Меню

Назовите основные характеристики ионитов для сравнения их эффективности



ХАРАКТЕРИСТИКА ИОНИТОВ

Иониты — твердые нерастворимые вещества, способные обменивать свои ионы на ионы из окружающего их раствора. Иониты разделяются на катиониты, поглощающие катионы, и аниониты, поглощающие анионы.

По степени ионизации ионогенных групп иониты делят на сильно- и слабокислотные иониты и слабо- и сильноосновные аниониты. Сильнокислотные катиониты в качестве ионогенных групп содержат остатки серной, фосфорной и др. кислот. Слабокислотные – карбоксильные, сульфгидрильные и др. группы. Ионогенные группы сильнокислотных анионитов представляют собой обычно группы аммониевых . Или сульфониевых оснований, а слабоосновные – аминогруппы различной степени замещения, пиридиновые основания.

Зерно катионита можно рассматривать как гигантский поливалентный анион, отделенные физической поверхностью раздела от окр. среды. Внутренняя часть такого поливалентного аниона пропитана раствором, содержащим большое кол-во водорода (или др. катионов), способных обмениваться на катионы, находящиеся в жидкости, окружающих зерно катиона. Зерно анионита можно рассматривать как гигантский поливалентный катион, противоионами которого являются гидроксильные ионы (или др. анионы), способные обмениваться на анионы

Амфотерные иониты, называемые также полиамфолитами, занимают промежуточное положение между катионитами и анионитами. В состав полимеров этой группы входят одновременно кислотные и основные ионогенные группы. В зависимости от условий они могут проявлять себя как катиониты или аниониты

Источник

Основные физико-химические характеристики ионитов

Иониты как материалы имеют множество физико-химических и физико-механических характеристик. Из них для химика-аналитика наибольшее значение имеют три основные физико-химические характеристики – влажность, набухание и обменная ёмкость.

Влажность (W, %) характеризует способность ионита поглощать влагу из воздуха. Её можно рассчитать на основании экспериментальных данных:

где mо и m – масса ионита до и после сушки.

Обычно влажность ионитов находится в пределах 10–15 %.

Набухание характеризует степень увеличения объёма ионита при контакте с водой или другим растворителем. Величина набухания зависит от степени сшивки высокомолекулярной матрицы ионита (% ДВБ). Благодаря набуханию ионный обмен протекает быстро. Причиной набухания является наличие полярных ионогенных групп, способных к гидратации или сольватации.

Обменная ёмкость (ОЕ) – это важнейшая количественная характеристика ионита. Она характеризует способность ионита к ионному обмену.

Полная обменная ёмкость (ПОЕ) данного ионита является величиной постоянной и определяется числом фиксированных ионов в матрице ионита. Она зависит от следующих факторов:

§ значение рН раствора;

§ условия определения (статические или динамические);

§ природа обмениваемого иона;

§ радиус иона (ситовый эффект).

Массовая обменная ёмкость показывает, сколько миллимоль эквивалентов иона – n(1/z иона) – может обменять 1 грамм сухого ионита. Она рассчитывается по формуле:

Объёмная обменная ёмкость показывает, сколько миллимоль эквивалентов иона – n(1/z иона) – может обменять 1 миллилитр набухшего ионита. Она рассчитывается по формуле:

В зависимости от условий определения различают статическую (СОЕ) и динамическую (ДОЕ) обменную ёмкость, причём СОЕ ≠ ДОЕ.

Виды динамической обменной ёмкости:

§ до проскока поглощаемого иона, или рабочая (ДОЕ), показывает, какое количество ионов может поглотить ионит до момента появления их в элюате (проскока);

§ полная (ПДОЕ) – показывает, какое количество ионов может поглотить ионит до момента полного насыщения ионогенных групп в данных условиях.

Различие между величинами ДОЕ и ПДОЕ представлено на рисунке 65:

Рис. 65. Полная динамическая обменная ёмкость (ПДОЕ) и ёмкость

Источник

Основные характеристики ионитов

Основными характеристиками ионитов являются:

— гранулометрический (фракционный) состав.

Для количественной характеристики ионообменных и сорбционных свойств ионитов применяют следующие величины: полная, динамическая и рабочая обменная емкость.

Полная обменная емкость ( ПОЕ ) определяется числом функциональных групп, способных к ионному обмену, в единице массы воздушно-сухого или набухшего ионита и выражается в мг-экв/г или мг-экв/л. Она является постоянной величиной, которую указывают в паспорте ионита, и не зависит от концентрации или природы обменивающегося иона. ПОЕ может изменяться (уменьшаться) из-за термического, химического или радиационного воздействия. В реальных условиях эксплуатации ПОЕ уменьшается со временем вследствие старения матрицы ионита, необратимого поглощения ионов-отравителей (органики, железа и т. п.), которые блокируют функциональные группы.

Читайте также:  Военная техника второй мировой войны сравнение

Равновесная (статическая) обменная емкость зависит от концентрации ионов в воде, рН и отношения объемов ионита и раствора при измерениях. Необходима для проведения расчетов технологических процессов.

Динамическая обменная емкость ( ДОЕ ) – важнейший показатель в процессах водоподготовки. В реальных условиях многократного применения ионита в цикле сорбции-регенерации обменная емкость используется не полностью, а лишь частично. Степень использования определяется методом регенерации и расходом регенерирующего агента, временем контакта ионита с водой и с регенерирующим агентом, концентрацией солей, рН, конструкцией и гидродинамикой используемого ап парата. На рисунке показано, что процесс очистки воды прекращают при определенной концентрации лимитирующего иона, как правило, задолго до полного насыщения ионита. Количество поглощенных при этом ионов, соответствующее площади прямоугольника А, отнесенное к объему ионита, и будет ДОЕ. Количество поглощенных ионов, соответствующее полному насыщению, когда проскок равен 1, соответствующее сумме ДОЕ и площади заштрихованной фигуры над S -образной кривой, называют полной динамической обменной емкостью (ПДОЕ). В типовых процессах водоподготовки ДОЕ обычно не превышает 0,4–0,7 ПОЕ.

Рис.Сравнение полной динамической ПДОЕ и динамической обменной емкости ДОЕ. Заштрихованная площадь А соответствует ДОЕ, а вся площадь над кривой с учетом проскока солей – ПДОЕ

Селективность. Под селективностью понимают способность избирательно сорбировать ионы из растворов сложного состава. Селективность определяется типом ионогенных групп, числом поперечных связей матрицы ионита, размером пор и составом раствора. Для большинства ионитов селективность невелика, однако разработаны специальные образцы, имеющие высокую способность к извлечению определенных ионов.

Механическая прочность показывает способность ионита противостоять механическим воздействиям. Иониты проверяются на истираемость в специальных мельницах или по весу груза, разрушающего определенное число частиц. Все полимеризационные иониты имеют высокую прочность. У поликонденсационных она существенно ниже. Увеличение степени сшивки полимера повышает его прочность, но ухудшает скорость ионного обмена.

Осмотическая стабильность. Наибольшее разрушение частиц ионитов происходит при изменении характеристик среды, в которой они находятся. Поскольку все иониты представляют собой структурированные гели, их объем зависит от солесодержания, рН среды и ионной формы ионита. При изменении этих характеристик объем зерна изменя ется. Вследствие осмотического эффекта объем зерна в концентрированных растворах меньше, чем в разбавленных. Однако это изменение происходит не одновременно, а по мере выравнивания концентраций «нового» раствора по объему зерна. Поэтому внешний слой сжимается или расширяется быстрее, чем ядро частицы; возникают большие внутренние напряжения и происходит откалывание верхнего слоя или раскалывание всего зерна. Это явление называется «осмотический шок». Каждый ионит способен выдерживать определенное число циклов таких изменений характеристик среды. Это называется его осмотической прочностью или стабильностью.

Наибольшее изменение объема происходит у слабокислотных катионитов. Наличие в структуре зерен ионита макропор увеличивает его рабочую поверхность, ускоряет перенабухание и дает возможность «дышать» отдельным слоям. Поэтому наиболее осмотически стабильны сильнокислотные катиониты макропористой структуры, а наименее – слабокислотные катиониты.

Осмотическая стабильность определяется как количество целых зерен, отнесенное к общему первоначальному их числу, после многократной (150 раз) обработки навески ионита попеременно в растворе кислоты и щелочи с промежуточной отмывкой обессоленной водой.

Читайте также:  Степени сравнения прилагательных английский язык polite

Химическая стабильность. Все иониты обладают определенной стойкостью к растворам кислот, щелочей и окислителей. Все полимеризационные иониты имеют большую химическую стойкость, чем поликонденсационные. Катиониты более стойки, чем аниониты. Среди анионитов слабоосновные устойчивее к действию кислот, щелочей и окислителей, чем сильноосновные.

Температурная устойчивость катионитов выше, чем анионитов. Слабокислотные катиониты работоспособны при температуре до 130 ° С, сильнокислотные типа КУ-2-8 – до 100–120 ° С, а большинство анионитов – не выше 60, максимум 80 ° С. При этом, как правило, Н- или

ОН-формы ионитов менее стойки, чем солевые.

Фракционный состав. Синтетические иониты полимеризационного типа производятся в виде шарообразных частиц с размером в диапазоне от 0,3 до 2,0 мм. Поликонденсационные иониты выпускаются в виде дробленых частиц неправильной формы с размером 0,4–2,0 мм. Стандартные иониты полимеризационного типа имеют размер от 0,3 до 1,2 мм . Средний размер полимеризационных ионитов составляет от 0,5 до 0,7 мм (рис. ). Коэффициент неоднородности не более 1,9. Этим обеспечивается приемлемое гидравлическое сопротивление слоя. Для процессов, когда иониты использовались в псевдоожиженном слое, в СССР они выпускались в виде 2 классов по крупности: класс А с размером 0,6–2,0 мм и класс Б с размером 0,3–1,2 мм.

За рубежом по специальным технологиям выпускают иониты моносферного типа Purofine , Amberjet , Marathon , имеющие частицы с очень малым разбросом размеров: 0,35 ± 0,05; 0,5 ± 0,05; 0,6 ± 0,05 (рис. 2.39). Такие иониты имеют более высокую обменную емкость, осмотическую и механическую стабильность. Слои моносферных ионитов имеют меньшее гидравлическое сопротивление, смешанные слои таких катионита и анионита значительно лучше разделяются.

Рис. Кривые распределения частиц по размеру для стандартного ( 1 ) и моносферного ( 2 ) ионитов ( а ) и фотографии таких ионитов ( б )

Источник

Характеристики и свойства ионитов

Селективность – это способность избирательно сорбировать ионы из растворов сложного состава. Селективность определяется типом ионогенных групп, числом поперечных связей матрицы ионита, размером пор и составом раствора. Для большинства ионитов селективность невелика, однако разработаны специальные образцы, имеющие высокую способность к извлечению определенных ионов.

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью.

Обменная емкость – число эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита.

Предельная величина обменной емкости ионита определяется числом ионогенных групп.

Различают полную, статическую и динамическую обменные емкости ионита.

Полная обменная емкость (ПОЕ) – общее число ионогенных (функциональных) групп в единице объема или массы ионита.

Полную обменную емкость ионита определяет количество способных к обмену противоионов. Полная обменная емкость не зависит от типа противоиона, является постоянной характеристикой ионита, которая обусловлена только условиями синтеза или плотностью заряда фиксированных групп в расчете на единицу массы или объема ионита (мг-экв/г, мг-экв/см 3 ).

Полная обменная емкость может изменяться (уменьшаться) из-за термического, химического или радиационного воздействия. В реальных условиях эксплуатации полная обменная емкость уменьшается со временем вследствие старения матрицы ионита, необратимого поглощения ионов-отравителей (органики, железа и т.п.), которые блокируют функциональные группы. Значения обменной емкости большинства ионитов лежат в пределах 2–10 мг-экв/г.

Реакция ионного обмена является обратимой и протекает до достижения равновесного состояния. Количество ионов, вступивших в реакцию обмена при достижении равновесия, называют равновесной обменной емкостью и выражают в тех же единицах, что и полную обменную емкость. Равновесная емкость зависит от условий проведения процесса (концентрации, температуры, рН) и всегда меньше полной емкости.

В зависимости от условий проведения процесса различают:

статическую обменную емкость (СОЕ) – максимальное число ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита в условиях равновесия с раствором электролита;

Читайте также:  Сравнение жизненных циклов товаров

динамическая обменная емкость (ДОЕ) – это емкость ионита до «проскока» ионов в фильтрат, определяемая в условиях фильтрации.

Динамическая обменная емкость показывает, какой объем раствора может быть пропущен через колонку до появления ионов в фильтрате (или до заданной концентрации ионов в растворе, например, до величины ПДК в сточных водах).

Статическая обменная емкость обычно меньше полной емкости ионита, а динамическая обменная емкость всегда меньше статической.

Величина динамической обменной емкости зависит от конкретных условий:

— скорости пропускания раствора;

— высоты слоя смолы в колонке (отношения высоты слоя к диаметру колонки);

— крупности зерен смолы;

— типа ионогенных групп;

Рабочие процессы ионного обмена протекают в неравновесных условиях. Эффективность использования ионита характеризуется рабочей обменной емкостью, значение которой зависит от технологического режима проведения процесса (относительных скоростей движения фаз, времени контакта и др.). Чем ближе значение рабочей емкости к равновесной, тем эффективнее используются свойства ионита.

В реальных условиях многократного применения ионита в цикле сорбции-регенерации обменная емкость используется не полностью, а лишь частично. Степень использования определяется методом регенерации и расходом регенерирующего агента, временем контакта ионита с водой и с регенерирующим агентом, концентрацией солей, рН, конструкцией и гидродинамикой используемого аппарата.

Полная динамическая обменная емкость – количество сорбированного вещества единицей веса или объема ионита.

Полная динамическая обменная емкость характеризует предельную, максимально возможную при данных условиях нагрузку на ионит по данному иону.

Величину полной динамической обменной емкости определяют, пропуская исследуемый раствор через ионообменную колонку до насыщения (до равновесия), – т.е. до равенства величин рН или концентрации ионов в исходном растворе и фильтрате.

Полная динамическая обменная емкость зависит от следующих факторов:

— типа ионогенных групп;

В отличие от динамической обменной емкости полная динамическая обменная емкость не зависит от скорости пропускания раствора, высоты слоя смолы в колонке и определяется лишь свойствами раствора и ионита.

Источник

Назовите основные характеристики ионитов для сравнения их эффективности

+7 (8482) 20-81-45 Приемная

+7 (8482) 20-85-90 Отдел продаж

г. Тольятти, ул. Громовой 33-А а/я 1839

Т ЕХНОЛОГИИ Э ФФЕКТИВНОСТЬ К АЧЕСТВО О ТВЕТСТВЕННОСТЬ

Заявка в
свободной форме

Заявка в свободной форме

  • Главная страница /
  • Энциклопедия и Статьи /
  • Энциклопедия /
  • Технологические характеристики ионитов

Технологические характеристики ионитов

Качество ионитов характеризуется рядом физических и химических свойств, которые определяют эффективность и экономичность ионообменных технологий. К основным физическим свойствам относятся: гранулометрический состав (размер зерен), насыпная масса, механическая прочность и осмотическая стабильность, структура ионита и степень набухания в водных растворах.

К химическим свойствам относятся: в первую очередь химическая стойкость, кислотность (для катионитов) или основность (для анионитов), обменная емкость, удельный расход реагентов и отмывочной воды при заданной глубине удаления из воды поглощаемых ионов, термическая и радиационная стойкости.

При работе ионитных фильтров фильтрование прекращается обычно в момент, когда концентрация поглощаемого иона в обработанном растворе достигнет заданного весьма малого значения, надежно определяемого аналитически. В этом случае обменная емкость ионита определяется как рабочая. Если фильтрование заканчивается в момент проскока иона при его концентрации, немного отличающейся от средней за фильтроцикл, то такая обменная емкость ионита будет называться емкостью «до проскока». На практике значения рабочей и «до проскока» обменных емкостей ионитов достаточно близки и их можно принимать равными друг другу.

______________
* Текст приводится по изданию:
А.С.Копылов, В.М.Лавыгин, В.Ф.Очков, «Водоподготовка в энергетике»
(М., Издательство МЭИ, 2003 г.)

Источник