Иониты

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

Виды ионитов. Регенерация ионитов

Иониты

Иониты разделяются по материалу матрицы на неорганические и органические. Те, в свою очередь, подразделяются на природные и синтетические.

Неорганические иониты

В основном являются катионитами. Могут быть природными и синтетическими.

Природные неорганические иониты

Ряд природных материалов обладает ионообменными свойствами.

Поскольку химическая стойкость в кислотах и щелочах таких минералов незначительна, они используются только в солевой форме и не регенерируются. Наибольшую сорбционную способность имеют алюмосиликаты: глины, цеолиты (вермикулит, клиноптилолит, бентонит и др.).

Цеолиты – кристаллические алюмосиликаты с трехмерной «каркасной» решеткой. Объем каналов и пустот, пронизывающих весь кристалл, может достигать 50% его объема. Цеолиты – типичные макропористые сорбенты.

Глины имеют слоистую решетку, состоящую из кремнекислородных тетраэдров и алюмокислородных октаэдров, наложенных друг на друга и образующих элементарный пакет.

Для повышения обменной емкости природных материалов они часто подвергаются дополнительной обработке кислотой, паром, обжигу. Благодаря своей структуре цеолиты и глины обладают свойствами селективности.

Полная обменная емкость неорганических сорбентов существенно ниже, чем у синтетических. Однако их доступность и низкая стоимость дает возможность применять их однократно на водоподготовительных станциях для очистки от радионуклидов, коррекции солевого состава и умягчения воды.

Синтетические неорганические иониты

Синтетические неорганические иониты производятся либо путем синтеза нового материала, либо модификацией природного материала путем прививки к нему функциональных групп. Основное направление – создание высокоселективных ионитов.

Так, прививкой ферроцианидных групп к различным носителям (цеолиты, угольные волокна и т. п.) получают иониты, высокоселективные к радионуклидам Cs 134,137 .

Для извлечения радионуклидов Sr 90 синтезированы сорбенты на основе фосфатов или гидроксидов титана и циркония, гидратированной двуокиси марганца и т. д.

В настоящее время опытно-промышленными партиями выпуска ются сорбенты НЖА и НЖС (они же под названием «Феникс») на основе цеолитов, FM на основе угольных волокон, а также серия сорбентов «Термоксид» на основе оксидов и фосфатов циркония.

При обработке вод с солесодержанием около 0,5 г/л, типа природной, содержащих радионуклиды Cs 134,137 , они обеспечивают очистку 30000–150000 объемов на 1 объем сорбента до норм СанПиН 2.1.4.10749-01 и НРБ-99.

Органические иониты

Органические иониты практически все синтетические. Природных аналогов нет. Они имеют высокую химическую стойкость, практически не растворимы.

По термической и радиационной стойкости уступают неорганическим. По обменной емкости, скорости ионного обмена, химической стойкости, номенклатуре и широте применения значительно превосходят их.

В мире разработаны и выпускаются десятки марок ионитов различных типов (табл. 2.19).

Органические иониты различаются:

  • по природе ионогенных групп:
  • катиониты;
  • аниониты;
  • амфолиты, селективные-комплексообразующие;
  • по силе ионизации ионогенных групп:
  • сильно диссоциирующие;
  • средне диссоциирующие;
  • слабо диссоциирующие;
  • по материалу матрицы:
  • полимеризационные (полистирольные, полиакриловые, поливинилпиридиновые);
  • поликонденсационные (фенол-формальдегидные, полиэтиленполиаминные).
  • по типу матрицы:
  • гелевые;
  • макропористые;
  • волокна.

Органические иониты полимеризационного типа (полистирольные, полиакриловые), составляющие более 90% выпуска, изготавливаются в виде шарообразных частиц с размером в диапазоне от 0,3 до 2,0 мм .

Поликонденсационные иониты (фенолформальдегидные, полиэтиленполиаминные и т. п.) выпускаются в виде дробленых частиц размером 0,4–2,0 мм.

