Иониты

Содержание
  1. Что такое Иониты
  2. Значение слова Иониты по словарю медицинских терминов:
  3. Определение слова «Иониты» по БСЭ:
  4. Введение
  5. Определения и ионный обмен
  6. История
  7. Как работают иониты?
  8. Применение ионитов
  9. Практическая часть
  10. Заключение (вывод по практической части)
  11. Список литературы
  12. Ионообменные смолы
  13. Происхождение ионообменных смол
  14. Характеристики ионитов
  15. Что такое ионообменная очистка воды
  16. Ионный обмен как метод очистки воды
  17. Ионообменная обработка воды
  18. Ионный обмен для очистки воды
  19. Основные цели применения ионообменного метода обессоливания воды
  20. Ионообменная очистка воды от железа
  21. Другое применение ионного обмена для очистки воды
  22. Метод ионного обмена для получения воды очищенной
  23. Преимущества очистки воды с помощью ионного обмена
  24. Как выбрать ионообменную установку для воды
  25. Мы подберем ионообменные системы для очистки воды

Что такое Иониты

Иониты

Иониты — (ионообменники) — твердые нерастворимые вещества, способныеобменивать свои ионы с ионами внешней среды (ионный обмен). Подразделяютсяна аниониты и катиониты, обменивающие соответственно отрицательно илиположительно заряженные ионы, и амфолиты, способные обмениватьодновременно те и другие ионы.

Наиболее распространены синтетическиеорганические иониты — ионообменные смолы. Из неорганических ионитов важныприродные и синтетические алюмосиликаты, гидроксиды и соли поливалентныхметаллов.

Применяются главным образом для умягчения и деминерализацииводы, а также извлечения из растворов следов металлов, очистки сахарныхсиропов, лекарств и многих др.

Значение слова Иониты по словарю медицинских терминов:

иониты (син. ионообменники) — природные или синтетические твердые нерастворимые вещества, способные обменивать входящие в их состав ионы на ионы раствора, находящегося с ними в контакте.

в медицине используются как лекарственные средства, а также для очистки и умягчения воды, для извлечения и очистки антибиотиков, витаминов и других биологически активных веществ, при хроматографических исследованиях и т. п.

Определение слова «Иониты» по БСЭ:

Иониты — ионообменники, ионообменные сорбенты, твёрдые, практически нерастворимые вещества или материалы, способные к ионному обмену. И. могут поглощать из растворов электролитов (солей, кислот и щелочей) положительные или отрицательные ионы (катионы или анионы), выделяя в раствор взамен поглощённых эквивалентное количество других ионов, имеющих заряд того же знака.

Молекулярную структуру И. можно представить в виде пространственной сетки или решётки, несущей неподвижные (фиксированные) ионы, заряд которых компенсируют противоположно заряженные подвижные ионы, так называемые противоионы. Они-то и участвуют в ионном обмене с раствором.
По знаку заряда обменивающихся ионов И. делят на катиониты и аниониты.

Первые проявляют кислотные свойства, вторые — основные. Если И. способны обменивать и катионы и анионы, их называют амфотерными. По химической природе И. бывают неорганическими (минеральными) и органическими, по происхождению — природными и искусственными, или синтетическими. И. подразделяют на типы и группы по специфическим свойствам, особенностям структуры, назначению и т. п.

В частности, И., имеющие достаточно плотную структурную сетку с
«окнами» определённого размера и избирательно поглощающие лишь те ионы, которые способны пройти в эти «окна», называют ионитовыми ситами (см. также Молекулярные сита).
Из неорганических И.

практическое значение имеют природные и синтетические алюмосиликаты (некоторые глинистые минералы, Цеолиты, Пермутиты), гидроокиси и соли многовалентных металлов, например гидроокись и фосфат циркония. Находят применение И., полученные химической обработкой угля, целлюлозы, лигнина и др. Однако ведущая роль принадлежит синтетическим органическим И. — ионообменным смолам.

Важнейшее свойство И. — поглотительная способность, так называемая обменная ёмкость (о. ё.). Её выражают максимальным числом мг-экв ионов, поглощаемых единицей массы или объёма И. в условиях равновесия с раствором электролита (статическая о. ё.) или в условиях фильтрации раствора через слой И. до
«проскока» ионов в фильтрат (динамическая о. ё.). Значения о. ё. большинства И.

лежат в пределах 2-10 мг-экв/г. Определения о. ё. стандартизованы. динамическая (рабочая) о. ё. всегда меньше статической.
Кроме высокой о. ё., к И. предъявляют требования механической прочности (главным образом на истирание), термической и химической стойкости. И. обычно выдерживают длительный срок службы и легко поддаются многократной регенерации.

В зависимости от способа получения и назначения И. выпускают в различных товарных формах: в виде порошка, зёрен неправильной формы или сферических гранул, волокнистого материала, листов или плёнок (ионитовых мембран). На международный рынок И.

поступают под фирменными названиями: амберлиты (США, Япония), дуолиты (США, Франция), дауэксы (США), зеролиты (Великобритания), леватиты (ФРГ), вофатиты (ГДР) и многие др. Основные промышленные марки отечественных И.: катиониты КУ-1, КУ-2, СГ-1, КБ-2, КБ-4, аниониты АВ-16, АВ-17, АН-1, АН-2Ф, АН-18, АН-31, ЭДЭ-10П.
Важнейшей областью применения И. была и остаётся Водоподготовка.

С помощью ионитовых фильтров получают деминерализованную (обессоленную) воду для паросиловых установок, многих современных технологических процессов и бытовых нужд. Ионитовые фильтры и электродиализные установки с ионитовыми мембранами применяют для опреснения морской или грунтовой воды с высоким солесодержанием. В гидрометаллургии И.

используют в процессах обогащения сырья, разделения и очистки редких элементов. И. позволяют извлекать золото, платину, серебро, медь, хром, уран и др. металлы из растворов. Переработка радиоактивных отходов, удаление многих вредоносных примесей из сточных вод также успешно осуществляются с использованием И.
В химической промышленности И.

применяют для очистки или выделения продуктов органического и неорганического синтеза, в качестве катализаторов, как средство аналитического контроля технологических процессов. В пищевой промышленности И. используют при рафинировании сахара, для улучшения качества вин и соков, в производстве витаминов и лекарственных препаратов.

С их помощью из растительного и животного сырья извлекают ценные продукты биологического синтеза, консервируют плазму крови, лечат некоторые заболевания. И. всё шире применяют в производственной практике, науке и быту.
Лит.: Гельферих Ф., Иониты, пер. с нем., М., 1962. Салдадзе К. М., Пашков А. Б., Титов В. С., Ионообменные высокомолекулярные соединения, М., 1960. Амфлетт Ч., Неорганические иониты, пер. с англ., М., 1966. Ионообменная технология под ред. Ф. Находа и Дж. Шуберта, пер. с англ., М., 1959. Тремийон Б., Разделение на ионообменных смолах, пер. с франц., М., 1967.
Л. А. Шиц.

Источник: https://xn----7sbbh7akdldfh0ai3n.xn--p1ai/ioniti.html

Введение

Вода является важнейшим ресурсом для поддержания жизни и источником всего живого на Земле, но её неравномерное распределение на континентах не раз становилось причиной кризисов и социальных катастроф.

Дефицит пресной питьевой воды в мире знаком человечеству с древнейших времён, и с последнего десятилетия двадцатого века он постоянно рассматривается как одна из глобальных проблем современности.

При этом, по мере роста населения нашей планеты, значительно увеличивались масштабы водопотребления, и, соответственно, вододефицита, что впоследствии стало приводить к ухудшающимся условиям жизни и замедлило экономическое развитие стран, испытывающих дефицит.

Таким образом, я подошла к вопросу: “Как решить данную проблему? Как очистить воду, сделав её пресной и пригодной для питья?”. На помощь пришли чудесные смолы – иониты. Ведь под их воздействием морская вода становится пресной. Из этого следует, что работа основана на:

Экологическая проблема: Дефицит пресной воды;

Цель исследования: Опреснение соленой воды под действием ионитов;

Объект исследования: Ионит;

Гипотеза: Если морскую воду пропустить через иониты, то она становится пресной.

Определения и ионный обмен

Ионный обмен – это процесс стехиометрического обмена ионов одного знака между ионитом и раствором.

Что же представляют из себя иониты?

Это твердые вещества, нерастворимые в воде, кислотах и щелочах, а также и в других растворителях. Большей частью они применяются в виде твердых зерен различной формы. Но можно также выпустить их в виде листов, столбиков, палочек и кирпичиков, трубочек, диафрагм и т.д.

Эти вещества обладают способностью извлекать различные ионы из растворов путем обмена их на ионы, содержащиеся в самом ионите.

Напомним, что ионами именуются атомы или группы атомов, несущие на себе электрический заряд. В зависимости от характера заряда ионы могут нести либо положительный заряд, и тогда они называются катионами, либо отрицательный заряд, и тогда они называются анионами.

Катионитами называются те из ионитов, которые взаимодействуют с катионами, находящимися в растворе, сами содержат в своем составе катионы, которыми они обмениваются с катионами, находящимися в растворе.
Анионитами называются те из ионитов, которые взаимодействуют с анионами, находящимися в растворе, содержат в своем составе анионы, которыми они обмениваются с анионами, находящимися в растворе.

История

Легенда: С древних времен существует легенда. Долго плыла по бурному морю римская эскадра, так долго, что на кораблях вышли все запасы пищи и воды.

– Земля! – наконец, закричал матрос с вершины высокой мачты.

Гребцы встрепенулись и налегли на весла из последних сил. И не успели корабли пристать к берегу, как люди стремительно попрыгали за борт с одним только желанием скорее добежать до ручья и напиться чистой холодной воды.
Однако на острове их ждало горькое разочарование: кругом был только песок и никаких признаков воды. Моряков охватило отчаяние. Ведь рухнула последняя надежда.

– Не падайте духом, – спокойно сказал седой трибун, – нас спасет песок.

Он сделал несколько шагов вглубь острова и подал знак копать яму, которая вскоре наполнилась водой.

Вода оказалась пригодной для питья.

Моряки дивились мудрости своего старого командира. В многотонном труде римского естествоиспытателя Плиния Старшего встречаются такие строки: “На берегу острова Сицилия есть особый песок, и если через него пропустить морскую соленую воду, то она станет пресной и пригодной для питья”.

Немного слов из истории ионитов: Первые исследования ионного обмена были начаты более 100 лет тому назад. Исследования показали, что в почвах происходит обмен ионов кальция на ионы аммония. Русские ученые Заломанов и Иванов проводили опыты по изучению ионного обмена в почвах и лабораторных колонках (1869—1877 гг.).

Первые ионообменные смолы были синтезированы в 1934г. Адамсом и Холмсом. В Советском Союзе первые органические ионообменные смолы были синтезированы в 1939г.

Как работают иониты?

Основными частями каждого ионита являются: твердая нерастворимая часть, представляющая как бы “каркас”, и ионогенная группа. “Каркас” придает иониту твердость и механическую прочность, является носителем ионогенной группы.

От него зависят: химическая стойкость и термическая устойчивость ионита, доступность ионогенных групп для обмениваемых ионов. “Каркас” состоит из малоподвижного, прочного, высокомолекулярного вещества с трехмерной, пространственной структурой.

Для построения “каркаса” могут применяться как органические, так и неорганические вещества.

Ионогенная группа – активная часть ионита, которая содержит подвижные ионы, способные к обмену.

Зерна ионита способны ограниченно набухать и, набухая, вбирают в себя воду или другую жидкость.

Если взять воду, в которой растворена какая-либо соль, например, хлористый или сернокислый кальций (такого рода соли обычно обусловливают жесткость воды) и пропустить её через фильтр, заполненный катионитом, в ионогенной группе которого находится ион натрия, то раствор проникает в набухшее зерно ионита и обменивает содержащиеся в нем ионы кальция на ионы натрия. Кальций остается на ионите, а в растворе появятся ионы натрия.

Так производится умягчение воды. Польза и удобство применения мягкой воды хорошо всем известны.

На производстве, например в паровых котлах, жесткая воды служит причиной появления накипи на стенках котлов.

Если хотят более глубоко очистить воду, то применяют катионит, в ионогенной группе которого будет содержаться ион водорода. В этом случае в профильтрованном растворе появится соответствующая кислота.

Эту кислую воду можно освободить от содержащихся в ней кислот путем фильтрования её через анионит. В результате обмена анионов анион кислоты останется на анионитовом фильтре, а в раствор перейдут гидроксильные ионы, которые с ионом водорода образуют воду.

Таким образом можно получить воду, свободную от солей. Это операция осуществляется путем двухступенчатого фильтрования воды сначала через катионитовый, а затем через анионитовый фильтр. Очищенная таким образом вода называется обессоленной или деминерализованной.

Реакцию ионного обмена можно изобразить так: (для примера берется р-р сернокислого кальция – CaSO4).

а. катионирование
2ZH + CaSO4 ↔ ZCa + H2SO4 б. анионирование

2ZOH + H2SO4 ↔ Z2SO4 + H2O

В приведенных схемах буквой Z обозначается “каркас” ионита. Стрелки в знаке равенства обозначают, что реакция ионного обмена может протекать и в обратном направлении. Как говорят химики, она является равновесной и обратимой.

Применение ионитов

В природе не бывает абсолютно чистой воды, любая родниковая вода содержит растворенные вещества. Недаром говорят в народе: “Вода и камень точит”. Растворяющая способность воды очень велика.

С помощью ионитов воду можно быстро очистить.

Жесткая вода может быть превращена в “мягкую” воду легко и просто. Стоит только на водопроводный кран поставить колонку с катионитовым фильтром. Снизу колонки будет вытекать вода. Катионитовый фильтр, снаряженный 100 кубическими сантиметрами катионита КУ-2, может умягчить за один раз свыше 100 л воды.

Регенерация такого фильтра производится промывкой его солью.

“Мягкая” вода уменьшает расход мыла на стирку и увеличивает срок службы различных тканей. Смягчение воды желательно также организовать на коммунальных предприятиях – в прачечных и в банях.

С помощью ионитов можно обессолить морскую воду, несмотря на то, что содержание солей в ней велико и составляет 35г на 1л (до 500 миллиэквивалентов). Воды Балтийского, Чёрного и некоторых других морей, куда поступает много пресной воды из рек, содержат меньше солей – до 200.

Практическая часть

Инструменты: ионит (катионит), весы, гирьки разно весовые, мерный стакан, стакан с водой, соль (NaCl – хлорид натрия), стаканчик №1 и №2, чашка №1 и №2, воронка, фильтровальный лист, щипцы, горелка и спички.

Ход работы:

1. Уравновесить весы
2. Взвесить на весах 15 г соли (NaCl)

3. Отмерить мерным стаканом 150 мл воды

4. Имитация морской соленой воды: Присыпать и размешать 15 г соли в 150 мл воды (10 % соленой р-р) 5. Отмерить (с помощью мерного стакана) 25 мл соленого р-ра; отлить в стаканчик №1

6. Данную процедуру сделать повторно для стаканчика №2

7. В стакан вставить воронку с фильтровальным листом
8. Насыпать в воронку ионит (катионит)

9. Взять стаканчик №1 и вылить 25 мл соленого р-ра в воронку с ионитами

10. Следом замечаем: вода начинает просачиваться и капать в стакан

11. В чашку №2 вылить 25 мл соленого р-ра из стаканчика №212. Зажечь спиртовку13. Взять щипцами чашку №2

14. Нагреть её до состояния кипения (пока не станет “брызгать” соль)

Итог выпаривания (стаканчик №2): 0,3 г соли (1,2 %)

15. Вернуться к стакану с водой №1 (катион)16. Перелить, получившийся р-р (который прошел воздействие ионитов) в чашку №1

17. Провести аналогичную процедуру со спиртовкой

Итог выпаривания (стаканчик №1): 0,15 г соли (0,6 %)

Заключение (вывод по практической части)

В результате работы можно убедиться, что солёная вода под действием ионитов (катионитов) становится пресной: из 1,2 % 0,6 % соли.
Очищенная вода таким методом почти не имеет солей, вызывающих жесткость, и по своим качествам не уступает дистиллированной. ГИПОТЕЗА ДОКАЗАНА.

Список литературы

М.А.СЛОБОДНИК “Чудесные смолы”, Кемерово 1960Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов/Под ред. А.И. Ермакова. – изд. 30-е, исправленное – М.:Интеграл-Пресс, 2005. – 728с.

Химия: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы/Л.Л. Андреева, Д.Ю. Добротин, О.С. Габриелян др. – М.: Дрофа, 2004. – 752с. – (Большие справочники для школьников и поступающие в вузы).

http://www.c-o-k.

com.ua/content/view/2676/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%82%D1%8B

Работу выполнили:Четырина Дарья 9Б,

Буйницкая Влада 9В

Руководитель:
учитель химии Игнатушина Г.Л.

МБОУ “Средняя общеобразовательная школа №64”г. Новокузнецк

2016 год

Полный текст работы: http://static.livescience.ru/ionity/ionity.pdf

Источник: https://livescience.ru/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8:%D0%92%D0%BE%D0%BB%D1%88%D0%B5%D0%B1%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE-%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%B2

Ионообменные смолы

Иониты

Ионный обмен — разновидность обратимой химической реакции, при которой твердое вещество обменивается ионами с раствором электролита. Ионный обмен реализуется на веществах — ионитах, которые представляют собой сетчатые полимеры природного, искусственного или синтетического происхождения.

Иониты состоят из неподвижного каркаса – матрицы, и функциональных групп, которыми они обмениваются с ионами электролита. По знаку заряда обменивающихся противоионов иониты разделяют на:

  • катиониты, в которых противоионы обмениваются с положительными ионами водорода или металлов;
  • аниониты, способные обмениваться противоионами с гидроксильными группами или кислотными остатками.

Процесс ионного обмена состоит из следующих стадий:

  • ионы раствора переносятся к поверхности гранулы ионита;
  • диффузия ионов внутри гранулы;
  • непосредственная реакция ионного обмена;
  • диффузия противоиона, вытесняемого изнутри к поверхности гранулы;
  • перенос противоиона с поверхности гранулы в объем раствора.

Скорость ионного обмена зависит от следующих факторов:

  • доступности фиксированных ионов в каркасе ионита;
  • размера гранул ионита;
  • температуры;
  • концентрации раствора и др.

Реакция ионного обмена — совокупность процессов, характерных для раствора и для самого ионита. В реальных условиях водного раствора доминирующим фактором будет диффузия ионов внутри зерна ионита. Поэтому скорость ионного обмена будет расти с уменьшением размера зерна ионита.

В водоочистке под ионным обменом понимают реакции разделения, выделения и очистки веществ, проведенные при помощи ионообменных материалов (ионообменных смол, природных цеолитов и др.).

Происхождение ионообменных смол

Неорганические природные иониты могут иметь кристаллическое или слоистое строение — цеолиты, глины, оксиды графита и др. Природные иониты чаще всего катиониты.

Иониты могут проявлять и амфотерные свойства, то есть в зависимости от условий и кислотности среды проявлять себя как катиониты или аниониты.

Синтетические ионообменные материалы (ионообменные смолы) представляют собой гибкие макромолекулы, скрепленные поперечными связями — углеводородными мостиками. Макромолекула имеет вид трехмерной сетки, в некоторых узлах которой имеются заряженные функциональные группы с нейтрализующими их противоионами.

Синтетические иониты способны к набуханию в воде, что обусловлено присутствием в их составе фиксированных гидрофильных групп. Однако полному растворению в воде препятствуют поперечные связи в составе ионообменной смолы. Стандартные умягчающие ионообменные смолы содержат около 8% сшивающего агента — дивинилбензола (ДВБ).

Степень набухания иона зависит от количественного содержания ДВБ, содержания гидрофильных ионогенных групп в составе ионита и вида противоинов, находящихся в ионите.

По внешнему виду синтетические ионообменные смолы представляют собой гранулы разных размеров и форм. Если гранулы получены в результате реакции полимеризации, то их форма почти шарообразная. Если в результате реакции поликонденсации — гранулы неправильной формы.

Характеристики ионитов

Иониты характеризуются следующими параметрами:

  • гранулометрический состав;
  • механическая прочность;
  • осмотическая прочность;
  • химическая стойкость;
  • селективность;
  • плотность ионита.

Селективность ионита — важная характеристика, показывающая, насколько эффективно ионит удаляет определенные противоионы в присутствии других, конкурентных противоионов. Селективность зависит от строения матрицы ионита, типов функциональных групп, содержания противоионов в растворе и т.д. [2].

Селективность ионитов растет с увеличением заряда противоиона. Если у ионов один и тот же заряд, то селективность возрастает с увеличением атомного веса. Наибольшую селективность ионит будет проявлять к противоиону с самым большим атомным весом и с наибольшим зарядом.

Типичный ряд селективности ионитов выглядит следующим образом:

Na⁺< K⁺ < Mg²⁺ < Ca²⁺< Fe²⁺< Mn²⁺< Ba²⁺< Fe³⁺

При увеличении концентрации противоионов в растворе наблюдается обращение селективности.

Например, двухзарядные противоионы удаляются из ионита однозарядными противоионами при контакте с таким раствором, где однозарядные ионы представлены в высокой концентрации.

На этом эффекте основано явление регенерации ионитов растворами кислот (для катионитов), или щелочей (для анионитов), или 10-12% растворами солей.

Ресурс работы ионита в водоподготовке характеризует величина рабочей обменной ёмкости. Она выражается в эквивалентах на литр набухшего ионита и показывает, как долго ионит может проявлять свои рабочие свойства до первого проскока поглощаемого иона в фильтрат.

В зависимости от степени диссоциации иониты разделяют на:

  • сильнокислотные аниониты (содержащие сульфогруппы или фосфорнокислые группы);
  • сильноосновные аниониты (содержащие четвертичные аммониевые основания R₃NOH);
  • слабокислотные катиониты (содержащие карбоксильные или фенольные группы, диссоциирующие при pH
  • слабоосновные катиониты (содержащие первичные и вторичные аминогруппы, диссоциирующие при pH>7).

В зависимости от противоиона, которым насыщен рабочий раствор, различают H-форму, Na-форму, Ca-форму и для катионитов, и OH-форму, Cl-форму для анионитов.

Источник: https://www.vo-da.ru/articles/ionoobmennye-smoly/tehnologiya-ionnogo-obmena

Что такое ионообменная очистка воды

Иониты

Ионный обмен воды относится к методам обессоливания водных растворов.

В отличие от обычного фильтрования через зернистые материалы, когда состав водного раствора не меняется, фильтрование ионообменным методом очистки воды основано на направленном изменении ионного состава водного раствора путем пропускания его через мелкозернистые ионообменные материалы – иониты, которыми предварительно заполняют специальные резервуары – ионные фильтры. Полезная работа ионных фильтров, заключаемая в возможности осуществлять требуемый ионный обмен между ионитом и фильтруемым водным раствором, называется обменной емкостью ионитового материала.

Опреснение воды ионным обменом применяется для природных вод с величиной минерализации менее 1,5 – 2 г/л и общей концентрацией сульфатов и хлоридов не выше 5 мг/л, взвешенных примесей – до 8 мг/л, цветности воды – не более 30 град, перманганатной окисляемости – до 7 мг/л О2.

Ионный обмен как метод очистки воды

В основе механизма деминерализации воды ионным обменом лежит способность ионообменных смол избирательно забирать из электролита ионы металлов взамен на эквивалентное количество ионов ионита. На скорость процесса влияет валентность ионов, их заряд, степень гидратации, радиус иона. Реакция ионного обмена в воде:

Na+ < NH4+ < K+ < Ba2+ < Mg2+ < Ca2+ < Al3+ < Fe3+

В результате прохождения воды сначала через катионитовые, а затем ОН-, СО3- или НСО3- анионитовые фильтры подвижные ионы ионитов замещаются растворенными в воде анионами и катионами. Реакция ионного обмена между веществами и водой:

H[Кат] + NaCL ↔ Na[Кат] + HCL;

2H[Кат] + Na2SO4 ↔ 2Na[Кат] + H2SO4;

2H[Кат] + Ca(HCO3)2 ↔ Ca[Кат]2 + 2CO2↑ + 2H2O.

На рабочую обменную емкость катионитов существенно влияют анионный состав водного раствора и общее солесодержание, выражающееся отношением концентрации ионов НСО3– в воде к сумме концентраций ионов НСО3–, SO42–, CL–, NO3–.

Попадая в анионитовые фильтры, анионы образующихся кислот и находящиеся в исходном водном растворе обмениваются на подвижные ионы анионитов:

[Ан]2CO3 + H2SO4 ↔ [Ан]2SO4 + H2O + CO2↑; [Ан]HCO3 + HCL ↔ [Ан]CL + H2O + CO2↑;

2[Ан]OH + H2SiO3 ↔ [Ан]2SiO3 + 2H2O.

Ионообменная обработка воды

Наиболее часто используют аниониты, в состав которых входят амино- и амониевые функциональные группы.

Аниониты с первичными (-NH2), вторичными (=NH) и третичными (≡N) аминогруппами характеризуются слабоосновными, а четвертичные аммониевые группы (-N+Ra) – сильноосновными свойствами.

Слабоосновные аниониты проявляют реакционную способность только в кислой среде, сильноосновные – в растворах с любой реакцией.

Катиониты и аниониты делят на моно- и полифункциональные. Монокатиониты, имеющие в составе сульфогруппу, относятся к сильнокислым, диссоциируют полностью и могут осуществлять ионный обмен в растворе с любым рН.

Катиониты с карбоксильной и фенольной группами являются слабокислотными и могут активно работать лишь в щелочной среде. Фосфоросодержащие группы имеют среднее значение кислотности. Слабоосновные аниониты чаще бывают полифункциональными.

Полезная обменная емкость анионитов повышается с понижением рН раствора.

В качестве ионитов применяют синтетические смолы, полученные путем полимеризации или поликонденсации. На скорость ионного обмена влияет быстрота диффузии ионов к границе раздела ионит – водный раствор.

В компактных по структуре фильтрах процесс идет быстро и преимущественно на внешних слоях – экстрамицеллярный ионообмен, но при этом сорбционная емкость ионита задействована не в полном объеме.

В пористых фильтрах величина капилляров больше диаметра гидратированных катионов и анионов, ионообмен проходит на внутренней стороне – интермицеллярный процесс. Он медленнее, но характеризуется большим сорбционным потенциалом.

Ионный обмен для очистки воды

Для деминерализации воды водный раствор, избавленный от основных примесей путем предварительной очистки, поступает последовательно в катионобменные и анионообменные фильтры. В катионите связываются ионы металлов, а в раствор уходят соответствующие кислоты. Образующийся СО2 удаляют дегазацией. Затем в анионите происходит сорбция сильнокислых анионов.

В зависимости от необходимой глубины очистки реализуются одно-, двух- и трехступенчатые ионообменные аппараты. Во всех установках ионообменной очистки воды для связывания катионов металлов из водного раствора применяют сильнокислотные катиониты с хорошей сорбционной способностью.

При непрерывной работе ионообменной установки независимо от количества ступеней очистки каждый цикл должен включать минимум два фильтра.

Через ионитовый аппарат пропускают часть водного раствора, затем смешивают его с оставшейся водой и обеспечивают в деминерализованной воде концентрацию солей, отвечающую требованиям потребителя: для питьевого и хозяйственного использования оно должно составлять 0,5 – 1 г/л, при присутствии хлоридов не более 0,35, сульфатов – до 0,5 г/л.

Для получения водного раствора с общей минерализацией до 0,5 мг/л и одновременным обескремниванием его до 1 мг/л применяют установки с двухступенчатой схемой Н+ и ОН- ионирования. Если же содержание солей необходимо довести до 0,1 мг/л, а содержание кремниевой кислоты до 0,05 мг/л, используют трехступенчатое ионирование.

Основные цели применения ионообменного метода обессоливания воды

Наибольшее распространение ионообменный метод получил при умягчении водных растворов: избавлении их от растворенных Сa2+ и Mg2+, вызывающих нарастание накипи на оборудовании.

Для этого используют Na-катионирование, H-Na катионовый метод, Na-CL ионирование воды. В результате ионообменной реакции Na замещает накипеобразующие Ca, Mg, образуя отлично растворимые в воде соли.

Восстановление ионообменной способности смолы проводят хлоридом натрия.

Ионообменная очистка воды от железа

Обезжелезивание воды катионированием используют при необходимости одновременного удаления Fe и солей, обуславливающих жесткость, и когда обрабатываемый водный раствор на пути к катионитовому фильтру не обогащается кислородом. Вода проходит через фильтры, загруженные Na-катионитом. Регенерируют такой катионит NaCl.

