Intraparticle mass transfer in bidispersed porous ion exchanger part II: Mutual ion exchange

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Abstract

Intraparticle mass transfer of mutual ion exchange in MR-type resin was analyzed based on the assumption of parallel diffusion of counter ions in the solid phase and the macropore. Local equilibrium was also assumed between the concentration of counter ions in the solid phase and in the macropore, and the mass action law was applied. The Nernst-Planck equation was applied to the fluxes of ions diffusing through the solid phase and the macropore. The derived equations were solved numerically by using macropore and solid phase diffusivities obtained earlier by isotopic ion exchange. The theoretical lines agreed fairly well with the experimental uptake curves of R-H-NaCl, R-Na-HCl, R-Na-Zn(NO3)2, R-Zn-NaNO3 and R-H-ZnCl2 systems. The lower the concentration of bulk solution Co is, the smaller the effect of Co on the ion exchange rate becomes. The experimental uptake curves of Co ≤ 0.01 (mmole/cm3) were not affected by Co but agreed fairly well with the theoretical line for solid phase diffusion control. An approximate estimation method for obtaining the uptake curve was also proposed. This method gave fairly good approximation for equal valence ion exchange and for R-Na-Zn(NO3)2 systems.

Abstract

On a analysé le transfert de masse intraparticulaire dans l'échange d'ions dans une résine de type MR; dans l'hypothèse d'une diffusion parallèle des contre-ions dans la phase solide et dans les macropores. On a aussi supposé l'équilibre local entre la concentration des contre-ions dans la phase solide et dans les macropores, et on a appliqué la loi d'action de masse. On a aussi appliqué l'équation de Nernst-Planck aux flux des ions diffusant par la phase solide et par les macropores. On a résolu numériquement les équations établies, en employant les diffusivités en phase solide et dans les macropores obtenues antérieurement par échange isotopique d'ions. Les courbes théoriques ont assez bien concordé avec les courbes d'adsorption expérimentale pour les systèmes de R-H-NaCl, R-Na-HCl, R-Na-Zn(NO3)2, R-Zn-NaNO3 et R-H-ZnCl2. Plus la concentration globale de la solution Co était faible, et plus l'effet de Co sur la vitesse de l'échange d'ions est faible. Les courbes d'absorption expérimentale à Co s 0,01 ←mmole/cm3→ ne sont pas affectées par Co, mais elles sont en assez bon accord avec la courbe théorique pour un phénomène contrôlé par la diffusion en phase solide. On propose aussi une méthode approchée d'évaluation pour obtenir la courbe d'absorption; cette méthode fournit une assez bonne approximation, dans le cas des systèmes d'échange d'ions de même valence et pour R-Na-Zn(NO3)2.

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