Sulfonated poly(phenylene sulfide) (SPPS) polymers were prepared by sulfonation of poly[methyl[4-(phenylthio) phenyl]sulfonium trifluoromethanesulfonate] (PPST) with fumic sulfonic acid (10% $SO_3-H_2SO_4$) and demethylation with aqueous NaOH solution. The equilibrium constants of ion exchange reactions between alkali metal cations ($Li^+,\;Na^+,\;and\;K^+$) and SPPS ion exchanger in organic solvents such as tetrahydrofuran (THF) and dioxane were measured. The equilibrium constants of ion exchange reactions increased as the polarity of the solvent increased, and the reaction temperature decreased. The equilibrium constants of the ion exchange reaction ($K_{eq}$) also increased in the order of $Li^+,\;Na^+,\;and\;K^+$. To elucidate the spontaneity of the exchange reaction in organic solvents, the enthalpy, entropy, and Gibbs free energy were calculated. The enthalpy of reaction ranged from -0.88 to -1.33 kcal/mol, entropy ranged from 1.42 to 4.41 cal/Kmol, and Gibbs free energy ranged from -1.03 to -2.55 kcal/mol. Therefore, the exchange reactions were spontaneous because the Gibbs free energies were negative. The SPPS ion exchanger and alkali metal ion bounding each other produced good ion exchange capability in organic solvents.
Ion exchange resin was used to remove silica ion at ultralow concentration. The effects of temperature, type of ion exchange resin and single/mixed-resin systems on removal efficiency were estimated. As temperature increased, the slope of concentration profile became stiff, and the equilibrium concentration was higher. In the single resin system, the removal of silica was continued up to 400 min, but the silica concentration was recovered to initial concentration after 400 min due to the effect of dissolved $CO_2$. In the mixed-resin system it took about 600 min to reach equilibrium. Because of faster cation exchange reaction than anion exchange reaction, the effect of $CO_2$ could be removed. Based on the experimental results carried out in the mixed-resin system, the selectivity coefficients of silica ion for each ion exchange resin were calculated at some specific temperatures. The temperature dependency of the selectivity coefficient was expressed by the equation of Kraus-Raridon type.
이온교환수지탑으로 유입된 이온은 연속적인 이온교환 평형을 이루면서 수지층을 통과한다는 가정하에 질량작용법칙과 몰 균형식을 조합하여 연속이은교환평형 칼럼모델을 개발하였다. 연속이온교환평형 칼럼모델을 이용하여 원자력발전소 복수탈염설비 탈염기의 성능을 평가한 결과, Na/sup +/및 Cl/sup -/누출 농도는 수지의 재생효율에 따라 다르며, 특정이온의 유입수 및 유출수에서 농도 비율은 용액 및 수지의 상태에 따라 달라짐을 확인하였다. 본 모델은 수지농도를 보정하여 국부 불완전 평형을 고려할 수 있고, 다성분 존재하의 경쟁적 이온교환을 묘사할 수 있는 장점을 가지고 있다.
It is well known as the role of ion exchange membrane with functional group in membrane matrix. Recently, we were reported that the charged mosaic membrane within parallel array of negative and positive charge groups. In this study we are reported the properties for the various transport coefficients of metal and heavy metal ions across charged mosaic membrane based on non-equilibrium thermodynamics is not based on equilibrium state.
이온교환은 액체상 이온과 고체상 이온간의 화학반응이며 연수 및 탈염공정, 특정물질의 제거 및 회수, 토양을 통한 이온성 물질의 이동에서 널리 이용되고 있다. 이온 선택도는 원자가가 높을수록, 수화반경이 작을수록 증가한다. 본 연구는 평형 이온교환에서 결정된 이온 선택도가 칼럼 이온교환에 적용되는 가를 조사하였다. 음이온 교환수지에 대한 이온 선택도 순서는 OH/sup -/ < F/sup -/ < HCO/sup -/ < Cl/sup -/ < Br/sup -/ ≤ NO₃/sup -/ < SO₄/sup 2-/ 이였으며, 음이온 칼럼교환에서도 동일하였다. 또한 바탕 양이온의 전하가 낮을수록 이온교환이 빠르게 진행됨을 알 수 있었다.
The characteristics of aqueous lithium recovery by ion exchange were studied using three commercial cation exchange resins: CMP28 (porous type strong acid exchange resin), SCR-B (gel type strong acid exchange resin) and WK60L (porous type weak acid exchange resin). CMP28 was the most effective material for aqueous lithium recovery; its performance was even enhanced by modifying the cation with $K^+$. A comparison to $Na^+$ and $H^+$ form resins demonstrated that the performance enhancement is reciprocally related to the electronegativity of the cation form. Further kinetic and equilibrium isotherm studies with the $K^+$ form CMP28 showed that aqueous lithium recovery by ion exchange was well fitted with the pseudo-second-order rate equation and the Langmuir isotherm. The maximum ion exchange capacity of aqueous lithium recovery was found to be 14.28 mg/g and the optimal pH was in the region of 4-10.
Ion exchange performance to remove Ammonium in water was studied using commercially available strong acidic cationic exchange resin of $Na^+$ type in the batch and continuous column reactors. The performance was tested using the effluent concentration histories for continuous column or equilibrium concentrations for batch reactor as a function of time until resins were exhausted or reached ionic equilibrium between resin and solution. The results shoed that cationic exchange resin used in this study was more effective than activated carbon or zeolite for ammonium removal. Ammonium removal with the ion exchange resin temperature to be high qualitative recording minuteness but increases about seasonal change of temperature was judged with the public law where the adaptability is excellent. When the pH comes to be high at 11 degree, the ammonium was not effectively removed.
The ion exchangers supported on silica gel containing primary, secondary, or tertiary amine groups show a behaviour that is weakly acidic, while the quaternary salts are strongly acidic. These properties change according to the hydrophilicities of the modifier functional groups. Ammonium salt derivatives supported on silica gel were prepared from silica modified with 3-Aminopropyltriethoxysiliane and N-3-(Trimethoxysilyl)propylehtylene diamine. The preparation and the ion exchange properties of two systems were discussed. Two systems have different hydrophilicities and contain ammonium chloride derivatives of 3-amminopropyltriethoxysilane and N-3-(triehtoxysilyl)propyl ethylene diamine supported on silica gel, $SA^+/Cl^-$ and $SA^+/Cl^-$, respectively. The high affinity to perchlorate ion presented by the $SA^+/Cl^-$ through the equilibrium studies of ion exchange led us to its application as an ion selective electrode for the perchlorate ion. The determination of the perchlorate ion in the presence of other anions and in complexes is very difficult. Few analytical methods are available and most of them are indirect. Both materials showed potential use as an ion exchanger; they are thermically stable, achieve equilibrium rapidly in the presence of suitable exchanger ions, and are easily recovered.
다성분 양이온 교환을 위한 평형과 동역학 데이터는 질량 작용 법칙과 표면 착화 모델을 이용하여 수행 및 평가하였다. 양이온 흡착의 평형과 칼럼 실험은 양이온 교환 합성 수지 IRN 77로 H/sup +/, Li/sup +/, Na/sup +/, NH₄/sup +/, Mg²/sup +/ 이용하여 2, 3, 4, 5 성분 양이온 교환을 수행하였다. 질량 작용 법칙과 표면 착화 모델은 이온 선택도와 경쟁적 양이온 교환을 조사하기 위하여 데이터에 대해 시험하였다. 표면 착화 모델은 질량 작용 모델보다 평형과 동역학 실험 데이터를 정확히 예측하였다.
이온교환은 이온성 물질을 제거하는 가장 신뢰성 있는 단위공정일 뿐만 아니라 재사용의 측면에서 매우 경제적이다. 특히 이온교환은 토양화학 분야에서 지난 한 세기 동한 수많은 연구가 진행되어 왔으며, 여러 가지 수처리 공정에 널리 이용되고 있다. 이온의 선택도는 이온의 수화반경과 용액의 농도, 이온의 원자가에 따라 좌우된다. 본 연구는 양이온 평형실험과 칼럼실험을 통해 이온들의 선택도 순서와 바탕음이온에 따른 특성을 조사하였다. 양이온의 선택성은 농도가 낮을수록, 이온의 원자가가 높을수록 증가하였다. 평형실험의 양이온 선택도 순서는 $H^+$ < $K^+$ << $Cu^{2+}$ < $Co^{2+}$ < TEX>$Ca^{2+}$ << $Ce^{3+}$ 이며, 칼럼흡착에서도 선택도 순서는 동일하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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