URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Михайлов О.В., Юсупов Р.А. Ионообменные процессы в тонкопленочных биополимер-иммобилизованных металлосульфидах
Id: 208110
 
599 руб.

Ионообменные процессы в тонкопленочных биополимер-иммобилизованных металлосульфидах. Изд.2

URSS. 2016. 272 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-9710-2963-2.

 Аннотация

В данной книге впервые систематизированы и обобщены результаты исследований ионообменных и сорбционных процессов, протекающих при контакте биополимер-иммобилизованных сульфидов p- и d-металлов с водными растворами различных металлокомплексов. Первоочередное внимание уделено синтезу металлосульфидов в этих состояниях из водных растворов и учету влияния на эти процессы физико-механического состояния биополимер-иммобилизованных матричных имплантатов. Обсуждены также отдельные аспекты количественного описания ионного обмена в этих специфических условиях и его математического моделирования.

Книга предназначена для специалистов в области химии твердого тела и технологии производства и использования сорбентов, мембран, а также легирования материалов. Она может быть также полезна для преподавателей, аспирантов и студентов химических факультетов университетов и химико-технологических вузов.


 Оглавление

Предисловие
Введение
Список условных сокращений и символов
Глава 1. Общие принципы иммобилизации металлосульфидов в полимерных матрицах
 1.1.Разновидности иммобилизации
 1.2.Структура полимер-иммобилизованных систем
 1.3.Спецификация и скрининг высокомолекулярных соединений для иммобилизации металлосульфидов
 1.4.Литература к главе 1
Глава 2. Полимерные носители для иммобилизации металлосульфидов
 2.1.Желатин
 2.2.Агар
 2.3.Пектин
 2.4.Литература к главе 2
Глава 3. Синтез металлосульфидных имплантатов в водных растворах
 3.1.Синтез полимер-иммобилизованных металлосульфидов с наноструктурным уровнем организации
  3.1.1.Синтез желатин-иммобилизованных сульфидов р- и d-элементов
  3.1.2.Синтез агар-иммобилизованных сульфидов р- и d-элементов
 3.2.Синтез металлосульфидных тонкопленочных систем
  3.2.1.Синтез тонких поликристаллических пленок на базе сульфидов p- и d-элементов
  3.2.2.Теоретические аспекты комплексообразования в системах ион металла - вода - гидроксид-анион в водных растворах и их использование для синтеза металлосульфидных тонких пленок
 3.3.Литература к главе 3
Глава 4. Теоретическое рассмотрение ионного обмена в металлосульфидах
 4.1.Моделирование ионного обмена при контакте фаз водный раствор иона металла - наноструктурированная полимер-иммобилизованная металлосульфидная матрица
  4.1.1.Специфика ионного обмена в гель-иммобилизованных металлосульфидах
  4.1.2.Расчет параметров двухстадийной диффузии ионов металлов в желатин- и агар-иммобилизованных металлосульфидных имплантатах
 4.2.Одностадийная диффузия ионов металлов в твердом теле
 4.3.Моделирование ионного обмена при контакте фаз водный раствор иона металла - тонкая поликристаллическая металлосульфидная пленка
  4.3.1.Теоретическое описание кинетики ионного обмена в рамках представлений о многостадийности процесса
  4.3.2.Расчет параметров трехстадийной диффузии ионов металлов в тонких поликристаллических пленках
 4.4.Литература к главе 4
Глава 5. Влияние типа имплантации металлосульфидов на характер сорбции и ионного обмена
 5.1.Сорбция ионов металлов нанокристаллическими металлосульфидами в полимер-иммобилизованных системах
  5.1.1.Кинетика и механизм сорбции ионов Ag(I) агар-иммобилизованными металлосульфидами
  5.1.2.Фазовый состав и фазовые превращения в металлосульфидных полимер-иммобилизованных системах
  5.1.3.Кинетика сорбции ионов Ag(I) желатин-иммобилизованными металлосульфидами
 5.2.Сорбция ионов металлов микрокристаллическими металлосульфидами в тонкопленочных имплантатах
  5.2.1.Сорбция ионов металлов микрокристаллическими металлосульфидами
  5.2.2.Сорбция и ионный обмен M(II) g Ag(I) и M(II) g M' (II) в металлосульфидных ТПП
  5.2.3.Фазовый состав и фазовые превращения в металлосульфидах и тонкопленочных металлосульфидных имплантатах
 5.3.Литература к главе 5
Заключение
Об авторах

