, ведущие к злокачественным опухолям (WHO, Report 1998). Природные источники хрома включают выветрившиеся породы, вулканические испарения и биогеохимические процессы, а в загрязненной человеком окружающей среде — в основном отходы после обработки и использования соединений хрома.Хром — важный и широко применяемый в промышленности элемент. Шестивалентный и трехвалентный хром часто присутствует в гальванических сточных водах. Другими источниками загрязнения хромом являются дубление кожи, текстиль, обработка металлов, краски и пигменты, крашение и производство стали. Для удаления токсичных соединений хрома из сточных вод используются такие методы, как осаждение, коагуляция, экстракция растворителем и различные виды мембранных процессов, ионная флотация, адсорбция и ионный обмен (Байда, 2005).Максимальный предел для питьевой воды составляет 0,05 мг / дм ³ . Содержание хрома в подземных питьевых водах Польши колеблется в среднем от 0,07 до 2 мг / дм3 ³ . За допустимое содержание хрома в подземных водах принято 0,02 мг / дм ³ . Суточная доза, принимаемая взрослым, может составлять 50-200 мг / день (или 60-290 мг / день). Катион Cr (III) преобладает в большинстве тканей, кроме печени. Хром связан с нуклеиновыми кислотами и зависит от его концентрации в клетках печени.Он играет важную роль в метаболизме глюкозы, некоторых белков и жиров, входит в состав ферментов и стимулирует активность других. Все соединения хрома, за исключением хромата, быстро выводятся из крови. Хром также накапливается в печени и почках. Высокие концентрации хрома, наблюдаемые в легких людей, подвергшихся воздействию этого металла, указывают на то, что по крайней мере часть хрома хранится в этом органе в виде нерастворимых соединений. Связывание хрома с элементами крови и транспорт хрома кровью в основном зависит от его валентности.Шестивалентный хром легко проникает через мембраны красных кровяных телец и после восстановления до трехвалентного хрома связывается с гемоглобином. Восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного, происходящее внутри клеток, рассматриваемое как активация канцерогенного хрома, увеличивается, поскольку вероятность взаимодействия трехвалентного хрома с ДНК. Клинические признаки острой токсичности соединений хрома характеризуются сильной болью в животе, рвотой и кровавым поносом, тяжелым поражением почек с гематурией, приводящей к анурии, наблюдаемыми язвами желудочно-кишечного тракта.Соединения хрома и хромовая кислота особенно опасны и вызывают серьезные повреждения внутренних органов. Хроническое воздействие приводит к хроническим нарушениям в организме.

Мышьяк присутствует в более чем 160 минералах. Он легко биоаккумулируется, поэтому его концентрация в загрязненных водах может достигать 430 мг / дм ³ в растениях и 2,5 мг / дм ³ в рыбе. Верхний предел содержания мышьяка, рекомендованный Агентством по охране окружающей среды США, ЕС и ВОЗ, составляет 0,01 мг / дм ³ . Тем не менее, многие страны сохранили предыдущее руководство ВОЗ — 0.05 мг / дм ³ в качестве стандарта.

Мышьяк накапливается в тканях, богатых кератином, таких как волосы, ногти и кожа. Мышьяк и его неорганические соединения могут вызывать не только рак дыхательной системы и кожи, но и неопластические поражения других органов. Соединения мышьяка попадают в организм из желудочно-кишечного тракта, через кожу и дыхательную систему. Соединения мышьяка обладают сродством ко многим ферментам и могут блокировать их действие и, прежде всего, нарушать цикл Кребса. Неорганические соединения мышьяка более вредны, чем органические, и среди них следует упомянуть AsH ₃ и As ₂ O ₃ .70–300 мг As ₂ O ₃ считается средней смертельной дозой для человека. Доза 10-50 частей на миллиард на 1 кг массы тела может вызвать проблемы с кровообращением, что приведет к некрозу и гангрене конечностей. Преобладающими эффектами мышьяка у человека являются изменения кожи и слизистых оболочек, а также повреждение периферических нервов. Ксероз подошв и ладоней, кожные воспаления с изъязвлением. Кроме того, наблюдается перфорация носовой перегородки. Значения предельно допустимой концентрации (ПДК) в Польше, установленные для неорганических соединений мышьяка, равны 0.3 мг / м ³ и 0,2 мг / м ³ для AsH ₃ .

В природе цинк встречается в форме минералов. Важным источником загрязнения цинком является сжигание угля, нефти и продуктов ее переработки. Сжигание твердых бытовых отходов может привести к попаданию около 75% цинка в городской воздух. Кроме того, городские сточные воды обычно содержат значительное количество цинка. Использование бытовых и промышленных отходов в сельском хозяйстве приводит к накоплению цинка в поверхностных слоях почвы.Еще одним источником этого металла в почвах являются некоторые препараты средств защиты растений, а также фосфорные удобрения. Степень токсичности цинка невелика, но зависит от ионной формы и изменяется под влиянием жесткости воды и pH. Среднесуточная загрузка цинка взрослым оценивается примерно в 10-50 мг / день. Токсическая доза составляет 150-600 мг. Он необходим для нормального функционирования живых организмов и участвует в метаболизме белков и углеводов.Высокие дозы цинка вызывают нарушение многих биохимических процессов с последующим его отложением в почках, печени, половых железах. Почки играют важную роль в поддержании гомеостаза цинка в организме. Цинк относительно нетоксичен для людей и животных. Опасность цинка, связанная в основном с вторичным дефицитом меди, специфических симптомов не имеет.

Никель — умеренно токсичный элемент по сравнению с другими переходными металлами. Это естественный элемент земной коры; поэтому его небольшие количества обнаруживаются в пище, воде, почве и воздухе.Никель встречается в окружающей среде в небольших количествах. Концентрация никеля в грунтовых водах зависит от используемой почвы, pH и глубины отбора проб. Средняя концентрация в подземных водах в Нидерландах колеблется от 7,9 мкг / дм ³ (городские районы) до 16,6 мкг / дм ³ (сельские районы). Кислотный дождь увеличивает подвижность никеля в почве и, таким образом, может увеличить концентрацию никеля в грунтовых водах. В подземных водах с pH ниже 6,2 концентрация никеля до 0.Было измерено 98 мг / дм ³ , в то время как верхний предел, рекомендованный ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций) для никеля в воде, составляет 0,02 мг / дм ³ . Согласно польским стандартам, максимальный предел сброса никеля в сточные воды составляет 2–3 мг / дм3 ³ . Максимальный лимит в питьевой воде в Европе составляет 0,01 мг / дм ³ . Хотя было высказано предположение, что никель может иметь важное значение для растений и некоторых видов животных, а также для питания человека, этот металл причиняет вред людям.Никель встречается в пластах угля в количестве 4-60 мг / кг. Сырая нефть содержит около 50-350 мг / кг металла. Наиболее опасен тетракарбонилникель, который в основном встречается на никелевых заводах. Содержание этого металла в промышленных и городских сточных водах составляет 20-3924 мг / кг. Важным источником загрязнения никелем являются его выбросы в атмосферу, сжигание угля и жидкого топлива, в первую очередь дизельными двигателями. Предполагается, что концентрация никеля в водах рек должна составлять около 1 мкг / дм ³ , тогда как в большинстве рек Европы она достигает 75 мкг / дм ³ .Большое количество никеля попадает в поверхностные воды из городских сточных вод, концентрация в которых превышает 3000 ppm м². Допустимая концентрация должна быть 20 мкг / дм ³ . Никель легко накапливается, особенно в фитопланктоне или других водных растениях. Суточная абсорбция никеля человеком составляет 0,3-0,5 мг. У человека абсорбция никеля из желудочно-кишечного тракта составляет менее 10%. Никель, принимаемый с пищей и водой, плохо всасывается и быстро выводится из организма.Накапливается в основном в костях, сердце, коже и различных железах. Никель при вдыхании атмосферного воздуха в основном накапливается в легких. Практически смертельного или острого отравления никелем или его солями не обнаружено. Наиболее токсичное соединение — карбонильный никель. Избыток вдыхаемого никеля вызывает повреждение слизистых оболочек. Кроме того, его симптомами являются аллергические расстройства (нарушение белкового обмена в плазме, изменения в хромосомах и изменения в костном мозге и рак. Известно, что вдыхание никеля и его соединений может привести к серьезным проблемам, включая, среди прочего, рак дыхательной системы. .Кроме того, никель может вызывать кожное заболевание, которое является распространенным профессиональным заболеванием у рабочих, которые работают с его большими количествами. Также дерматит является наиболее частым последствием хронического воздействия никеля на кожу. Хроническое ингаляционное воздействие никеля на человека также вызывает вредные респираторные эффекты.

Медь обычно содержится в земной коре, обычно в форме сульфидов. Городские и промышленные сточные воды являются важным источником загрязнения рек и водоемов.Причиной отравления могут быть медонакопительные растения. Медь присутствует во всех типах воды, и ее содержание может сильно варьироваться (Barceloux, 1999). Природное содержание меди в речной воде составляет 0,9-20 мкг / дм ³ , а для соленой воды 0,02-0,3 мкг / дм ³ . Медь — важный элемент питания, являющийся жизненно важной частью нескольких ферментов. Это один из компонентов крови человека. Расчетное потребление с пищей для взрослых составляет от 2 до 4 мг / день. Спрос на медь увеличивается среди беременных женщин, детей и пожилых людей.Хорошие диетические источники меди включают печень животных, моллюски, сушеные фрукты, орехи и шоколад. В некоторых случаях питьевая вода также может содержать значительное количество меди. Медь в организме участвует в окислительно-восстановительных процессах, действует как стимулятор количества и активности гемоглобина, в процессе затвердевания коллагена, ороговения волос, синтеза меланина, а также влияет на метаболизм липидов и свойства миелиновой оболочки. нервных волокон. В клетках животных он в основном сосредоточен в митохондриях, ДНК, РНК и ядре.Медь легко соединяется с различными белками, особенно с серой. Хотя медь является важным металлом, в некоторых случаях она может вызывать токсические эффекты, включая повреждение печени и желудочно-кишечные расстройства. Такие, как болезнь Вильсона (также известная как гепатолентикулярная дегенерация), цирроз детского возраста (ICC), которые характеризуются накоплением медьсодержащих гранул в клетках печени. Известно, что потребление большого количества солей меди вызывает расстройства желудочно-кишечного тракта.Кроме того, всасывание соединений меди при вдыхании вызывает заложенность слизистой оболочки носа, гастрит, диарею и токсические симптомы, такие как хроническое повреждение легких. Соединения меди действуют на неповрежденную кожу, вызывая зуд и воспаление. Они могут вызывать конъюнктивит, язвы и помутнение роговицы, заложенность носа, а также боль в горле и носовой перегородке. Рекомендуемый ВОЗ верхний предел для меди составляет менее 1,3 мг / дм ³ . Максимальный предел для питьевой воды составляет 0,05 мг / дм ³ (Fewtrell et al.1996).

2. Ионный обмен (IX)

Ионный обмен можно определить как обмен ионами между субстратом и окружающей средой. Наиболее полезная реакция ионного обмена обратима. Когда реакция обратимая, ионообменник можно использовать многократно. Обычно смолы производятся в сферической, свободной от напряжений и деформаций форме, чтобы противостоять физическому разрушению. Они стабильны при высоких температурах и применимы в широком диапазоне pH. Ионообменные смолы, которые полностью нерастворимы в большинстве водных и органических растворов, состоят из сшитой полимерной матрицы, к которой заряженные функциональные группы прикреплены ковалентной связью (Sherrington, 1998).Ионообменники, которые содержат катионы или анионы в качестве противоионов, называются катионообменниками или анионообменниками соответственно. Обычная матрица представляет собой сшитый полистирол для структурной стабильности с 3-8% дивинилбензола (3-8% ДВБ) (Кунин, 1958; Helfferich, 1962). Смолы с более высокой степенью сшивки (12-16% DVB) более дороги как в производстве, так и в эксплуатации, и они специально разработаны для тяжелых промышленных применений. Эти продукты более устойчивы к разложению окислителями, такими как хлор, и выдерживают физические нагрузки, которые разрушают более легкие материалы.Типичные ионообменники производятся с гранулометрическим составом в диапазоне 20-50 меш (для отделения анионов от катионов или ионных частиц от неионных). Для более сложных разделений необходимы материалы с меньшим размером частиц или меньшей степенью сшивки. Более того, когда разделение зависит только от небольших различий в сродстве ионов, требуется размер частиц 200-400 меш, а когда селективность повышается за счет использования комплексообразователей, размер частиц 50-100 меш составляет адекватный.Ионообменники с размером ячейки менее 100 меш используются в аналитических целях, а для практических применений в промышленных масштабах используются материалы с размером ячейки меньше 50 меш.

В зависимости от типа функциональных групп, обменивающихся определенными ионами, ионообменники с сильнокислой, например, сульфонатной -SO ₃ H, слабокислой, например, карбоксилатной -COOH, сильноосновной, например, четвертичным аммонием -N ⁺ R ₃ и слабоосновный, например третичный и вторичный амин -N ⁺ R ₂ H и -N ⁺ RH ₂ .Сильные кислые катиониты хорошо диссоциируют в широком диапазоне pH и, таким образом, достигают максимальной сорбционной способности. С другой стороны, слабокислые катиониты, содержащие, например, карбоксильные функциональные группы, достигают максимальной сорбционной способности при pH> 7,0, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1.

Сорбционная емкость ионообменников в зависимости от pH.

Кроме того, ионообменники содержат: иминодиацетатные функциональные группы (-N {CH ₂ COOH} ₂ ), фенол (-C ₆ H ₄ OH), фосфоновые (-PO ₃ H ₂ ) и фосфиновые (-PO ₂ H) функциональные группы.Эти группы имеют кислотную природу и диссоциируют с обменом ионов H ⁺ или Na ⁺ на другие катионы из раствора. Отрицательный заряд функциональных групп компенсируется эквивалентным количеством подвижных катионов так называемых противоионов. Противоионы можно обменять на другие ионы из раствора, находящегося в контакте с фазой смолы.

Существуют также амфотерные теплообменники, которые в зависимости от pH раствора могут обменивать катионы или анионы.В последнее время такие ионообменники называют биполярными электролитообменными смолами (BEE) или цвиттерионными ионообменниками (Nesterenko & Haddad, 2000). Аминокарбоновые амфотерные ионообменники AMF-1T, AMF-2T, AMF-2M, ANKB-35, а также карбоксильный катионит KB-2T использовались, например, для извлечения Ni (II) из Mn (NO ₃ ) ₂ –H ₂ Система O (Kononowa et al. 2000).

Отдельные ионы, присутствующие в образце, удерживаются в различной степени в зависимости от их различного сродства к фазе смолы.Следствием этого явления является разделение ионов аналита, таких как ионы металлов, однако природа и характеристики фазы смолы определяют эффективность этого процесса (Fritz, 2005). Серия affinity для различных типов ионообменников следующая:

2.1. Катиониты с сульфоновыми функциональными группами

Хорошо известно, что сродство смол сульфоновой кислоты к катионам зависит от размера ионов и заряда катиона. Сродство к катиону увеличивается с увеличением заряда катиона:

Na ⁺ 2+ 3+ 4+ ,

и в случае разных катионов с одинаковым зарядом сродство увеличивается с увеличением атомного номера:

Li ⁺ + + 4 ⁺ + + + + +

Mg ²⁺ 2+ 2+ 2+

Al ³⁺ 3+ .

Как правило, сродство больше для больших ионов с высокой валентностью.

Для сильнокислотного катионита аффинный ряд может быть следующим:

Pu ⁴⁺ >> La ³⁺ > Ce ³⁺ > Pr ³⁺ > Nd ³⁺ > Sm ³⁺ > Eu ³⁺ > Gd ³⁺ > Tb ³⁺ > Dy ³⁺ > Ho ³⁺ > Er ³⁺ > Tm ³⁺ > Yb ^{3 +} > Lu ³⁺ > Y ³⁺ > Sc ³⁺ > Al ³⁺ >> Ba ²⁺ > Pb ²⁺ > Sr ²⁺ > Ca ²⁺ > Ni ²⁺ > Cd ²⁺ > Cu ²⁺ > Co ²⁺ > Zn ²⁺ > Mg ²⁺ > UO ₂ ²⁺ >> Tl ⁺ >> Ag ⁺ > Cs ⁺ > Rb ⁺ > K ⁺ > NH ₄ ⁺ > Na ⁺ > H ⁺ > Li ⁺

и для Lewatit SP-112 это как: Ba ²⁺ > Pb ^{2 +} > Sr ²⁺ > Ca ²⁺ > Ni ²⁺ > Cd ²⁺ > Cu ²⁺ > Co ²⁺ > Zn ²⁺ > Fe ²⁺ > Mg ²⁺ > K ⁺ > NH ₄ ⁺ > Na ⁺ > H ⁺ .

2.2. Катиониты с карбоксильными функциональными группами

Катиониты с карбоксильными функциональными группами показывают противоположный ряд сродства для ионов щелочных и щелочноземельных металлов. Обращает на себя внимание тот факт, что катионы проявляют особенно высокое сродство к H ⁺ . Таким образом, сродство этого типа катиона следующее:

H ⁺ > Mg ²⁺ > Ca ²⁺ > Sr ²⁺ > Ba ²⁺ > Li ⁺ > Na ⁺ > K ⁺ > Rb ⁺ > Cs ⁺ .

2.3. Аниониты с функциональными группами четвертичного аммония

Заряд аниона влияет на его сродство к анионообменнику аналогично катионообменникам:

цитрат> тартрат> PO ₄ ^3- > AsO ₄ ^3-> ClO ₄ ^—> SCN ^—> I ^—> S ₂ O ₃ ^2- > WO ₄ ^2- 4 _{^2-> CrO 4 ^2- > C 2 O 4 ^2-}

> SO ₄ ² > SO ₃ ^2- > _{^— > HPO 4 ^2- > NO 3 ^— > Br ^— > NO 2 ^— > CN ^— > Cl ^— > HCO 3 — > H 2 PO 4 ^—> CH 3 COO ^—}

> IO ₃ ^— > HCOO ^— > BrO ₃ ^— > ClO ₃ ^— > F ^— > OH ^—

для

0109 (тип 1 ):

ClO ₄ ^— > I ^— > HSO ₄ ^— > NO ₃ ^— > Br ^— > NO ₂ ^— — ^{> HCO ₃ — > CH ₃ COO — > OH — > F — ,}

для Dowex 2 (тип 2):

ClO ₄ ^{— — I — > HSO ₄ — > NO ₃ — > Br — > NO ₂ — > Cl — > HCO ₃ — -> OH > CH ₃ COO —> F —}

2.4. Аниониты с третичными и вторичными функциональными группами амина

Только за исключением иона ОН-, сродство анионитов с третичными и вторичными функциональными группами примерно такое же, как и в случае анионитов с функциональные группы четвертичного аммония. Эти средне- и слабоосновные аниониты обладают очень высоким сродством к ионам OH ^— .

Анионообменные материалы классифицируются как слабое или сильное основание в зависимости от типа группы обмена.Это два основных класса анионитов с сильным основанием, например типы 1 и 2 в зависимости от химической природы. Синтез слабых основных анионитов с третичными аминогруппами обычно обеспечивается хлорметилированием PST-DVB с последующим аминированием вторичным амином (Drăgan & Grigoriu, 1992). Слабые основные смолы действуют как адсорберы кислот, эффективно удаляя сильные кислоты, такие как серная и соляная. Они используются в системах, где преобладают сильные кислоты, где восстановление диоксида кремния не требуется и где углекислый газ удаляется в дегазаторах.Слабые основные смолы, предшествующие сильным основным элементам в процессах деминерализации, обеспечивают более экономичное удаление сульфатов и хлоридов. Селективность по отношению к двухвалентным ионам, таким как SO ₄ ^2- , сильно зависит от основности смолы, аффинности различных функциональных групп в следующем порядке: первичная> вторичная> третичная> четвертичная. Поэтому среди факторов, влияющих на сорбционное равновесие, наиболее важными являются: прежде всего природа функциональных групп и концентрация раствора (Boari et al.1974). При низкой концентрации смола предпочитает ионы с более высокой валентностью, и эта тенденция увеличивается с разбавлением раствора. Следует также отметить, что получение смол с первичными аминогруппами затруднено из-за химических реакций на сополимерах полистирола и дивинилбензола. Можно использовать слабоосновные аниониты, например, для удаления цианида цинка из щелочных выщелачивающих растворов в процессе Меррилла Кроу (Kurama & atlsarik, 2000).

2.5. Гелевые и макропористые смолы

Развитие техники полимеризации позволило получить новые матрицы для ряда новых ионообменников.Они отличаются от более ранних соответствующих сополимеров, которые характеризуются тем, что представляют собой по существу сшитые гели полиэлектролитов со структурой пор, определяемой как расстояние между полимерными цепями.

Хорошо известно, что загрязнение смолы органическими соединениями и механическое напряжение, создаваемое установкой, работающей с высокой скоростью потока, являются наиболее важными проблемами, возникающими при использовании ионообменных смол (De Dardel & Arden, 2001). Для решения этих проблем были внедрены иониты с высокой степенью сшивки, содержащие искусственные открытые поры в виде каналов диаметром до 150 нм (рис.2).

Рис. 2.

Структура гелевых и макропористых ионообменников (http://dardel.info/IX/index.html)

Первым макропористым ионообменником была карбоновая смола производства Rohm and Haas, которая покрывала широкий спектр акриловых соединений, сополимеризованных с поливиниловыми сшивающими агентами для получения нерастворимых, неплавких слабокислотных смол. К 1948 году производился AmberliteTM IRC-50, полученный путем сополимеризации метакриловой кислоты и дивинилбензола, который обладал «губчатой ​​структурой» (Abrams & Milk, 1997).Согласно определению Стамберга и Вальтера (1970), макропористая смола должна характеризоваться измеряемой внутренней поверхностью любым подходящим методом, полученным по порам 5 нм, даже в полностью высушенном состоянии. Напротив, гелевые материалы не показали пористости в сухом состоянии. Затем был выбран термин «макроретикулярный» (иногда сокращенно MR), чтобы различать смолы с особым типом пористости, полученные путем применения осаждающих разбавителей, таких как трет-амиловый спирт. В 1979 году компания Amber-Hi-Lites заявила, что «макросетчатые» смолы — это смолы, полученные методом сополимеризации, который вызывает осаждение во время полимеризации, в результате чего получается продукт, который имеет две фазы, гелевую фазу в форме микросфер, образующихся во время фазы. разделение и поровая фаза, окружающая микросферы (Кунин, 1979).Позже, когда были использованы количественные измерения пористости, было показано, что другие методы подготовки давали продукты, аналогичные тем, которые заявлены как «макроретикулярные». Следовательно, классификация смол должна основываться на их свойствах и функциях (Ионообменные смолы и адсорбенты, 2006).

За последние десятилетия большой прогресс был достигнут в разработке макропористых ионообменных смол. Следует отметить, что макропористые смолы также могут выступать в качестве адсорбентов из-за своей пористой структуры.Для органических ионообменных смол на основе сшитого полистирола пористость изначально выбиралась по степени сшивки. Эти смолы гелевого типа способны сорбировать органические вещества из воды в соответствии со степенью пористости и молекулярной массой адсорбата. Они не только позволяют большим молекулам или ионам проникать в структуру, подобную губке, но также элюировать во время регенерации. Поэтому они выполняют две функции: ионный обмен с помощью функциональных групп и обратимая адсорбция и элюирование благодаря макропористой структуре.Они также устойчивы к органическому загрязнению, что приводит к более длительному сроку службы смолы по сравнению с обычными ионообменниками гелевого типа, а также к тому, что качество очищенной воды намного лучше из-за адсорбции органических веществ макропористой структурой. Сканирование SEM макропористого анионита Lewatit MonoPlus MP 500 представлено на рис. 3.

Рисунок 3.

Сканирование макропористых смол с помощью SEM.

Ионообменные приложения могут выполняться как в колонке (непрерывный поток), так и в периодическом режиме.При работе с колонной ионообменная смола помещается в вертикальную колонку для образования слоя. После завершения нанесения смолу можно регенерировать для использования в другом цикле. При периодических операциях смолу встряхивают в сосуд с обрабатываемым раствором. После завершения нанесения смолу можно регенерировать на месте или перенести в колонку для регенерации.

В то время как основные цели при производстве обычных ионообменников были сосредоточены на получении высокой ионообменной емкости и улучшенной химической стойкости, а также термической и механической прочности, в случае монодисперсных ионообменных смол эти усилия были направлены на улучшение кинетических параметров.Гетеродисперсные иониты обычно характеризуются стандартным размером зерна 0,3-1,2 мм и коэффициентом однородности (UC) в пределах 1,5-1,9. В случае монодисперсных ионообменных смол в процессе производства обычно достигается размер зерна от 0,6 мм и коэффициент однородности в пределах 1,1-1,2. Кроме того, монодисперсные ионообменники из-за однородной насадки колонки демонстрируют более чем на 12% более высокую ионообменную емкость, более быструю кинетику обмена и гораздо более высокую механическую прочность, что чрезвычайно важно с экономической точки зрения.Поскольку размер частиц ионообменного материала и его однородность являются наиболее важными параметрами, влияющими на гидравлику и кинетику ионного обмена, монодисперсные ионообменники обеспечивают лучшие характеристики потока в колоннах по сравнению с обычными гетеродисперсными ионообменниками (скорость потока уменьшается с уменьшением размера частиц, однако более мелкие частицы имеют большую внешнюю поверхность, но вызывают большие потери напора в процессах в колонне) (Scheffler, 1996; Krongauz & Kocher, 1997).Визуализация монодисперсных и гетродисперсных ионообменников представлена ​​на рис. 4a-b.

Например, исследование, проведенное Zainol & Nicol (2009a), показывает, что в процессе сорбции Ni (II) и других ионов металлов монодисперсная смола (Lewatit MonoPlus TP 207) превосходит обычные гетеродисперсные смолы в условия загрузки Ni (II), а также кинетика адсорбции. Это делает его предпочтительным выбором для различных приложений.

Рисунок 4.

Монодисперсные и гетродисперсные иониты.

Влияние температуры на равновесные свойства ионообменных смол было тщательно изучено. Снижение емкости катионообменных смол на основе полистирольной матрицы из-за рабочей температуры не является существенной проблемой. Однако относительно небольшое разложение дает достаточно продуктов разложения, чтобы вызвать серьезные проблемы в другом месте. Это может быть разложение костной полистирольной матрицы с образованием производных стиролсульфоновой кислоты или замена сульфоновой группы с образованием сульфата.Дальнейшее разложение производных стиролсульфоновой кислоты также приведет к сульфату как одному из конечных продуктов (десульфирование). Количество производимого сульфата иногда бывает высоким. Информация о стабильности ионообменных смол в основном касается анионообменных смол. Механизм разложения солей четвертичного аммония и третичных анионов хорошо известен (Reynolds, 1982; Fernandez-Prini, 1982; Fisher, 2002). Влияние температуры на свойства хелатирующих ионообменников также описано в статье Иванова (1996).

3. Применение ионообменников для удаления ионов тяжелых металлов

Метод ионного обмена позволяет удалить следы ионных примесей из воды и технологических потоков и получить продукт желаемого качества. Ионообменники широко используются в аналитической химии, гидрометаллургии, антибиотиках, очистке и разделении радиоизотопов и находят широкое применение при очистке воды и борьбе с загрязнением (Clifford, 1999; Luca et al. 2009). Список металлов, которые восстанавливаются и очищаются в промышленных масштабах с помощью ионного обмена, включает: уран, торий, редкоземельные элементы (РЗЭ), золото, серебро, платиновые металлы (МПГ), хром, медь, цинк, никель, кобальт. и вольфрам.

В некоторых из этих случаев масштабы операций относительно невелики, например, с редкоземельными элементами или благородными металлами, но стоимость извлеченных металлов очень высока. Ионообменный процесс особенно подходит для очистки ионов металлов с высокой ценностью и низкой обработкой. Альтернативой является также процесс крупномасштабного восстановления следовых количеств металлов из потоков отходов, таких как кадмий и ртуть, хром или медь и цинк. Использование процессов ионного обмена в гидрометаллургии широко и с каждым годом продолжает расти.Это связано главным образом с прогрессом, который наблюдается в синтезе новых селективных хелатирующих ионообменников, содержащих комплексообразующие лиганды (Minczewski, et al. 1982;

4. Хелатирующие и специальные ионообменники

Типичный недостаток отсутствия селективности в отношении ионов тяжелых металлов и ионов щелочных и щелочно-земельных металлов наиболее широко используемых функционализированных ионообменников, таких как Chelex 100, преодолевается введением хелатирующих лигандов, способных удалять селективные ионы металлов.Обладает высоким сродством к ионам тяжелых металлов: Cu ²⁺ > Hg ²⁺ > Pb ²⁺ > Ni ²⁺ > Zn ²⁺ > Cd ²⁺ > Co ²⁺ > Fe ²⁺ > Mn ²⁺ > Ca ²⁺ > Mg ²⁺ > Mg ²⁺ > ²⁺ > Ba ²⁺ >>> щелочные ионы > H ⁺ , тогда как для сульфоновых ионов аналогичный ряд аффинности может быть представлен ранее (для Lewatit SP 112).

Обычно атомы функциональной группы, способные образовывать хелатные кольца, обычно включают кислород, азот и серу. Азот может присутствовать в первичных, вторичных или третичных аминных, нитро, нитрозо, азо, диазо, нитрильных, амидных и других группах. Кислород обычно находится в форме фенольных, карбонильных, карбоксильных, гидроксильных, эфирных, фосфорильных и некоторых других групп. Сера находится в форме тиоловых, тиоэфирных, тиокарбаматных, дисульфидных групп и т.д. Эти группы могут быть введены в поверхность полимера путем сополимеризации подходящих мономеров, иммобилизации предварительно образованных лигандов, химической модификации групп, изначально присутствующих на поверхности полимера.Однако чаще всего используются два последних (Warshawsky, 1987). Хелатирующие смолы с таким типом лигандов обычно используются в анализе, и их можно классифицировать в соответствии с рисунком 1. (Кантипулы и др., 1990). Выбор эффективной хелатирующей смолы продиктован физико-химическими свойствами материалов смолы. Это кислотно-основные свойства металлических частиц и материалов смолы, поляризуемость, селективность, сорбционная способность, кинетические характеристики и характеристики стабильности смолы.Сорбционная способность хелатирующих ионообменников зависит в основном от природы функциональных групп и их содержания, а также от pH раствора, а с точки зрения их селективности она зависит от относительного положения функциональных групп, их пространственной конфигурации, стерических эффектов, а иногда и расстояния от них до матрица и в меньшей степени на свойствах матрицы. Их использование позволяет извлекать ценные металлы из руд и шламов, морской воды и промышленных стоков. Они используются в качестве флотационных агентов, депрессантов, флокулянтов и собирателей.

Стоит подчеркнуть, что эти смолы неоценимы везде, где необходимо сконцентрировать или удалить элементы, присутствующие в очень низких концентрациях.

Из ряда хорошо известных хелатных ионообменников в промышленном масштабе производится лишь несколько типов. Среди наиболее важных из них с функциональными группами следует выбрать амидоксим, дитиокарбамат, 8-гидроксихинолин, иминодиацетат, аминофосфоновую, биспиколиламинную, дифосфоновую, сульфоновую и карбоновую кислоты, тиол, тиомочевину, а также изотиомочевину (Sahni & Reedij, 1984; Busche et al.2009 г.). Среди них хелатирующие ионообменники, содержащие метилглюкоамин, бис (2-пиридилметил) амин, также известный как биспиколиламин, тиол и т.д., используются для специальных применений, таких как удаление ионов драгоценных металлов, ионов тяжелых металлов из кислой среды, удаления бора и специальных оксоанионов. Отдельную группу составляют ионообменники легированного растворителем, используемые для разделения In, Zn, Sn, Bi и др. Преимущества ионообменников из этих групп включают хорошую селективность, коэффициент концентрирования, энергию связи и механическую стабильность, легкую регенерацию для нескольких циклов сорбции-десорбции и хорошую воспроизводимость сорбционных характеристик.

5. Хелатирующие ионообменники с гидроксамовыми и амидоксимными функциональными группами

Выбор гидроксамовых кислот основан на их применении при переработке полезных ископаемых в качестве сборщиков при флотации гематитовых, пиролюзитовых или бастнезитовых руд. Сополимер дигидроксимата малоновой кислоты со стирол-дивинилбензолом был использован для удаления урана (VI) из морской воды (Park & ​​Suh, 1996). В статье Ahuja (1996) было обнаружено, что смола гидроксимата глицина показывает максимальную адсорбцию для Fe (III), Cu (II) и Zn (II) при pH 5.5; для W (VI), U (VI), Co (II) и Ni (II) при pH 6,0, а также для Cd (II) при pH 6,5. Его можно рекомендовать для отделения Cu (II) от Co (II) и Ni (II) при pH 5,5. Однако смола иминодиуксусно-дигидроксиматная может применяться для разделения U (VI), Fe (II), Cu (II) в соответствии с аффинным рядом: UO ₂ ²⁺ > Fe ³⁺ > Cu ²⁺ > Zn ²⁺ > Co ²⁺ > Cd ²⁺ > Ni ²⁺ > Zn ^{2+ 2+Гидроксамовые кислоты существуют в двух таутомерных формах:}

, и ионы металлов координируются гидроксамидной функциональной группой (а).

Хелатирующие смолы с функциональными группами амидоксима, такие как Duolite ES-346 и Chelite N, могут применяться для концентрирования растворов, содержащих Ag (I), Al (III), Cd (II), Co (II), Cr ( III), Cu (II), Fe (III), Hg (II), Mn (II), Ni (II), Mo (VI), Pb (II), Ti (IV), U (VI), V ( V) и Zn (II) в присутствии ионов щелочных и щелочноземельных металлов (Samczyński & Dybczyński, 1997; Dybczyński et al.1988). Ионы щелочных и щелочноземельных металлов плохо удерживаются этими смолами. Дуолит ES-346 обычно используется для извлечения урана (VI) из морской воды и As (III) из водных растворов. Он также может применяться для удаления Pd (II) (Chajduk-Maleszewska & Dybczyński, 2004). Он характеризуется высокой селективностью по отношению к ионам Cu (II) благодаря наличию амидоксимных групп и небольшого количества гидроксамовой кислоты (RCONHOH):

, где: R — матрица смолы.

Установлено, что для амидоксимных смол ряд селективности может быть следующим: Cu (II)> Fe (III)> As (III)> Zn (II)> Ni (II)> Cd (II)> Co (II)> Cr (III)> Pb (II) .Интересные результаты были получены при наблюдении за влиянием кислотности на поведение этого ионообменника. При низких значениях pH (<3) наблюдалось снижение хелатирующей способности Duolite ES 346 по отношению к ионам тяжелых металлов, а также разложение его функциональных групп в соответствии с реакциями (Ferriera et al. 1998):

Однако Вторая реакция характерна для разложения амидоксимных групп в менее кислых условиях (pH <3,0). Повышение pH вызывает ослабление конкуренции ионов водорода за активные стороны, что приводит к увеличению комплексообразования с ионами металлов, таких как Cu (II).Тот факт, что разложение функциональных групп Duolite ES-346 происходит под влиянием сильных минеральных кислот, представляет собой серьезную проблему, которая может значительно снизить хелатирующую способность смолы. Однако этот эффект был использован за счет восстановления адсорбированных ионов на ионообменной смоле. Corella et al. (1984) продемонстрировали, что поли (акриламидоксим) можно успешно использовать для концентрирования следов металлов из водных растворов.

Также салициловая кислота является лигандом, который может селективно образовывать комплекс с Zn (II), Pb (II), Fe (III).Используя смолу, содержащую салициловую кислоту, для предварительного концентрирования Zn (II) и Pb (II), было доказано, что факторы предварительного концентрирования намного выше, чем для бис (2-гидроксиэтил) дитиокарбамата (Saxena et al. 1995). Однако фенолформальдегидная смола с салицилальдоксимными и салицилальдегидными функциональными хелатными группами демонстрирует высокую селективность в отношении ионов Cu (II) (Ebraheem & Hamdi, 1997).

Порядок сродства металлических комплексов салицилальдоксима следующий: Fe ³⁺ > Cu ²⁺ > Ni ²⁺ > Zn ²⁺ > Co ²⁺ .

6. Хелатирующие ионообменники с дитиокарбаматными функциональными группами

Высокое сродство к ионам переходных металлов также демонстрируют классы ионообменников с дитиокарбаматными функциональными группами (включая коммерчески доступный Nisso ALM 125), в которых сера является донором атом. Ионообменники этого типа обладают высоким сродством к ионам Hg (II), Pb (II), Cd (II), а также к ионам драгоценных металлов, однако они не адсорбируют щелочные и щелочноземельные металлы. Было показано, что дитиокарбаматы, полученные с долей первичных аминов, менее стабильны, чем дитиокарбаматы, полученные с долей вторичных аминов, а связывание ионов металлов с функциональной группой донорного атома увеличивается в количестве Fe ²⁺ < Ni ²⁺ 2+ .Эффективность сорбции зависит от присутствия в растворе ионов, таких как SCN ^— . В статье McClain and Hsieh (2004) было представлено селективное удаление Hg (II), Cd (II) и Pb (II). Эта смола также эффективна для отделения и концентрирования Mn (II), Pb (II), Cd (II), Cu (II), Fe (III) и Zn (II) из сложных матриц (Yebra-Biurrun et al. 1992 ). Сополимер поли (иминоэтило) дитиокарбамата использовали для сорбции VO ²⁺ , Fe (II), Fe (III), Co (II), Ni (II) и Cu (II) (Kantipuly et al.1990)

7. Хелатирующие ионообменники с 8-гидроксихинолиновыми функциональными группами

Простой метод иммобилизации 8-гидроксихинолина в матрице диоксида кремния описан Lührmann (1985). Сорбент использовался при сорбции Cu (II), Ni (II), Co (II), Fe (III), Cr (III), Mn (II), Zn (II), Cd (II), Pb ( II) и Hg (II) при pH от 4 до 6. Показано, что сорбционная емкость изменяется в диапазоне от 0,2 до 0,7 мМ / г, а коэффициенты распределения от 1 × 10 ³ до 9 × 10 ⁴ .Райан и Вебер показали (1985), что этот тип сорбента имеет лучшие сорбционные свойства по отношению к Cu (II), чем Chelex 100 с иминодиацетатными функциональными группами. Можно использовать сорбенты на основе 8-гидроксихинолина, например для концентрации ионов металлов Mn (II), Co (II), Ni (II), Cu (II), Zn (II), Cd (II), Pb (II) и Cr (III) из морской воды ( Pyell & Stork, 1992).

8. Хелатирующие ионообменники с иминодиуксусными функциональными группами

В последнее время внимание уделяется ионообменникам с амино- или иминокислотными группами.Наличие двух карбоксильных групп и третичного атома азота дает сильное предпочтение хрому (III) и меди (II) (Marhol & Cheng, 1974). Таким образом, для коммерческих хелатирующих ионообменников, таких как Chelex 100, Dowex A 1, CR-20, Lewatit TP 207, Lewatit TP 208, Purolite S 930, Amberlite IRC 748 (ранее Amberlite IRC 718) или Wofatit MC-50, процесс сорбции ионов металлов протекает по порядку: Cr ³⁺ > Cu ²⁺ > Ni ²⁺ > Zn ²⁺ > Co ²⁺ > Cd ²⁺ > Fe ²⁺ > Mn ²⁺ > Ca ²⁺ >> Na ⁺ .Этот тип ионообменников также проявляет высокое сродство к ионам Hg (II) и Sb (V). Следует отметить, что в зависимости от значения pH они могут иметь следующие формы (Zainol & Nicol. 2009a):

При pH <2,0 протонируются атом азота и две карбоксильные группы. В этом случае хелатный ионообменник с иминодиуксусными функциональными группами ведет себя как слабоосновный анионообменник. При pH ~ 12 атом азота и две карбоксильные группы подвергаются депротонированию - ионообменник ведет себя как типичный слабокислый катионит.Для значений pH среды иминодиуксусная смола ведет себя как амфотерный ионообменник. Иминодиацетатные группы образуют электронные пары, так что сила связи для щелочноземельных металлов в 5000 раз больше, чем для щелочных металлов, таких как Ca (II), которые реагируют с двухвалентными металлами с образованием стабильной координационной ковалентной связи. Следовательно, ряд сродства, определенный для иминодиуксусного ионообменника, может быть представлен в следующем порядке: Hg ²⁺ > UO ₂ ²⁺ > Cu ²⁺ > Pb ^{2 +} > Ni ²⁺ > Cd ²⁺ > Zn ²⁺ > Co ²⁺ > Fe ²⁺ > Mn > Ca ²⁺ > Mg ²⁺ > Ba ²⁺ > Sr ²⁺ >> Li ⁺ > Na ^{+ +} .

