Оптимизация и оценка подложек
|
Скачать 350.05 Kb.
|
εi = (1 – [Bi]/[Ai]) (x 100%) (1) где [Ai] и [Bi] являются активности радиоактивного индикатора i, измеренной в колонках А и В, соответственно [например, 21]. Последующие исследования по смешанным подложкам в колонках были предназначены для оценки эффективности извлечения хемосорбентом в зависимости от скорости потока, температуры, солености, наличия природных органических веществ и предварительной обработки сорбента перед использованием. 3. Результаты и обсуждение 3.1. Исследование проницаемости Проницаемость, или отсутствие таковой, является ключевым параметром, ограничивающим производительность хемосорбента в колонке во время исследований. Хемосорбенты с низкой проницаемостью создают значительное дополнительное давление, которое несовместимо с большинством портативных схем сорбции. Сорбирующие материалы, показавшие плохую проницаемость, указаны в дополнительной части. Плохие по проницаемости несколько хемосорбентов SAMMS были исправлены сортировкой подложки SAMMS по размеру и отбросом более мелкой фракции. Однако увеличение размера частиц ведет к пагубным последствиям в виде снижения коэффициентов распределения [11,12] и замедления кинетики поглощения. Проницаемость несколько конкретных сорбентов цезия в том числе, KCFC (88-250 мкм), и FECN- SAMMS снижалась в потоке со временем в результате экспериментов, вероятно из-за остаточного тонкого и уплотнения колонки. Однако это не наблюдалось, когда эти сорбенты применялись в колонке в составе смешанных подложек с пропитанной MnO2 и Thiol-SAMMS. В целом, тонкая фракция как из новых, так и традиционных материалов должна быть урезана,чтобы достичь хорошую проницаемость группы колонок. 3.2. Характеристики индивидуальных хемосорбентов Рисунок 2 сравнивает эффективность извлечения в колонке отдельных обычных и наноструктурных хемосорбентов для целевых аналитов в воде залива Галвестон. Подробная информация по эффективности извлечения, полученная как для обычных, так и наноструктурированных сорбентов, приведена в дополнительном разделе статьи в таблицах от S-4 до S-10. Сорбенты с использованием MnO2 дали отличный захват Co, Zr, Np, Ru, Те, Се и Eu. Однако, этот сорбент был неэффективен в предконцентрировании Cs. HOPO-SAMMS показал чуть лучшую эффективность извлечения, чем MnO2 по комплексу Zr, Nb, Ce, и Eu.однако, захват Ba и Sb с HOPO-SAMMS составил только половину от достигнутого MnO2, и HOPO-SAMMS не удалось извлечь Te. Thiol-SAMMS показал отличное извлечение Ag, и крупная, больше чем 1-3 мм, форма имела достаточную эффективность в извлечении элемента (70%), даже при увеличенных характеристиках потока. Меньшая фракция (75-150 мкм) продемонстрировала достаточно низкие характеристики потока, достигая половины скорости потока, присущей большей 1-3 мм форме, даже при повышении давления. Как следствие, прямое сравнение этого 75-150 мкм SAMMS-Thiol с другими сорбентами затруднено из-за удвоения времени пребывания воды в колонке относительно других сорбентов. CuS/ZnS (см. дополнительные данные) не показывают хорошие эффективности извлечения для любого из целевых аналитов, возможно из-за малой поверхности и уменьшении сродства сложных сульфидов против свободных тиоловых функциональных групп. Более медленная кинетика поглощения неупорядоченным CuS/ZnS, по сравнению с заданной пористостью материала SAMMS, возможно, также повлияла на результат. На основе этих первоначальных результатов и того факта, что ни один из сорбентов, показанных на рисунке 2, не дал значительного извлечения Cs, дальнейшие исследования с использованием этих хемосорбентов в смешанных подложках колонок были оправданы. Извлечение Cs из пресной и морской воды требует применения сорбентов разработанных специально для этого элемента (табл. 2). Отсортированный до размера 75-150 мкм Anfezh сохранил проницаемость во всех экспериментах и достиг 50%-го увеличение эффективности извлечения Cs в сравнении с несортированным Anfezh, даже при на 20% повышенной скорости потока. KCFC доли 88-250 мкм также показал отличное поглощение Cs, однако, ценой сниженной проницаемости, повышенного рабочего давления и засорения. Для большей (1-3 мм) фракции KCFC получена разумная эффективность экстракции Cs, при отсутствии проблемы засорения. Колонки с FeCN-SAMMS показали хорошее извлечение