 Предисловие

Хорошо известно, что в целом ряде производственных процессов -- в электронной и полупроводниковой технике, металлургии, при изготовлении ион-селективных электродов, легировании полупроводников и др., весьма важную роль играют ионообменные процессы с участием ионов различных металлов, протекающие при контакте между твердой фазой и жидким раствором. Характерны они и для ряда природных процессов, в частности при изоморфном замещении ионов в кристаллической структуре минералов, метаморфических их превращениях, миграции радиоактивных и токсичных химических элементов в земной коре. Будучи частным случаем сорбции, ионный обмен, в сущности, является решающим в процессах извлечения тех же ионов металлов из сточных вод и отработанных технологических растворов с использованием самых разнообразных сорбционных систем -- как неорганических, так и органических.

В большинстве случаев ионообменная сорбционная система олицетворяет собой как бы симбиоз двух начал -- вещества, непосредственно участвующего в процессе ионного обмена (сорбента), и вещества, выполняющего либо функцию среды, в которой с той или иной степенью равномерности распределен сорбент (наполнитель), либо поверхности, на которой нанесен слой этого сорбента (подложка). (Нередко, впрочем, термин "сорбент" применяют для обозначения сорбционной системы в целом, а не только вещества, непосредственно участвующего в ионном обмене.) Системы второй из только что указанных разновидностей в химии и особенно в биологии весьма часто называют имплантатами (от лат. im -- внутрь и plantatio -- сажать, прикреплять); именно о них в дальнейшем будет идти речь в нашей книге, именно этим термином мы и будем постоянно пользоваться в дальнейшем.

К числу подобных объектов, представляющих значительный теоретический и практический интерес, принадлежат сорбционные системы с т. н. иммобилизацией сорбента, где он с той или иной степенью жесткости зафиксирован в каком-либо полимерном массиве. Изучение физико-химических процессов в этих системах относится к числу сравнительно молодых разделов химической науки, и хотя становление и развитие данного научного направления произошло лишь в последние два--три десятилетия XX в., тем не менее уже сейчас как развитые в его рамках методы, так и сами иммобилизованные химические соединения наряду с чисто химическими аспектами их использования уже получили весьма значительное и успешное приложение в решении ряда задач в самых разнообразных отраслях науки и техники -- электронике, энергетике, экологии, медицине, регистрации информации и др. Весьма перспективными среди таких сорбционных систем представляются полимер-иммобилизованные имплантаты на базе сульфидов металлов, проявляющие высокую селективность по отношению к ионам токсичных и благородных металлов; это обстоятельство делает их весьма удобными коллекторами при удалении токсичных металлов и концентрировании в химической технологии, а также для аналогичных целей и в аналитической химии. Кроме того, они позволяют концентрировать ионы металлов из растворов с очень малой их концентрацией и в присутствии различных органических соединений, образующих весьма прочные комплексы с этими ионами металлов. Их можно подразделить на две категории -- собственно полимер-иммобилизованные и полимер-иммобилизованные, зафиксированные в виде тонких пленок на какой-либо подложке. В научной литературе XX и первого десятилетия XXI вв. можно найти достаточно большое количество весьма разнообразных сведений о подобных сорбционных системах, но данные эти весьма разрозненны, подчас противоречивы и, главное, практически не систематизированы.

В связи с вышеизложенными обстоятельствами в рамках настоящей книги едва ли не впервые систематизированы и обобщены результаты исследований ионообменных процессов, протекающих при контакте полимер-иммобилизованных и тонкопленочных металлосульфидных сорбционных систем с водными растворами различных металлокомплексов. При этом особое внимание уделено учету влияния на эти процессы физико-механического состояния соответствующего металлосульфидного сорбента, синтезу полимер-иммобилизованных и тонкопленочных металлосульфидов, а также математическому моделированию и количественному описанию ионного обмена в них с учетом влияния природы лигандов, входящих в состав контактирующих с ними растворов различных металлокомплексов. Последнее тем более важно, если учесть, что с теоретической точки зрения ионный обмен в полимер-иммобилизованных имплантатах -- это весьма специфическое явление в химической науке вообще, координационной химии и химии полимер-иммобилизованных систем в частности и хотя бы поэтому достойное самого серьезного к нему отношения со стороны исследователей, работающих в сфере фундаментальной науки.

Предлагаемая вниманию читателя книга состоит из пяти глав. В первой из них сформулированы общие подходы и принципы иммобилизации химических соединений в полимерных матрицах, во второй -- физико-химические характеристики наиболее важных биополимеров -- низкомолекулярного полипептида желатина и низкомолекулярных полисахаридов агара и пектина. Третья глава посвящена вопросам, касающихся особенностей синтеза биополимер-иммобилизованных металлосульфидов на основе только что указанных природных полимеров. Две последние главы книги посвящены рассмотрению ионообменных процессов в металлосульфидах с теоретических позиций (глава 4) и изложению экспериментальных данных по ионному обмену в желатин- и агар-иммобилизованных металлосульфидах (глава 5).

Авторы выражают свою искреннюю благодарность кандидату химических наук, ассистенту М.Р.Гафарову, кандидату химических наук, доценту Р.Ф.Абзалову и кандидату химических наук, доценту Н.И.Мовчан за содействие в сборе экспериментальных данных и разработке теоретических подходов для описания ионного обмена в металлосульфидах, составивших базис фактического материала настоящей книги. Авторы также признательны Российскому Фонду Фундаментальных Исследований за финансовую поддержку ее издания (грант N 06--03--46001).

Авторы

 Введение

Физико-химические процессы с участием иммобилизованных в неорганических или органических полимерных носителях химических соединений p-, d- и f-элементов вообще и металлосульфидов в частности -- явление не менее распространенное и значимое, нежели физико-химические процессы в жидкофазных системах. Как методы иммобилизации, так и сами иммобилизованные химические соединения уже нашли применение для решения целого ряда проблем в области микроэлектроники, медицине и фармакологии; очень широко применяются полимер-иммобилизованные соединения в каталитических процессах, поскольку сочетают в себе полезные свойства как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов. Весьма многообещающим видится будущее использования полимер-иммобилизованных систем и в качестве неподвижных фаз в самых разнообразных вариантах хроматографии, в частности ионообменной, эксклюзионной и аффинной.

Перечислять все достоинства и возможности полимер-иммобилизованных систем можно было бы еще достаточно долго. В связи же с предметом нашего дальнейшего повествования нельзя не отметить, что процессы сорбции ионов металлов неорганическими природными сорбентами, оказывающие весьма существенное влияние на процессы перераспределения металлов в минералах и почвах, также напрямую связаны с явлением иммобилизации. Иммобилизованные сорбенты оказались весьма полезным подспорьем в процессах извлечения, концентрирования и разделения ионов металлов, в частности для извлечения следовых количеств редких и благородных металлов из морской воды, из сточных вод и отработанных технологических растворов. И хотя в настоящее время с помощью таких сорбентов еще не представляется возможным селективно адсорбировать конкретно выбранный ион металла из смеси с другими ионами металлов, однако прогресс на пути решения указанной задачи уже налицо. В этой связи следует отметить, что полимер-иммобилизованные металлосульфиды представляются одними из наиболее перспективных средств для обезвреживания сточных вод различных химических производств, и, следовательно, для решения такой важной в наше время социальной проблемы, как охрана окружающей среды.

Не секрет, что от того, каким будет состояние металлосульфида в сорбенте -- в виде мелкодисперсной твердой фазы, тонкой поликристаллической пленки или же совокупности изолированных нанокристаллов в полимер-иммобилизованной матрице, будут сильно зависеть и физико-химические характеристики в ионообменном процессе, в котором этот металлосульфид участвует. Например, число стадий процесса ионного обмена в последнем из перечисленных выше случаев меньше, нежели в двух остальных, и, кроме того, время процесса диффузии на каждой из этих стадий значительно сокращается. Указанные различия в решающей степени обуславливаются различиями в характере диффузионных процессов в изолированных кристаллах, в той или иной степени "открытых" для контакта с водными растворами, и в тонких поликристаллических пленках, имеющих малую поверхность контакта. Свойства же полимер-иммобилизованных металлосульфидных матричных систем, получаемых различным способом, в зависимости от природы полимерного носителя и иона металла также в значительной мере отличаются друг от друга. В этой связи возникает потребность в нахождении оптимальных условий синтеза металлосульфидных дисперсных систем, которые бы позволили получить сорбент с заранее заданными характеристиками (химическая, механическая устойчивость матрицы, концентрация целевых компонентов и др.). Однако диффузионные процессы, протекающие при использовании полимер-иммобилизованных металлосульфидных систем в качестве сорбентов, изучены сравнительно мало и явно требуют более детального рассмотрения -- как на границе раздела фаз раствор / твердое тело, так и в самом твердом теле. Ситуация осложняется еще и тем, что существующий на сегодняшний день математический аппарат для описания диффузионных процессов на поверхности границ "зерен" микрокристаллов сульфидов металлов и вдоль их границ имеет эмпирический или в лучшем случае полуэмпирический характер, тогда как для принципиального решения проблемы переноса ионов металлов в твердом теле необходим неэмпирический подход. Что же касается сведений о диффузии ионов металлов вглубь полимер-иммобилизованной матрицы металлосульфидов, то в литературе они вообще отсутствуют. В связи с этим в настоящей книге при рассмотрении характера процессов диффузии, сорбции и ионного обмена в биополимер-иммобилизованных матричных системах представлялось целесообразным провести их сопоставление с характером аналогичных процессов, протекающих в тонкопленочных металлосульфидных имплантатах без какого-либо полимерного связующего, что и сделано нами в главах 3--5.

Несколько слов о терминологии. Строго говоря, для описываемых в данной книге биополимер-иммобилизованных матричных систем весьма непросто провести четкое разграничение между понятиями ионный обмен, диффузия и сорбция, поскольку каждое из них, в сущности, отражает различные стороны явлений и процессов, имеющих место в этих системах (хотя все эти три понятия с определенной долей формальности и могут быть объединены под собирательным термином "хемосорбция"). В связи с отмеченным обстоятельством понятия диффузия и ионный обмен будут в дальнейшем будут использоваться авторами при рассмотрении и обсуждении изучаемых ими объектов исследования на микроскопическом уровне, понятие же сорбция -- при рассмотрении и обсуждении их на макроскопическом уровне. Во-вторых, в качестве собирательного термина для всего изучаемого круга сорбционных систем, действующее начало которых -- металлосульфиды нанесены на ту или иную подложку в виде тонких поликристаллических пленок или полимер-иммобилизованных матриц, мы будем использовать словосочетание металлосульфидные имплантаты.


 Об авторах

МИХАЙЛОВ Олег Васильевич

Доктор химических наук, профессор кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента качества Казанского государственного технологического университета, заслуженный деятель науки Республики Татарстан. Область научных интересов: координационная химия d- и f-элементов, физикохимия иммобилизованных систем, науковедение. Автор свыше 600 публикаций в российских и зарубежных научных изданиях, в том числе 9 книг, 15 обзоров и 125 патентов на изобретения.


ЮСУПОВ Рафаил Акмалович

Доктор химических наук, профессор кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента качества Казанского государственного технологического университета. Область научных интересов: физикохимия металлосульфидных сорбционных систем и сложных равновесных процессов в растворах гидроксокомплексов p- и d-элементов, метрология. Автор более 100 публикаций в российских научных изданиях, в том числе 2 книг и 7 патентов на изобретения.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце