ИСТИНА

В докладе рассматривается новая физико-математическая модель, описывающая кинетику изменения объема гранулы полимерного геля при изменении концентрации внешнего раствора [1-4]. Модель учитывает влияние следующих факторов: размер гранулы, изменение количества воды в геле, происходящее при возникновении разности химических потенциалов компонентов (в основном воды) внутри и снаружи гранулы, диффузия растворенного вещества в грануле и релаксация полимерной матрицы к положению равновесия под воздействием упругих сил. Особенностью модели является учет влияния приповерхностного слоя, образующегося в результате изменения объема гранулы и формирующегося вблизи поверхности гранулы полимера, что существенно влияет на кинетику исследуемого процесса. Модель позволяет описывать как плавные изменения объема геля во времени, так и изменения, носящие экстремальный характер. При моделировании предполагается, что априори известны следующие параметры: размер гранулы полимера в воде; удельное количество полярных групп в полимере; изотерма сорбции воды полимером; концентрация растворенного вещества в исходном растворе; концентрация растворенного вещества в внешнем растворе; коэффициент диффузии растворенного вещества во внешнем растворе. Для проверки адекватности модели была изучена кинетика набухания гранул сшитых ионитов: поликатионов АРА-4п и АВ17х8 и полианионов КУ2х4 и КУ2х8, а также сшитого поливинилового спирта ПВС-20 в воде и водных растворах ряда электролитов и сахарозы как вещества, раствор которого обладает повышенной вязкостью. Экспериментальные данные были получены методом оптической микрометрии. Исследовано влияние размера гранул, а также состава и концентрации раствора на кинетику набухания. Были найдены функциональные зависимости изменения кинетических коэффициентов, которые выявили их общие свойства. В результате было установлено, что модель обладает предсказательной силой, то есть, определив значения кинетических коэффициентов на основании данных одной экспериментальной кинетической кривой (одного эксперимента), можно описать характер набухания гранулы геля любого размера в растворе любой концентрации. Решенная кинетическая задача важна для экспериментаторов. Перечень процессов с участием полимерных гелей достаточно велик и всегда характеризуется более медленной, по сравнению с растворами, кинетикой протекания. Результаты данной работы важны при определении составов анализируемых растворов, так как созданная методика позволяет находить время установления равновесия между полимером и анализируемым раствором. Также она может быть полезна в аналитической химии в методике, в которой по кинетической кривой или даже по ее части можно определять концентрацию внешнего раствора.