цезия (87%), но значительно забивались во время экспериментов. Эти вопросы в будущих экспериментах могут быть решены путем предварительной сортировки смол. 3.3. Выбор смесей хемосорбентов Первоначальная производительность бинарных смесей сорбентов Anfezh (несортированный) и MnO2 была исследована в зависимости от скорости потока, солености, наличия органических веществ и температуры. Выбор этой смеси был основан по их характеристикам в тестах по извлечению и проницаемости и их доступности. После этих первоначальных экспериментов, проведенные исследования по использованию отсортированного Anfezh (75-150 мкм) показало, что извлечение Cs может быть значительно улучшено за счет использования частиц меньшего размера этого хемосорбента (табл. 2). После этих исследований, хемосорбенты в виде смеси двух и трех сорбентов были применены (п. 3.10) в попытке оптимизировать эффективность экстракции, особенно необходимую для элементов Ag и Cs, без ущерба для эффективности извлечения для других аналитов. 3.4. Смесь MnO2-Anfez в зависимости от солености Характеристики смеси MnO2-Anfez изучались в зависимости от солености. Эти исследования показали, соленость снижает извлечение Co, Ru, Ag, Sb, Ba, и Cs, но мало влияет на извлечение Zr, Nb, Те, Се и Eu (см. Рисунок 3). В частности, эффективность извлечения снизилась на 40-50%, 25%, 20% и 5%, для Sb, Cs, Ag, Co и Ва, соответственно, когда среда изменилась от пресной до соленой воды. Компоненты морской воды, которые способствуют ионной силе, могут замедлить кинетику сорбции и образовать комплексы с аналитом в растворе, что могут снизить эффективность удаления [например, 23]. Аналитам, таким как Ba, Cs и Sb также придется конкурировать с природными ионами, такими как Са2+, K+ и Cl– за поверхностные места на хемосорбенте. Например, конкуренция с ионами кальция и магния в соленых водах уменьшит кинетику и степень сорбции Cu [24]. Yantasee [25] также показал, что AgCl32– и AgCl2– комплексы Ag снижают эффективность извлечения при использовании хемосорбентов DMSA-Fe3O4, а Moon [23] сообщил о 6-кратном снижение кинетики сорбции для Ва при использовании смолы, пропитанные MnO2, когда эксперименты проводились в морской воде, а не в деионизированной воде. Здесь, влияние ионной силы на извлечение Ва было не столь серьезным, как то, о котором сообщается в литературе, и, возможно, связано с тем, что небольшое количество солей буферизации присутствовало в синтетической пресной воде. 3.5. Смесь MnO2-Anfez в зависимости от органики Присутствие растворенного природного органического вещества (dissolved natural organic matter, DOM) сказались на способности MnO2-Anfez по извлечению Ag, Sb, Ba, Cs, и, в меньшей степени, Nb и Ru. Тем не менее, наличие DOM не влияет на способность смеси хемосорбентов по извлечению Co, Zr, Те, Се и Eu (рис. 3). Сокращение эффективности извлечения от синтетическим к природным пресным водам составляет примерно 50% по Ag и Ba, 40% по Sb и Cs, и 20% по Nb и Ru. Хотя сильной связи с природными органическими как правило ограничивает извлечение, лигандов в коллоидных высокомолекулярных органических средах могут увеличить, уменьшить, или иметь нейтральное влияние на темпы сорбции на взвешенных частицах [26,27]. 3.6. Смесь MnO2-Anfez в зависимости от температуры Как правило, температура имела небольшая, но различающееся влияние на эффективность экстракции аналитов использованием смеси хемосорбентов (рис. 4). Связь изменения температуры с сорбционными измерениями не простая из-за многочисленных механизмов реакций, которые могут быть вовлечены в эти процессы. Адсорбция является поверхностным комплексообразованием, в котором может иметься электростатический, химический или ковалентный вклад. Хотя поглощение, как правило, контролируется молекулярной диффузией. Кроме того, макро-наблюдениям приписываемое сорбции, может также включать выпадение на поверхности осадков оксидов металлов, или тройные процессы, где аналиты ассоциируются с высокомолекулярными органическими лигандами, сорбирующимися на поверхности. Здесь температура изменялась от 1 к 95°С и было установлено, что это влияет на эффективность извлечения Ag, Sb, Ba и Cs, более чем на 50%. Для Ag, снижение температуры до двух раз увеличивает эффективность извлечения. Аналогичные наблюдения в литературе [28] приписали такое поведение снижению скорости и полноты реакции с природными анионами и DOM, которые могут конкурировать с сорбцией. Для Sb, повышение температуры от 1°С до 36°C удвоило эффективность извлечения, однако, дальнейшее повышение температуры до 95 ° С привело к падению эффективность извлечения в один-два раза. Это сложный результат позволяет предположить, что многочисленные конкурирующие реакции принимают участие в общей извлечении сурьмы в здесь изученном интервале температур. Для Ba, снижение температуры снижает эффективность извлечения более чем в два раза. Эти результаты показывают, что скорость ионообменных реакций с участием Ba и ионов, таких как Са2+ и Mg2+, которые, вероятно занимают поверхности сорбента на начальном этапе, увеличивается с ростом температуры. Для Cs, извлечение при 95°С ниже на порядок по сравнению с другими исследованными температурами. Различные температурные зависимости сорбции Cs+, относительно Ba2+, вероятно, объясняются обратной зависимостью температуры сольватации космотропных (например, Ba2+) и хаотропных катионов (например, Cs+) [29]. 3.7. Смесь MnO2-Anfez в зависимости от размера образца Предварительное кондиционирование колонки с 10 литрами морской воды залива Галвестон снижает эффективность экстракции аналитов при 1 л/ч, с использованием MnO2-Anfez смеси в ряду, Cs> Со> Nb ≥ Ag> Zr ≥ Ru> Те> Sb> Ba ≥ ≥ Се Eu. Извлечение Cs был самым подверженным влиянию размера образца, что снижало эффективность извлечения почти на порядок величины, от 65% до 8%. Эффективность извлечения снизилась на 41%, от 86% до 45% при проходе 1 л и 10 л пробы, соответственно. Увеличение размера пробы снижает эффективность извлечения Zr, Nb, Ru, СЕ и ЕС на ~ 15%, 30%, 15%, 5% и 4% соответственно. Эффективность извлечения для Ag также была снижена с 25% до менее чем 2% в течение отбора большого объема. Извлечение Те, Sb, и Ba сократилось на 11%, 9% и 8%, но эти значения существенно не отличаются от результатов образца малого объема. 3.8. Смесь MnO2-Anfez в зависимости от скорости потока Эффективность извлечения смешанной подложки MnO2-Anfez для нескольких аналитов в пресных и соленых водах, с и без наличия значительного DOM, измерялась в зависимости от скорости потока (рис. 5). Никакого существенного влияния расхода на эффективность извлечения не наблюдалось для Zr, Nb, Ru, Ag, Te, Ce и Eu в синтетической пресной воде. Тем не менее, примерно линейное уменьшение эффективности с расходом наблюдалось для Co, Sb, Ba и Cs в синтетической пресной воде предполагая, что захват сорбентом этих аналитов кинетически ограничен. Испытание воды со значительным DOM показало снижение эффективности для аналитов, в сравнении с водой без существенных DOM. Тем не менее, наличие DOM незначительно повышает скоростные ограничения при увеличении скорости потока, с единственным исключением - Ba. Эффективность для аналитов также была ниже в водах с более высокой ионной силой и снижалась в большей степени, чем в пресной воде в зависимости от увеличения скорости потока. Эти результаты показывают, что, лишенный какой-либо конкуренции со стороны других ионов, поверхностный сложный механизм образования для большинства высших заряженных ионов быстр, относительно расхода, изученного здесь. Эти результаты также показывают, что присутствие органики существенно влияет на кинетику и связано с сорбцией, в то время как кинетические эффекты, обусловленные ионной силой были минимальными. 3.9.Извлечение актинидов как функция состава воды и скорости потока На рисунке 6 показана эффективность извлечения в зависимости от скорости потока для отдельных колонок, содержащих смолу, пропитанную MnO2 и HOPO-SAMMS. В условиях ограниченности имеющихся данных, эффективности извлечения для каждого из актинидов, как показано, слабо зависит от расхода. Эффективность извлечеения для Np, Pa, и Th было до 10% лучше, при использовании HOPO-SAMMS, а не MnO2. Эти результаты согласуются с данными наблюдений на рисунке 5, показывая, что эффективности слабо зависят от от скорости потока для многозарядных ионов в пресной воде. 3.10. Оптимизированные смеси сорбентов Johnson et al.. [11,12] показали, что ни один хемосорбент не был способен эффективно извлекать все важные элементы деления и продукты активации из природных вод. В частности, сорбенты конкретного элемента были необходимы для