Иониты и ионообменные смолы: катионит, анионит, обменная емкость.
ТОВАРЫ
Ионообменные фильтры предназначены для удаления из воды ионов, концентрация которых превышает нормативы. Чаще всего это ионы кальция, магния, железа, марганца, органических и других примесей...
Анионит (анионообменная смола) применяется для очистки воды от вредных органических примесей - анионов минеральных и органических кислот. Цена в СПб за 1 литр составляет...
Купить катионит для ионообменного фильтра умягчения жесткой воды в Санкт-Петербурге. Стоимость 1-го литра ионообменной смолы...
Иониты
Иониты — твердые, нерастворимые полиэлектролиты, природные или искусственные (синтетические) материалы, широко используемые для процессов очистки воды: от катионов кальция и магния (умягчения), от анионов органических кислот, деминерализации и некоторых других специальных применений.
По химической природе иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими.
Наиболее характерными природными неорганическими ионитами являются цеолиты. К ионитам также можно отнести глины, слюду, оксиды графита, соли поликислот титана, ванадия и многие другие соединения.
Ионообменные смолы
Синтетические, искусственно полученные иониты называются ионообменными смолами.
Ионообменные смолы – это высокомолекулярные поперечно сшитые соединения, образующие полимерную матрицу, содержащую функциональные группы кислотного или основного типа, которые диссоциируют или способны ионизироваться в воде.
- функциональными группами кислотного типа являются: -СООН; -SО3Н; -РО4Н2 и др.
- функциональными группами основного типа являются: ≡N; =NH; -NH2; -NR3+ и др.
По внешнему виду ионообменные смолы - это сферические материал диаметром от 0,3 до 2,0 мм (основной размер в пределах 0,5..0,8 мм), от почти бесцветного до желто-коричневого цвета, как правило, слегка слипшиеся (поскольку влажные).
По структуре ионообменные смолы могут обладать гелевой, макропористой и промежуточной структурой, что определяется степенью сшивки полимерных молекул. Гелевая ионообменная смола обладает способностью к ионному обмену только во влажном (набухшем) состоянии, потому что у нее отсутствует истинная пористость. Макропористая ионообменная смола характеризуется наличием пор, имеющих развитую поверхность, поэтому она способна к ионному обмену как в набухшем, так и в не набухшем состоянии.
Схема зерна ионообменной смолы, анионита и катионита соответственно, в общем виде выглядит так:
- полимерная матрица
- ионные функциональные группы полимерной матрицы
- противоионы
Упомянутые выше функциональные группы способны вступать в реакции ионного обмена с ионами растворенных веществ (примесями - применительно к воде). Если матрицу ионообменной смолы обозначить как R, то реакция такого обмена выглядит:
а) R- – H+ + Na+ + Cl- → R- – Na+ + H+ + Cl-
б) R+ – OH- + Na+ + Cl- → R+ – Cl- + Na+ + OH-
По такой реакции легко обмениваются катионы солей жесткости, ионы железа, марганца.
Из вышеприведенных реакций видно, что ионообменные смолы могут обменивать катионы (а) – в таком случае они называются катионитами, или обменивать анионы (б) – в этом случае они называются анионитами. Кроме указанных ионообменных реакций на ионообменных смолах возможны реакции комплексообразования и окислительно-восстановительные, а также физическая сорбция.
Сорбционные свойства ионообменных смол определяются не только характером функциональных групп, но и кислотностью (водородным показателем рН) очищаемой воды.
Классификация ионообменных смол
В зависимости от функциональных групп, введенных в полимерную цепь ионообменной смолы, различают:
- -SO3H - сильнокислотный катионит,
- -COOH - слабокислотный катионит.
Сильнокислотный катионит обменивает катионы любой степени диссоциации в растворах при всех возможных значениях рН. Слабокислотный катионит обменивает катионы из растворов кислот при значениях рН >5.
- -NH2, =NH, ≡N - слабоосновный анионит,
- -NR3+Hal- - сильноосновный анионит.
Сильноосновный анионит обменивает анионы любой степени диссоциации в растворах при всех возможных значениях рН. Слабоосновный анионит обменивает анионы из растворов щелочей при значениях рН <8..9.
Характеристики ионитов и ионообменных смол
Важнейшими характеристиками ионитов являются:
- полная (общая) обменная емкость — это максимальное число милиграмм-эквивалентов (мг-экв) ионов вещества, поглощаемых единицей массы или объема ионита в условиях равновесия с раствором электролита,
- динамическая (рабочая) обменная емкость - это максимальное число мг-экв ионов, поглощаемых единицей массы или объема в условиях фильтрации раствора через слой ионита до «проскока» ионов в фильтрат.
Значения полной обменной ёмкости большинства ионообменных смол лежат в пределах 2..5 мг-экв/г (1..2,5 г-экв/дм3). Процедура определения обменной ёмкости стандартизована.
Динамическая (рабочая) обменная ёмкость всегда меньше статической в связи с тем, что она зависит от следующих факторов:
- природы ионообменной смолы,
- его гранулометрической состава,
- качества исходной воды, причем зависимость определяется не только общим количеством улавливаемых ионов, но и их соотношением друг с другом, наличием в исходной воде железа, марганца, органических примесей,
- значения рН исходной воды, ее температуры и температуры регенерационного раствора,
- равномерности прохождения очищаемой воды через слой ионита,
- природы регенеранта, его чистоты, концентрации, удельного расхода,
- требуемых показателей качества получаемой воды после фильтрования через ионообменную смолу,
- высоты слоя ионита, скорости рабочего, регенерационного и взрыхляющего фильтрования,
- удельного расхода отмывочной воды,
- площади фильтрования (площади горизонтального сечения фильтра),
- добавления к регенерационному раствору комплексообразователей и других факторов.