Amberlite IRC 748 в форме K (I) также использовался для удаления Ca (II), Mg (II) из раствора хромата калия (Yua et al. 2009). Оптимальный pH, полученный для адсорбции Ca (II) и Mg (II) на Amberlite IRC 748 из раствора хромата калия, составляет 9,8 и 9,5 соответственно. Также было отмечено, что повышение температуры и дозировки смолы привело к их более высокой адсорбции, и условия равновесия были достигнуты в течение 480 мин. Экспериментальные данные относительно хорошо интерпретируются изотермой Ленгмюра, а адсорбционная емкость монослоя Ca (II) и Mg (II) равна 47.21 мг / г и 27,70 мг / г соответственно. Это очень важно, потому что производство триоксида хрома путем электролиза солей хромата, как экологически чистый процесс с нулевым выбросом отходов, в настоящее время широко изучается (Li et. Al 2006). Следует также отметить, что коэффициенты разделения между Mg (II) и Ca (II) и ионами других двухвалентных металлов на иминодиацетатной смоле намного меньше, чем ожидаемые из констант устойчивости их комплексов IDA в растворах. Такие явления были качественно описаны как «полимерный эффект» или операция ионного обмена, а также реакции комплексообразования.Песавенто и др. (1993) дали количественное объяснение этих аномалий на основе модели Гиббса-Доннана. Ионы Ca (II) и Mg (II) адсорбируются, образуя комплексы R (Hida) ₂ M в кислой среде и R (ida) M в нейтральных и щелочных системах, тогда как образуется Ni (II) или Cu (II) и т. Д. комплексы R (ida) M:

Коммерчески доступные хелатирующие смолы с иминодиацетатной функциональной группой (Amberlite IRC 748, Lewatit TP 207, Lewatit TP 208, Purolite S 930, Lewatit MonoPlus TP 207) были оценены на предмет их пригодности для адсорбция Ni (II) и других ионов металлов (Al (III), Ca (II), Co (II), Cr (III), Cu (II), Fe (II / III), Mg (II), Mn ( II) и Zn (II)) из хвостов процесса кислотного выщелачивания под давлением латеритов никеля.Смолы Amberlite IRC 748 и TP MonoPlus 207 оказались наиболее подходящими с точки зрения загрузочной способности никеля и кинетики адсорбции. Хотя все пять изученных смол имеют одинаковые функциональные группы, их характеристики не идентичны. Наблюдаемые различия, возможно, вызваны вариациями в процедуре синтеза, что приводит к вариациям в структуре матрицы, степени сшивки, плотности функциональных групп, пропорции иминодиацетатных групп, а также к размеру частиц (Zainol & Nicol, 2009a)

Кроме того, исследование, проведенное Biesuz et al.(1998) показывает, что в случае сорбции Ni (II) и Cd (II) структура образующихся комплексов различна. Ni (II) образует комплексы типа R (ida) M, тогда как Cd (II) R (idaH) ₂ M. Однако в работе Zagorodni & Muhammed (1999) указано, что комплексы R (Hida) ₂ M должно быть очень слабым или даже невозможным. Адсорбционное равновесие Ni (II), Co (II), Mn (II) и Mg (II) на Amberlite IRC 748 обсуждалось в (Zainol & Nicol, 2009b). Смола доказала свою высокую селективность в отношении Ni (II) и Co (II), что предполагает, что эти металлы могут быть легко отделены от Mg (II) и Mn (II) при pH 4 и 5.Также был обнаружен следующий порядок селективности смолы: Ni (II)> Co (II)> Mn (II)> Mg (II).

Также была исследована кинетика сорбции Cd (II) из отдельных растворов и из смесей с неионогенным поверхностно-активным веществом Lutensol AO-10 (оксиэтилированные спирты) в водородной форме хелатирующего иминодиуксусного ионита (Kaušpėdieniė et al. 2003). Установлено, что сорбция Cd (II) из отдельных растворов и из смеси с АО-10 контролируется внутричастичной диффузией в кислых (pH 5) и щелочных средах (pH 7.6). Присутствие АО-10 приводит к снижению скорости внутричастичной диффузии. Иминодиацетатная смола имеет большую коллективную адсорбцию с ионом Cr (III). Сточные воды, содержащие форму Cr (III), могут быть удалены при любом pH в диапазоне 3-6 за 2 часа времени контакта фаз. Таким образом, для очистки сточных вод при дублении кожи, гальванике, текстиле и крашении применение этой смолы является экономичным (Gode & Pehlivan, 2003).

Адсорбция ионов трехвалентных металлов на иминодиацетатных смолах не была изучена так широко, как адсорбция ионов двухвалентных металлов.Известный порядок селективности ионов трехвалентного металла на иминодиацетатной смоле может быть представлен как: Sc ³⁺ > Ga ³⁺ > In ³⁺ > Fe ³⁺ > Y ³⁺

Соседний канал Избирательность — ключевые вопросы »Электроника Примечания

Избирательность по соседнему каналу, ACS, определяет, насколько хорошо радиоприемник отклоняет нежелательные сигналы на соседних частотах.

---

Избирательность радиоприемника Включает:
Основы радиоселективности Избирательность по соседнему каналу Отклонение изображения

---

Избирательность по соседнему каналу, ACS — это мера способности радиоприемника принимать сигнал на желаемом канале или частоте в присутствии другого сигнала на соседней частоте или канале.

Избирательность по соседнему каналу определяется как отношение ослабления фильтра приемника на желаемом канале или частоте к ослаблению фильтра приемника на частоте соседнего канала.

Ввиду этого характеристики фильтра приемника являются ключевыми при определении избирательности по соседнему каналу, ACS, производительности.

Характеристики фильтра радиоприемника

Существует множество различных спецификаций фильтров, которые можно использовать для определения характеристик фильтра и, следовательно, избирательности по соседнему каналу:

• Стоп-лента
• Полоса пропускания
• Внутриполосная пульсация
• Пульсация стоп-полосы
• Коэффициент формы
• Маска ответа
• Входное и выходное сопротивление
• Интермодуляция

Параметры фильтра

Эффективность избирательности по соседнему каналу в первую очередь связана с характеристиками фильтра, и для любого фильтра есть две основные области, представляющие интерес:

• Полоса пропускания: Это полоса частот, для которой считается, что фильтр пропускает сигналы.
• Полоса заграждения: Это полоса, для которой фильтр приемника, как считается, останавливает нежелательные сигналы, распространяющиеся дальше в радиостанции. Это определяет уровень подавления избирательности по соседнему каналу.