2 Na[Кат] + FeSO4 ↔ Fe[Кат]2 + Na2SO4.

На Na и K катионитовых фильтрах эффективно удаляются из водных растворов ионы Mn2+ путем перевода их в соединения марганца (IV).

Mарганец (II) окисляется KMnO4 до оксида Mn (IV), который пленкой осаждается на зернах катионита.

Марганцевый катионит получают обработкой любого катионита в натриевой форме с дисперсностью 0,5 – 1,2 мм последовательным пропусканием 0,5% растворов MnCL2 и KMnO4. Формула ионного обмена в воде:

2Na[Кат] + MnCl2 ↔ Mn[Кат]2 + NaCl;

Mn[Кат]2 + 2Me+ + KMnO4 ↔ 2Me[Кат]2 + 2MnO2,

где Ме+ – ион К+ или Na+.

Подробнее про обработку воды ионным обменом в частных домах вы можете прочитать здесь!

Другое применение ионного обмена для очистки воды

Кроме комплексного удаления ионов, существуют селективные или монофункциональные иониты, направленные на поглощение определенного вида ионов (B-, F-, NO3-, редкоземельных и тяжелых металлов). Комплексообразующие ионообменные смолы преимущественно связывают ионы, способные к образованию координационной связи с определенными элементами, входящими в состав селективных ионитов.

Метод ионного обмена для получения воды очищенной

Соединение в одной установке смешанного действия анионита и катионита позволяет достигнуть высокой чистоты раствора: за один цикл удаляются практически все растворенные ионы. Получаем чистую воду с низкой минерализацией и нейтральным рН.

Избирательно подобранные по размеру и плотности зерна монодисперсных ионитов в современных фильтрах обеспечивают качественное связывание и стабильность параметров.

Такие установки ионного обмена воды не регенерируются и подлежат замене при выработке ионообменной емкости.

Преимущества очистки воды с помощью ионного обмена

Метод ионного обмена при очистке воды – одна из самых востребованных технологий для деминерализации и смягчения природной воды, поскольку позволяет добиться высокой чистоты, соответствующей нормативам промышленных объектов разного назначения. Разнообразие ионитов по составу и конструкционному исполнению позволяет подобрать фильтр как для селективной очистки от определенного иона, так и для комплексного обессоливания водных растворов, исходя из требований производства.

К минусам ионообменной технологии очистки воды можно отнести:

  • значительный расход реагентов;
  • необходимость восстановления сорбционной способности ионитов;
  • большой объем сточных и промывных вод от регенерации;
  • стоимость обессоливания воды методом ионного обмена сильно растет с увеличением концентрации солей в водном растворе;
  • уменьшение эффективности ионообменного метода опреснения и обессоливания воды с повышением минерализации воды;
  • необходимость утилизировать отработанный ионит;
  • невысокая скорость фильтрации.

Как выбрать ионообменную установку для воды

Выбирать ионообменные установки для очистки воды нужно, исходя из технических условий на ионообменные материалы, учитывая требования потребителей очищенной воды и экономические показатели. Общие рекомендации при выборе схемы ионообменной очистки воды:

  • учитывать температуру очищаемой воды и раствора для регенерации;
  • если присутствуют окислители, лучше выбрать макропористый ионит;
  • для противоточных установок с большими скоростями рекомендуется применять моносферные иониты с крупными гранулами;
  • для предотвращения быстрого загрязнения анионитов органическими веществами обязательна установка предфильтров с поглотителями органики;
  • у малокислотных гелевых катионитов ионообменная емкость в равных условиях выше, чем у слабокислотных с макропорами, но они менее прочные.

Мы подберем ионообменные системы для очистки воды

Наша компания предлагает ионообменные колонны для очистки воды для промышленных предприятий разной отраслевой принадлежности.

Мы подберем необходимую комплектацию систем для деминерализации воды методом ионного обмена, соответствующей требованиям вашего производственного процесса.

Дополнительную информацию можно получить по телефону 8-499-391-39-59, электронной почте info@diasel.ru или оставив заявку в форме обратной связи на нашем сайте.

Источник: https://diasel.ru/article/chto-takoe-ionoobmennaya-ochistka-vody/

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: