평형반응에 의한이온교환수지 용량 측정

Contents

1. 실험 목적

2. 실험 원리

3. 실험 기구 및 시약

4. 실험 방법

참고문헌

실 험 목 적

1. 이온 교환이란 무엇인가 ?

2. 강산성 양이온 교환수지를 이용하여 이온 교환

평형실험을 통하여 중금속 Nikel 의 이온

교환등온선을 구해보기 .

3. Nikel 의 이온 교환등온선과 Langmuir 등온흡착

모델식과 비교해 주어진 이온 교환 수지의 용량을

계산해 본다 .

실 험 원 리

-미세한 3 차원 구조의 고분자 기체에 이온교환기를 결합 시킨 것 .- 수지의 가동이온이 용액중의 다른 이온과 서로 치환하여주는 합성수지 .

•이온 교환 - 고상에 존재하는 하나의 이온을 다른 이온이 교환하는 반응 .

•이온교환수지

장점 - 이온교환에 있어서 선택성이 있기 때문에 선택적인 제거가 가능 . - 화학적으로 안정 .

단점 - 비용이 많이 들고 전처리 필요 . - 종류에 따라 고온에서 사용하기 어려움 .

• 이온교환수지의 장단점

실 험 원 리

•이온교환수지의 원리

실 험 원 리

구분 강산성 양이온 교환수지 약산성 양이온 교환수지

구조모형

구조식

산도 강산성 약산성

유효 pH 1~14 5~14

교환용량 작다 크다

재생효율 낮다 높다

이온흡착성 강하다 약하다

HSOR 3 COOHR

실 험 원 리

구분 강염기성 음이온 교환수지 약염기성 음이온 교환수지

구조모형

SiO₂ 제거 가능 불가능

염기도 강염기성 약염기성

유효 pH 1~14 0~9

교환용량 작다 크다

재생효율 낮다 높다

이온흡착성 강하다 약하다

실 험 원 리

<Langmuir 흡착 등온선 >

가정

• 흡착분자가 고체 표면에 단분자층

이상의 두터운 층을 형성하지 않는다 .

• 흡착분자간의 상호작용은 없다 .

• 모든 면은 평형을 이루며 표면은 평평하다 .

실 험 원 리

원하는 생성물이 형성된 몰수원하지 않는 생성물이 형성된 몰수

⇒ 이온이 수지에 흡착되는 상대적 세기를 말한다 .

k1

k2

KM = =[( 수지 )-SO3

-M+][H+][M+][( 수지 )-SO3

-

H+]

=qMCH

CMqH

=nMmH

mMnH

=yMxH

xMyH

• 선 택 도 (selectivity)

k1

( 수지 )-SO3-H+ + M+X- ⇔ ( 수지 )-SO3

-M+ + H+X-

k2

실 험 원 리

•이온 교환수지의 용량

1

qM

=KM - 1

Q·KM

+Co

Q·KM·C

M

=KM - 1

Q·KM

+1

Q·KM·x

M

Q·KM·CM

Co + (KM – 1)·CM

qM =

⇒ 1 / qM vs Co / CM(=1 / xM) 를 plot 함으로써 Q 와 KM 을 구함

Q=qM+qH

C0=CM+CH

실 험 원 리

기구 및 시약

UV spectrophotometer ( 분광 광도계 )

100ml 삼각플라스크 8개

Magnetic stirrer & bars ( 마그네틱 교반기 & 마그네틱 바 )

기구 및 시약분자식 : NH4OH

분자량 : 35.05

성질 : 25℃ 에서 NH3 가

46.2%, NH4OH 가 52.4%,

NH4+ 가 1.4% 존재

용도 : 모직물 , 세탁용 , 국소

자극제 , 제산제 , 중화제 등

분자식 : C6H8O7

분자량 : 192

성질 : 구연산이라고도 불림 .

물에 결정시키면 1 분자

결정수를 지닌 주상결정

생성 , 물 · 에탄올에 잘 녹는다 .

용도 : 과즙 , 청량음료에 첨가 ,

분석시약 , 혈액 응고 저지제

기구 및 시약

분자식 : Ni(NO3)2

분자량 : 182.73

제조방법

무수염 - 함수염에 100% 질산과

오산화이질소의 혼합물작용

함수염 - 니켈 , 산화니켈Ⅱ 등을

질산에 녹인 용액에서 각각의

온도에서 수화염 석출

기구 및 시약

실 험 방 법

( 조건 ) - 모든 실험은 25℃ 에서 수행 - 이온교환 수지는 sulfone 형 강산성 양이온 교환수지 사용

① 8 개의 100mL 삼각플라스크에 건조된 수지 1g 씩 담기 .

② Ni(NO3)2•6H20 1M 용액 200mL 만들기 .

③ 증류수로 희석하여 0.01M, 0.02M, 0.05M, 0.06M, 0.08M, 0.1M, 0.2M, 0.5M Ni(NO3)2 용액 준비 .

④ 수지가 들어있는 각 플라스크에 용액 넣고 교반 .

⑤ 2 시간 후 교반을 멈추고 상등액을 걸러 시험관에 담기 .

⑥ 상등액 5mL 새로운 시험관에 옮겨 Citam 시약 5mL 을 가하여 혼합 .

실 험 방 법

⑦ UV spectrophotometer 620nm 에서 흡광도 측정 .

⑧ 흡광도 standard curve 로부터 액상의 Nikel 농도 결정 .

⑨ 최초 존재하던 용액으로부터 수지에 흡착된 Nikel 농도 계산 .

⑩ 등온선 (q VS. C) plot.

⑪ 1/q VS, C0/C plot 후 최소 자승법으로 직선화 .

⑫ 식 (4) 에 의해 용량과 K 구하기 .

• 화학공학실험 교재

• 네이버 백과사전

• 위키피디아

• http://www.bonlite.com/data/section1/right31_5.html

참 고 문 헌

감사합니다