На диаграмме ниже показан идеальный отклик для фильтра. Существует немедленный переход между полосой пропускания и полосой заграждения. Также в полосе пропускания фильтр не вносит никаких потерь, а в полосе заграждения сигнал не пропускается.

Идеальный отклик для полосового фильтра

Показанный выше отклик обеспечит идеальные характеристики избирательности по соседнему каналу, но в действительности этого невозможно достичь.

Отклик идеального фильтра

В действительности невозможно реализовать фильтр с такими характеристиками и типичным откликом, более похожим на показанный ниже. Из диаграммы довольно очевидно, что существует ряд отличий. Во-первых, есть некоторые потери в полосе пропускания.Во-вторых, отклик не спадает бесконечно быстро. В-третьих, затухание в полосе заграждения не бесконечно, даже если оно очень велико. Наконец, можно заметить, что в полосе присутствует некоторая рябь. В первую очередь это различие в реакции между полосой пропускания и полосой задерживания, которые определяют избирательность соседнего канала, наряду со скоростью, с которой отклик попадает между полосой пропускания и полосой задерживания.

Отклик типичного полосового фильтра на кварцевом кристалле

В большинстве фильтров затухание в полосе пропускания обычно относительно невелико.Для типичного кварцевого фильтра вполне типичны цифры 2–3 дБ. Однако обнаружено, что очень узкополосные фильтры, подобные тем, которые используются для приема Морзе, могут быть выше этого. К счастью, этим потерям довольно легко противодействовать, просто добавив небольшое дополнительное усиление в каскады промежуточной частоты, и этот коэффициент не указывается в спецификации приемника.

Видно, что характеристика фильтра не спадает бесконечно быстро, и необходимо определить точки, между которыми находится полоса пропускания.Для приемников полоса пропускания принимается как ширина полосы между точками, где отклик упал на 6 дБ, то есть где он на 6 дБ или -6 дБ.

Также определена полоса заграждения. Для большинства фильтров радиоприемников это считается началом в точке, где отклик упал на 60 дБ, хотя это следует проверить в спецификации фильтра, поскольку некоторые фильтры могут быть не такими хорошими. Иногда фильтр может иметь полосу заграждения, определяемую для ослабления 50 дБ, а не 60 дБ.

Коэффициент формы фильтра

Можно видеть, что очень важно, чтобы фильтр достиг своего окончательного уровня подавления как можно быстрее после выхода за пределы полосы пропускания.Это может быть ключевым параметром избирательности по соседнему каналу. Если отклик не падает достаточно быстро, тогда сигналы соседнего канала могут быть недостаточно ослаблены.

В идеале отклик должен падать как можно быстрее. Чтобы измерить это, в некоторых фильтрах используется показатель, известный как коэффициент формы. Это просто соотношение ширины полосы пропускания и полосы задерживания. Таким образом, фильтр с полосой пропускания 3 кГц при -6 дБ и цифрой 6 кГц при -60 дБ для полосы заграждения будет иметь коэффициент формы 2: 1.Чтобы эта цифра имела реальное значение, необходимо также указать две цифры затухания. В результате полный коэффициент формы должен быть 2: 1 при 6/60 дБ.

Типы фильтров

Существует множество различных типов фильтров, которые можно использовать в приемнике. Старые широковещательные наборы использовали фильтры LC. Трансформаторы ПЧ в приемнике были настроены, и можно было регулировать резонансную частоту каждого трансформатора с помощью регулируемого ферритового сердечника.

Сегодня более широко используются керамические фильтры.Их действие основано на пьезоэлектрическом эффекте. Поступающий электрический сигнал преобразуется в механические колебания за счет пьезоэлектрического эффекта. Затем на эти колебания влияют механические резонансы керамического кристалла. Поскольку механические колебания затем снова связываются с электрическим сигналом, общий эффект заключается в том, что механические резонансы керамического кристалла влияют на электрический сигнал. Механические резонансы керамики демонстрируют высокий уровень добротности, что отражается на ее характеристиках как электрического фильтра.Таким образом можно очень легко изготовить фильтр с высоким добротностью.

Керамические фильтры могут быть очень дешевыми, некоторые стоят всего несколько центов. Однако доступны и более производительные.

Для действительно высоких уровней фильтрации используются кварцевые фильтры. Кристаллы сделаны из кварца, встречающейся в природе формы кремния, хотя современные компоненты изготавливаются из синтетически выращенного кварца. Эти кристаллы также используют пьезоэлектрический эффект и работают так же, как керамические фильтры, но имеют гораздо более высокие уровни добротности и гораздо более высокую степень селективности.Являясь резонансным элементом, они используются во многих областях, где можно найти резонансный ЖК-элемент. Они используются в генераторах — во многих компьютерах есть кварцевые генераторы, но они также широко используются в высокопроизводительных фильтрах.

Обычно кристаллические фильтры состоят из нескольких отдельных кристаллов. Часто фильтр упоминается как имеющий определенное количество полюсов. На каждый кристалл приходится по одному полюсу, поэтому шестиполюсный кристаллический фильтр будет содержать шесть кристаллов и так далее. Многие фильтры, используемые в любительских приемниках связи, содержат шесть или восемь полюсов.

Выбор правильной ширины полосы фильтра

Важно выбрать правильную полосу пропускания для данного типа сигнала. Очевидно, необходимо убедиться, что он не слишком широкий, в противном случае нежелательные внеканальные сигналы смогут пройти через фильтр. И наоборот, если фильтр слишком узкий, то часть полезного сигнала будет отклонена, и возникнут искажения.

Поскольку разные типы передачи занимают разную ширину полосы спектра, необходимо адаптировать полосу пропускания фильтра к типу принимаемой передачи.В результате многие приемники переключаются на разные фильтры для разных типов передачи. Это может быть сделано либо автоматически как часть переключателя режима, либо с помощью отдельного переключателя фильтра.

Обычно фильтр для приема AM в диапазонах длинных и средних волн составляет около 9 или 10 кГц, а в диапазонах коротких волн будет иметь полосу пропускания около 6 кГц. Для приема SSB это будет примерно 2,5 кГц. Для приема Морзе часто используются фильтры 500 и 250 Гц.

Избирательность по соседнему каналу является важным фактором для любого приемника, будь то ВЧ-связь, мобильная связь (сотовые телефоны) или Wi-Fi.. . или для любой формы беспроводной / радиосвязи. Избирательность радиосвязи по соседнему каналу в системе будет определять многие аспекты производительности, особенно то, как она работает, когда используются соседние каналы или частоты.

Другие важные темы по радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частот Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы RF фильтры RF циркулятор Типы радиоприемников Радио Superhet Избирательность приемника Чувствительность приемника Обработка сильного сигнала приемника Динамический диапазон приемника
Вернуться в меню тем радио.