эффективного извлечения Cs и Ag. Тем не менее, снижение производительности отдельных сорбентов может произойти, когда они в смеси с другими сорбентами. Это ухудшение, скорее всего, из-за взаимодействия между ионами одной поверхности на другой, изменением химии функциональных групп и сокращением или изменением доступности мест сорбции, вопреки предположению об «аддитивности адсорбции» [30,31,32]. Возможные механизмы включают избирательное растворение и переосаждение, окислительно-восстановительный (по крайней применительно к MnO2), и гидрофобное взаимодействие. Таким образом, экспериментальные исследования были необходимы, чтобы полностью оценить производительность различных смесей. Шесть смесей хемосрбентов были исследованы на их способность одновременно и эффективно извлекать Co, Zr, Nb, Ru, Ag, Te, Sb, Ba, Cs, Ce и Eu. На рисунке 7 приведены результаты этих исследований. Каждая группа содержит смесь смолы, пропитанной MnO2, в сочетании с одним или двумя обычными и/или еще сорбентом SAMMS. Anfezh и FeCN-SAMMS - SAMMS дают пример потенциального вредного воздействия смеси на производительность сорбента. Хотя отличное удержание (> 80%) Cs было продемонстрировано для Anfezh и FeCN-SAMMS в индивидуальном порядке (см. таблицу 2), эффективность этих сорбентов для Cs снизилась более чем на 20% при использовании в комбинации с MnO2. KCFC, однако, не проявил проблемы вмешательства с MnO2 и показал более чем 95% добычи Cs как в двух, так и в трех компонентной смеси сорбентов. Сорбенты, избирательные на Cs также могут влиять на производительность MnO2 при размещении в сочетании с сорбентом. В качестве примера, MnO2 показали хороший захват по Ag сам по себе (рис. 2), но работает плохо, когда используются как часть смеси с Anfezh. Для борьбы с этими эффектами, извлечение Ag было оптимизирована путем добавления функционализированных тиолом SAMMS специально для щелочных металлов. Оба, и частицы больших размеров (1-3 мм) и частицы меньших размеров (75-150 мкм) Thiol- SAMMS были добавлены в смесь MnO2 и Anfezh. Смесь 75-150 мкм Thiol-SAMMS показала более 99% эффективности по Ag, в то время как частицы большого размера показали более 75% извлечения серебра из воды залива Галвестон. Оба Sb и Ва продемонстрировали скромное сродство к MnO2, когда были индивидуально, также снизилась эффективность для этих элементов в смеси, вероятно, из-за уменьшения массы MnO2. Смеси MnO2/Anfezh и MnO2/KCFC/Thiol (1-3 мм) -SAMMS смогли извлечь 8 из 11 целевых элементов –лучше, чем на 80%, в то время как смесь MnO2/Anfezh/Thiol (75-150 мкм) в состоянии извлечь 7 из 11 целевых элементов лучше, чем на 90%. В целом, смеси сорбентов смогли увеличить количество элементов, которые могут быть одновременно и эффективно извлекаться одной колонкой с хемосорбентом. |
Похожие:
 |
Список литературы авдеева, Т. К. Оптимизация процесса повторения... Авдеева, Т. К. Оптимизация процесса повторения учебного материала на уроках алгебры в восьмилетней школе: автореферат дис. … канд... |
|
Контрольная работа № «Оценка факторов, влияющих на прибыль предприятия» Работа выполняется на качественном (описательном) уровне и производится оценка влияния различных факторов различными методами (например,... |
|
Начала Исследование сборных пустотных железобетонных плит перекрытий и оптимизация с точки зрения массового применения в Ираке |
|
Городской семинар мастер-класс ... |
 |
Таджикский институт последипломной подготовки медицинских кадров Оптимизация диагностики и коррекции ишемического реперфузионного синдрома при острой странгуляционной кишечной непроходимости |
|
Рабочая программа по дисциплине ен. Р. 1 «Методы моделирования и... Омский институт водного транспорта (филиал) фбоу впо «Новосибирская государственная академия водного транспорта» |
|
Лабораторная работа №2 Тема : Многомерная безусловная оптимизация... Цель работа: знакомство с методами многомерной безусловной оптимизации первого и нулевого порядка и их освоение, сравнение эффективности... |
|
Рабочая программа учебной дисциплины «экономическая оценка инвестиций» |
|
Экзаменационные вопросы Образование Древнерусского государства, норманнская теория и ее оценка в исторической литературе |
|
Экономическая оценка диверсифицированного железорудного предприятия С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета |