3.7. Изучение набухания ионитов микроскопическим методом

Цель работы - освоение методики оценки объемных эффектов в процессе ионообменной реакции.

При использовании ионообменных процессов часто необходимо располагать точными данными об объеме фазы сорбента в равновес­ном состоянии и в процессе кинетических (или динамических) процессов. В этом плане микроскопию можно рассматривать как исключительно эффективный метод определения объема исходного и набухающего при реакциях обмена ионита. Для работы с гранулами и ионообменными волокнами использовали кюветы, конструкция которых изобра­жена на рисунке. Образцы кювет изготовлены из плексигласа. Предварительные исследования показали, что данный материал пригоден для экспериментов в интервале температур 278-353 К.

Рис. 1. Кювета для измерения диаметра гранул ионообменников

Капилляры для кюветы склеены из плоских плексигласовых пластин 1,2-1,5 мм и вмонтированы в термостатирующую рубашку, также изготовленную из плексигласа. Толщина верхней и нижней сторон рубашки 2 мм, боковых стенок - 10 мм. Измерения объемов проводили с помощью микроскопов МБИ-6 и МБС-2 (с микронасадкой МОВ-1х15). Для микроскопических исследований отбирались гранулы ионита правильной сферической формы без трещин и вакуолей. Зерно смолы помещали в капилляр и фиксировали с обеих сторон капроновой леской или платиновой проволочкой. Размеры гранул определяли под микроскопом с точностью до  0,002 мм.

В равновесных опытах через кювету с постоянной скоростью пропускали раствор заданного состава до установления постоянства диаметра гранулы во времени. Для получения достоверных данных постоянство размеров зерен контролируют в течение 24 ч, а равновесие изучают в 8 - 10 параллельных опытах на разных гранулах. Результаты микроскопических измерений выражают в виде коэффициентов относительного набухания f_n, представляющих отношение объемов гранул в сопоставимых условиях. Например, для реакции R-OH + X  R – X + OH величина

где V_X и V_OH - объем гранул ионита в различных ионных формах.

При изучении ряда процессов представлялось необходимым определение объема отдельных гранул при переходе из сухого состояния в набухшее. Разработанный для этого способ предусматривает предварительное обезвоживание зерен в вакууме при 253 К и давлении 1 кПа. После этого гранулы быстро помещают в отдельные бюксы с n- октаном, а оттуда переносят каждую гранулу вместе с частью растворителя в измерительную кювету (рис. 2). В этом случае контакт с парами воды, находящимися в воздухе, исключается. Измерение объема при набухании проводят отдельно на каждом зерне при взаимодействии его с водой или исследуемым раствором.

Указанный способ особенно информативен для точного определения размеров зерен ионита и фронта движения окрашенных компонентов в нем при кинетических и динамических исследованиях в реакциях обмена «сорбент - физиологически активное вещество». Критерием оценки процессов, происходящих при этом, может быть вид и характер кривых изменения объема гранул (рис. 3), которые строятся в координатах (f-t). Аномальные эффекты и их глубина оценивались величинами максимумов или минимумов в реакциях обмена (конкретно по площади пиков). Относительная погрешность кинетических опытов составляет 10%.

Практическая работа № 14