Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Химические свойства ионообменных смол

Введение.

Ионообменные смолы – это высокомолекулярные нерастворимые соединения со способными вступать в реакции обмена с ионами раствора функциональными ионогенными группами. Иониты некоторых видов способны вступать в окислительно-восстановительные и комплексообразовательные реакции, а также имеют способность к физической сорбции некоторых соединений.

Аниониты делятся на сильноосновные, слабоосновные, а также смешанной и промежуточной основности. Сильноосновный анионит обменивает анионы любой степени диссоциации в растворах при всех возможных значениях рН. Слабоосновный анионит обменивает анионы из раство­ров кислот при значениях рН 1-6.

Катиониты - сильные или слабые электролиты, в состав которых входят органические радикалы и кислотные группировки, способные к обмену водородных ионов на ионы металлов.

Катиониты - это синтетические твердые нерастворимые катионообменные полимерные кислоты, содержащие в качестве ионогенных групп сульфо-, карбокси-, фосфорильные группы и др. и диссоциирующие в воде на неподвижный макроанион и подвижные катионы. Катиониты могут быть в Н-форме или в солевой форме .

Катиониты сильнокислотные и слабокислотные способны обменивать свои подвижные катионы на внешние катионы в щелочной, нейтральной и кислой средах. Слабокислотные катиониты обменивают ионы водорода на другие катионы только в щелочной среде.

К сильнокислотным относят катиониты с сильно диссоциированными кислотными группами — сульфокислотными, фосфорнокислыми и др. К слабокислотным относят катиониты, содержащие слабодиссоциированные кислотные группы — карбоксильные, фенольно-гидроксильные и др.

Ионит обладает гелевой, макропористой и промежуточной структурой. У гелевого ионита отсутствует истинная пористость и только в набухшем состоянии он способен к ионному обмену. В свою очередь, для макропористого ионитахарактерно наличие пор, вследствие чего он имеет развитую поверхность и, следовательно, способен к ионному обмену в любом состоянии – и в набухшем и в ненабухшем.

Важнейшие свойства ионообменных смол. Скорость ионного обмена. Чем выше пористость ионита, тем выше скорость ионного обмена. Селективность ионного обмена. Одно из наиболее важных свойств, зависит от природы ионной группы, количества поперечных связей, размера пор и состава раствора, находящегося в контакте с ионитом. Обычно сродство к противоионам возрастает с увеличением заряда последнего и его массы:

Li+<H+<Na+<K+<Rb+<Cs+<Mg2+<Ca2+<Ba2+,

F-<OH-<Cl-<NO2-<CN-<Br-<NO3-<HSO4 -<ClO4-<SO42-<PO43-

хотя, как отмечалось выше, в ряде случаев наблюдается отклонение от этой закономерности. Низкоосновные аниониты проявляют повышенную избирательность к иону гидроксила, то есть другие ионы им легко вытесняются:

F-<Cl-<Br-<NO3-<CrO42-<SO42-<OH-

Влажность является основным показателем ионообменных смол. Если такую влагу специально удалить, то произойдет физическое разрушение гранул смолы во время ее дальнейшего использования. Влагу, которая не является связанной химически с функциональной группой смолы, обычно перед упаковкой ликвидируют центрифугированием или фильтрованием.

Основные физические свойства катионита:

-гранулометрический состав - определяет отсутствие выноса мелких фракций при взрыхлении - промывке слоя до начала движения крупнозернистых нижних слоев катионита; влияет на скорость ионного обмена и потерю давления в слое;

-механическая прочность катионита – способность сопротивляться истиранию зерен катионита в течение нескольких лет эксплуатации его в фильтрах. Годовой износ катионитов в фильтрах водоподготовки составляет от 5 до 30 %;

- осмотическая стабильность катионита - способность сопротивляться нагрузкам в связи с периодическим набуханием и сжатием зерен катионита под воздействием осмотического давления воды. Сжатие и растяжение приводит к образованию микротрещин и расколу граней катионита (оценивается экспериментальным путем);

- насыпная масса – масса на единицу объема;

- степень набухания в растворах ( коэффициент набухания- это соотношение массы катионита в воздушно-сухом состоянии к массе во влажном состоянии) и др.

 

 

Химические свойства ионообменных смол.

Основные химические свойства:

- химическая стойкость матрицы катионита определяется степенью межмолекулярных связей, достаточной для обеспечения её нерастворимости в ионном обмене. Новый катионит при эксплуатации может выделять небольшое количество полимера с короткими цепями или другими растворимыми веществами, окрашивающими первые порции фильтрата. Присутствие окислителей в обрабатываемой воде может привести к разрушению межмолекулярных связей;

Химическая стойкость определяется не только химическим строением макромолекулярного каркаса, но и прочностью связи с ним ионогенных групп. Типичные реакции деструкции сульфокатионита:

RSO3H + H2O → RH + H2SO4

RSO3H + RH → RSO2R + H2O

RSO3H + RSO3H → RSO2R + H2SO4

Типичные реакции деструкции высокоосновных анионитов:

~Ph-СН2-N+(CH3)3 X- + H2O → ~Ph-CH2OH + N+H(CH3)3 X-

~Ph-СН2-N+(CH3)3 X- + H2O → ~Ph-CH2-N+H(CH3)2 X- + CH3OH

- кислотность;

- обменная емкость - это количество способных к ионному обмену фиксированных ионов в единице массы сухого или единице объема набухшего ионита и выражается в [мг-экв/г] или [мг-экв/см3]. Теоретическую величину обменной емкости рассчитывают из величины эквивалентной массы, приходящейся на одну ионную группу. Различают несколько видов обменной емкости:

- полную обменную емкость (ПОЕ);

- по отдельным типам активных групп;

- статическую обменную емкость (СОЕ);

- динамическую обменную емкость (ДОЕ).

Например, СОЕNaOH – статическая обменная емкость по NaOH;

- удельный расход реагентов;

- термическая стойкость

Катионит в реакции катионного обмена. Катионит способен поглощать из раствора положительные ионы в обмен на положительные ионы, содержащиеся в катионите. Отрицательный ион, фиксированный на матрице, определяет возникновение заряда и называется потенциалообразующим. Заряд каркаса компенсируется зарядом положительных ионов. Положительные ионы образуют диффузный слой. обратимость ионообменного процесса позволяет многократно использовать катионит в водоподготовке.

 

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.