Иониты также могут быть выполнены в виде волокон или гранулятов.

Все типы ионитов могут разделяться по назначению на:

  • технические;
  • пищевые;
  • специальные.

Различие состоит в основном в степени отмывки продукта от лимитирующих данное применение примесей и (или) в переводе в заданную солевую форму.

В ряде случаев (для работы в псевдоожиженном слое, смешанном слое катионита и анионита, для противоточной регенерации, для послойной загрузки и т. п.) специально производятся или отсеиваются из товарного продукта иониты определенного гранулометрического состава.

Катиониты

В зависимости от силы ионогенной группы различаются сильно-, средне- и слабокислотные катиониты, которые могут работать в различных условиях .

Сильнокислотные сульфокатиониты сорбируют все катионы металлов из раствора, поэтому их называют универсальными – марка КУ. Они работают при рН раствора от 0 до 14, но наиболее эффективны при рН раствора от 2 до 14.

Соответственно с рядом селективности для вытеснения из катионита сорбированных катионов из правой части ряда, т.е. для их регенерации, необходимо использовать только достаточно концентрированные растворы либо кислот, либо солей натрия и калия, взятых с большим избытком по сравнению со стехиометрическим количеством.

К сульфокислотным катионитам относится и сульфоуголь, представляющий собой продукт обработки дробленых частиц угля концентрированной серной кислотой. Поскольку сульфированию подвергаются разные органические группы, составляющие каркас угля, он имеет свойства сильно- и среднекислотного катионита.

Сульфоуголь – это первый промышленный катионит. По сравнению с современными синтетическими катионитами он обладает низкими емкостью (порядка 500–700 мг-экв/л), прочностью и требует больших расходов регенерационных агентов и промывной воды.

Единственное его достоинство – низкая цена, за которую расплачиваются большими эксплуатационными расходами. Выпускается только в РФ и КНР.

Среднекислотные фосфорнокислотные катиониты обладают селективностью к ионам водорода и поливалентных металлов. Могут использоваться для очистки разбавленных и концентрированных растворов от поливалентных металлов. Их емкость и ряд селективности сильно зависят от рН раствора. Легко регенерируются слабыми растворами кислот. В водоподготовке не применяются.

Серийно в РФ не выпускаются.

Слабокислотные карбоксильные катиониты обладают высокой селективностью к ионам водорода и поливалентных металлов. Ряд селективности зависит от рН и по сравнению с сильнокислотными катионитами имеет обращенный вид.

Ион водорода легко вытесняет все другие катионы, и такие иониты могут эффективно работать только в щелочной среде при рН раствора от 7 до 14.

Они могут регенерироваться практически стехиометрическим количеством кислоты.

Используются для умягчения воды со снижением ее щелочности (раздел 3.3), а также для извлечения тяжелых металлов.

Аниониты

В зависимости от силы ионогенной группы различаются сильно-, средне- и слабоосновные аниониты, которые могут работать в различных условиях .

Сильноосновные аниониты сорбируют все анионы солей из раствора. Они работают при рН раствора от 0 до 14, но наиболее эффективны при рН раствора от 0 до 10.

Соответственно они могут регенерироваться только достаточно концентрированными растворами щелочей либо растворимых фторидов, карбонатов или хлоридов, взятых с большим избытком по сравнению со стехиометрическим количеством.

Используются в основном для доочистки воды от анионов слабых кислот. При работе в Cl -форме могут поглощать из воды такие анионы, как NO3 –, SO4 2–.

Необратимо поглощают природные органические кислоты, что постепенно существенно снижает их рабочую емкость.

Среднеосновные аниониты как правило бифункциональны. Поэтому они сорбируют в основном анионы сильных кислот, но в незначительных количествах могут поглощать и анионы слабых кислот.

Обладают большей, чем сильноосновные, обменной емкостью. В определенных условиях обладают селективностью к ионам поливалентных металлов. Их емкость и ряд селективности сильно зависят от рН раствора.

Имеют высокое сродство к гидроксил-ионам. Поэтому могут регенерироваться разбавленными растворами щелочей, взятых с небольшим избытком по сравнению со стехиометрическим количеством.

Используются совместно с катионитом для обессоливания воды.

Слабоосновные аниониты сорбируют анионы только сильных кислот. Обладают значительно большей, чем сильноосновные, обменной емкостью, но худшими кинетикой обмена, химической и механической прочностью. Их емкость и ряд селективности сильно зависят от рН раствора.

Имеют высокое сродство к гидроксил-ионам. Поэтому могут извлекать анионы только из кислых сред и регенерируются разбавленными растворами щелочей, взятых практически в стехиометрическом количестве.

Ряд таких смол, прежде всего на основе полиакрилатов, обладает способностью обратимо поглощать природные органические кислоты, что дает возможность использовать их как органопоглотители (скавенжеры).

Используются совместно с катионитом для обессоливания воды.

Селективные иониты

Многие ионогенные группы (на основе тиомочевины, иминоуксусные, аминофосфорные) склонны к образованию комплексов с многовалентными металлами. Большинство селективных ионитов – аниониты или амфолиты.

Так, стандартный анионит ЭДЭ-10п обладает высокой емкостью по меди.

Специальный хелатный амфолит АНКБ-35 имеет по сравнению с КУ-2-8 обращенный ряд селективности и может сорбировать тяжелые металлы, не извлекая Ca и Mg .

Серийно в РФ не выпускаются.

Регенерация ионитов

Поскольку реакции (2.1–2.3, 2.4–2.6) обратимые, имеется возможность, обрабатывая насыщенный ионит раствором, содержащим наиболее легкие ионы Na+ или H+ для катионита (т. е.

кислоту или соль) и ОН – или Cl – для анионита (т. е.

щелочь или соль) в высокой концентрации, вытеснить из него сорбированные ионы и восстановить его сорбционную (поглотительную) способность [ 1, 3, 6, 8, 198–213, 220, 221, 227, 229–233, 237 ] .

Эффективность регенерации слабо и сильно диссоциированных ионитов существенно различается. Как отмечалось выше, слабо диссоциированные иониты могут быть регенерированы практически без избытка кислоты или щелочи. Сильно диссоциированные иониты требуют обязательного избытка. Чем выше желательная степень регенерации и, следовательно, рабочая емкость, тем больше должен быть этот избыток

Регенерация может проводиться при движении регенерирующего раствора через слой ионита в том же направлении, что очищаемый раствор – прямоточная регенерация, или в противоположном – противоточная регенерация.

Параллельноточная (прямоточная) регенерация (рис.) наиболее просто осуществима, поэтому и наиболее распространена.

Однако для достаточно полного вытеснения всех катионов из слоя ионита она требует существенного (2–3-кратного) избытка регенерирующего агента.

Из-за «размазывания» наиболее сорбируемых ионов по слою ионита, они оказываются в результате в нижней части его слоя, там, где из него выходит очищенная вода; качество очистки, особенно в первое время, оказывается недостаточно высоким.

Противоточная регенерация (рис. ) реализуется сложнее (см. ниже). Она может производиться с минимальным расходом реагентов (избыток от 1,1) и объемом отходов. Поскольку очищаемый раствор на выходе из фильтра контактирует с наиболее регенерированным ионитом, качество очистки максимально.

Рис. Распределение ионов в слое катионита при сорбции ( а ), прямоточной ( б ) и противоточной ( в ) регенерации

Источник: http://www.mediana-filter.ru/water_kinds_ionit.html

Ионообменные смолы

Иониты

В технологии умягчения воды наибольшее применение находят синтетические полимерные ионообменные смолы, содержащие в своей структуре кислотные группы – SO₃Na. Эти иониты относятся к сильнокислотным катионитам.

По структурному строению синтетические иониты разделяют на:

  • гетеропористые,
  • макропористые,
  • изопористые.

Гетеропористые катиониты на основе дивинилбензола (ДВБ) имеют гелевую структуру гетерогенного вида с порами небольшого размера.

Макропористые иониты имеют губчатую структуру с размерами пор больше размера молекул.

Изопористые ионообменные смолы характеризуются однородной структурой и имеют наивысшую обменную способность по сравнению с другими видами смол.

При подборе катионитов с учетом размера зерен наблюдается следующая закономерность: мелкопористый катионит с большей рабочей поверхностью обладает и большей обменной способностью, по сравнению с крупнопористым. Однако дальнейшее уменьшение зерен вызывает рост гидравлического сопротивления и увеличение энергетических затрат на фильтрование воды.

Оптимальные параметры. Рекомендуемые размеры зерен ионита с учетом всех приведенных факторов: 0,3- 1,5 мм. Рекомендуемый коэффициент неоднородности катионита Кн=2.

Характеристики некоторых ионообменных смол

На рынке присутствуют ионообменные смолы как отечественного, так и зарубежного производства. Название и маркировка отечественной ионообменной смолы отражает требования ГОСТа и дает представление о химическом составе ионита. Общепринятой системы обозначения для марок катионитов и анионитов не существует.

Названия зарубежных ионообменных смол чаще всего являются зарегистрированной торговой маркой и не дают представления о свойствах материала.

На современном рынке водоподготовки представлены около 15 производителей ионообменных смол, поставляющих около 100 марок катионита и 90 марок анионита.

Катионит КУ-2-8чС

Среди отечественных катионитов в водоподготовке широко используется КУ-2-8чС (сульфокатионит сильнокислотный). Цифра 2 обозначает порядковый номер марки, 8— процентное содержание сшивающего агента (ДВБ). Катионит с маркировкой чС разрешен к применению для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

КУ–2–8чС по структуре и свойствам близок к зарубежным сульфокатионитам особой степени чистоты: амберлайту IRN-77 (США), зеролиту 325 NG (Англия), дауэксу HCR-S-Н (США), дуолайту ARC-351 (Франция), вофатиту RH (Германия) [4].

По внешнему виду смола КУ–2–8 представляет собой сферические гранулы желто-коричневого цвета размером 0,4–1,25 мм.

Катионит Пьюролайт

Также широко применяются ионообменные смолы Purolite (Пьюролайт), относящиеся к сильнокислотным катионитам. Марки Пьюролайт C100, С100Е, С120Е могут служить аналогами отечественных смол КУ-2–8, КУ–2–8чС.

Отдельная разработка этой марки — смола Пьюролайт С100Е Аg, представляющая собой катионит для умягчения воды с бактерицидными свойствами, обусловленными содержанием серебра. Отечественным аналогом катионита с бактерицидным действием может служить макропористый катионит КУ-23С.

Для бытового и промышленного умягчения воды подходит Пьюрофайн С100ЕF. Этот вид ионообменной смолы отличается повышенной рабочей ёмкостью при обычных, повышенных и меняющихся скоростях водного потока. Еще одно отличительное свойство катионита Пьюрофайн С100ЕF — уменьшенная потребность в объеме и количестве регенерационного раствора NaCl.

Катионит Леватит

Катионит марки Lewatit (Леватит) Ionac С-249 (натриевая катионообменная смола) может применяться для умягчения воды в бытовом, промышленном и общественном использовании, а также для умягчения растворов органических продуктов (сахара, пектина, глицерина и т.д.).

Анионит АВ-17-8чС

Среди анионитов отечественного производства широко распространена марка АВ-17-8чС. Цифры в маркировке обозначают: 17-я разработка, 8% сшивающего агента (ДВБ); буквы чС – особую чистоту ионита. Особо чистые ионообменные смолы разрешены для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Анионит АВ-17-8чС используется в фильтрах ФСД на атомных станциях, приборостроительных и микробиологических предприятиях. Для извлечения металлов и обогащения руд применяются аниониты марок АМ-2Б, АMп и АМП.

Источник: https://www.vo-da.ru/articles/ionoobmennye-smoly/vidy-smol

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть