Ионообменные смолы

Анионообменные смолы

Cтраница 1

Анионообменные смолы с этой точки зрения представляют особый интерес.

Дауэкс-1 или дауэкс-2 ( сополимеры стирола и дивинилбензола с четвертичными аммониевыми функциональными группами) легко извлекают шестивалентный нептуний из 6 М солянокислых растворов. Шестивалентный уран и плутоний также образуют сильные хлоридные комплексы, которые легко вымываются разбавленными ( 3 М) растворами соляной кислоты. Четырехвалентный нептуний легко поглощается смолой из 4 М соляной кислоты; свойства этих комплексов несомненно очень интересны. Торий не адсорбируется анионообменными смолами из солянокислых растворов.  

Анионообменные смолы разделяются на слабоосновные, получаемые поликонденсацией анилина, мочевины, тиомочевины или фенилендиамина с формальдегидом, и сильноосновные, получаемые полимеризацией четвертичных аммониевых оснований, например тетраллиламмонийбро-мида.  

Анионообменные смолы, как и катионообменные, можно получать, используя метод поликонденсации или полимеризации.  

Анионообменные смолы могут быть получены хлорметилированием ( стр.  

Анионообменные смолы имеют очень важное значение, но лишь относительно недавно промышленность стала выпускать аниониты, вполне удовлетворяющие потребителя. В процессе получения сильноосновных ани-онитов исходят из поперечносшитого полистирола, на который действуют монохлордиметиловым эфиром в присутствии катализатора Фриделя — Крафтса. Продукт хлорметилирования обрабатывают третичным амином, например триметиламином, и получают смолу, содержащую сильноосновные группы четвертичного аммониевого основания. Сферические зерна образуются в результате: совместной полимеризации в водной суспензии стирола с дивинилбензолом или этилендиметакрилатом, взятыми в различных соотношениях. В солевых формах эти смолы устойчивы вплоть до 50; считается, что свободные основания обладают хорошей стабильностью при комнатной температуре, хотя автор наблюдал, что все смолы этого типа, с которыми он работал, приобретают сильный запах триметиламина после хранения в течение длительного времени. Автор также нашел, что перед использованием этих смол рекомендуется промывать их теплым спиртом до исчезновения запаха. Однако лучше всего, если позволяет время, перед тем как перевести смолу в ту форму, в которой ее будут применять, залить смолу кислотой и выдержать в этом состоянии некоторое время. Если использовать такую предосторожность, то можно убедиться, что дальнейшего отщепления амина не происходит.  

Анионообменные смолы получают путем реакции хлорирования бензольных колец в сополимере стирола и дивинилбензола с последующим алкилированием алифатическим амином.  

Анионообменные смолы, или аниониты, также получают или путем конденсации, или на основе сополимеров. Аниониты сильноосновного характера получают путем конденсации, например аниовит АВ-46, или на основе сополимеров, например АВ-17 или: амберлит ИРА-400, дауэке-1 и др. Они содержат замещенные органическими радикалами аммонийные группы, которые, как. Слабоосновные аниониты получают путем конденсации, например вофатит МД, анионит АН-2Ф, амберлит ИР-4Б. Их получают также и на основе сополимеров например анионит АН-23, АН-18 и др. Слабоосновные аниониты, содержат аминогруппы, иминогруппы и неполно замещенные-аминогруппы, придающие этим анионитам свойтва слабых оснований.  

Анионообменные смолы, или аниониты, также получают или путем конденсации или сополимеризации ( см. табл. 8), например АВ-16, или сополимеризацией, например АВ-17 или амберлит ИРА-400, дауэкс-1 и др. Они содержат замещенные органическими радикалами аммонийные группы, которые, как известно, обладают свойствами сильных оснований, например тетраалкилам-моний. Слабоосновные аниониты получают путем конденсации, например вофатит МД, анионит АН-2Ф, амберлит ИР-4Б. Их получают также на основе сополимеров, например анионит АН-23, АН-18 и др. Слабоосновные аниониты содержат аминогруппы и неполно замещенные аминогруппы, придающие этим анионитам свойства слабых оснований.  

Анионообменные смолы синтезируют путем конденсации анилина и n — фенилендиамина с формальдегидом, а также путем конденсации мочевины с формальдегидом.  

Анионообменные смолы применяют для извлечения из воды цветных и тяжелых металлов, находящихся в виде анионов растворимых солей: CrO, VO, WO, ZnOj -, CdO -, CrOJP, катионов меди, никеля и других цветных метал лов, которые образуют с аминогруппами смол прочные комплексы.  

Анионообменные смолы получают путем конденсации различных органических оснований ( ароматических аминов, полиаминов, карбамида, гуанидина, меламина) с формальдегидом.  

Анионообменные смолы применяют для извлечения ценных металлов, находящихся в виде комплексных анионов, для очистки растворов и в качестве катализаторов — оснований.  

Анионообменные смолы в боратной форме являются наиболее распространенными смолами среди ионообменных смол с реак-ционноспособными противоионами. Согласно этому методу, колонка наполняется ионообменной смолой в хлоридной форме и переводится несколько раз попеременно из хлоридной в борат-ную форму.  

Анионообменные смолы, как и катионообменные, можно получать, используя метод поликонденсации или полимеризации.  

Ионообменные смолы для воды

Ионообменные смолы применяются в водоочистке с 60-х годов XX века, но особенное распространение получили в конце 80-х — в 90-х годах. Ионообменная смола представляет собой скопление достаточно мелких (меньше миллиметра в диаметре) шариков, изготовленные из специальных полимерных материалов, именуемых для простоты «смолой».

Для неискушенного человека внешне такая смола может напомнить щучью или минтаевую икру. Однако, эта «икра» обладает уникальными свойствами. «Икринки», т.е. шарики смолы, способны улавливать из воды ионы различных веществ и «впитывать» их в себя, отдавая в замен «запасенные» ранее ионы. Таким образом осуществляется ион-ный обмен — отсюда и обобщающее название этих смол — «ионообманные» или более по научному «иониты».

Ионообменные смолы представляют собой нерастворимые высокомолекулярные соединения с функциональными ионогенными группами, способными вступать в реакции обмена с ионами раствора. Некоторые типы ионитов обладают способностью вступать в реакции комплексообразования, окисления-восстановления, а также способностью к физической сорбции ряда соединений.

Иониты имеют гелевую, макропористую и промежуточную структуру.

Гелевые иониты лишены истинной пористости и способны к ионному обмену только в набухшем состоянии.

Макропористые иониты обладают развитой поверхностью из-за наличия пор и поэтому способны к ионному обмену как в набухшем, так и в ненабухшем состоянии.

Гелевые иониты характеризуются большей обменной емкостью, чем макропористые, но уступают им по осмотической стабильности, химической и термической стойкости.

Иониты представлены анионитами — материалами, способными к обмену анионов, и катионитами — материалами, обменивающими катионы.

АНИОНИТЫ подразделяются на:

  • сильноосновные, способные к обмену анионов любой степени диссоциации в растворах при любых значениях рН;
  • слабоосновные, способные к обмену анионов из растворов кислот при рН 1-6;
  • промежуточной и смешанной активности.

КАТИОНИТЫ подразделяются на:

  • сильнокислотные, обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН;
  • слабокислотные, способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.

Фильтр с ионообменной смолой

Как правило, иониты выпускаются в солевых (натриевая, хлористая) или смешанно-солевых формах (натрий-водородная, гидроксильно-хлоридная). Кроме того, выпускаются иониты, практически полностью переведенные в рабочую форму (водородную, гидроксильную и др.). Эти материалы используются в пищевой, фармацевтической, медицинской промышленности и для глубокой очистки конденсата на атомных электростанциях. Выпускаются также готовые смеси ионитов для использования в фильтрах смешанного действия.

Важнейшим показателем ионообменных смол является влажность, так как в силу гидрофильности функциональных групп ионообменных смол влага, содержащаяся в смоле, является «химически связанной». Причем специальное удаление этой влаги приведет при последующем использовании смолы только к физическому разрушению гранул. «Внешняя» же влага, не связанная химически с функциональной группой смолы, как правило, удаляется перед упаковкой или с помощью центрофугирования или фильтрования.

Для удобства транспортировки, ионообменные смолы упаковывают по стандартному весу, и продают их определенными объемами — уже для удобства потребителя. Для каждого продукта определяется и постоянно корректируется насыпной вес влажного продукта, основанный на отношении веса к объему (кг/м3).

Следующей важной характеристикой ионообменных смол является ионообменная емкость — весовая, объемная и рабочая.

Весовая и объемная емкости являются стандартными показателями, определяются в лабораторных условиях по стандартным методикам и указываются в паспортных данных на готовую продукцию.

Регенерация ионообменной смолы

В то же время, рабочая ионообменная емкость не может быть измерена в лабораторных условиях, так как зависит от геометрических размеров слоя смолы и от конкретных характеристик обрабатываемых растворов (уровня регенерации, скорости потоков, концентрации растворенных веществ, требуемых показателей качества обрабатываемого раствора, точного размера частиц).

Изготовители ионообменных смол с помощью дополнительных исследований определяют данные, на основании которых можно рекомендовать оптимальные технологии сорбции-десорбции.

Таблица. Подбор аналогов различным ионообменным смолам.

Значение высокомолекулярных соединений, обладающих макропористой структурой, огромно.

Их основная задача – смягчение воды, обессоливание жидкостей. Материал используют в разных отраслях: в пищевой, химической и фармацевтической промышленности, на атомных станциях, теплоэнергетике, в бытовых условиях. Его название ионообменные смолы. Для применения используют готовые смеси, которые представляют собой мельчайшие шарики, диаметром менее или чуть более миллиметра.

Основные функции и преимущества

Ионообменная смола используется в водоочистке с середины прошлого века. Она обладает уникальными характеристиками. Материал способен извлекать из жидкости разнообразные вредные компоненты, впитывать их, а взамен оставлять ионы. Такой принцип работы обусловил широкую сферу применения:

  • смягчение и обессоливание жидкостей;
  • катализатор для органического синтеза;
  • разделение металлов (редких и цветных);
  • очистка сточных и возвратных жидкостей;
  • регенерация отходов, получаемых в металлургической отрасли.

Ионообменные смолы купить не составит труда. Современные производители поставляют на рынок такие реагенты в достаточных количествах в удобной упаковке. Этот материал получают методом поликондексации или же полимеризации. К преимуществам его использования относятся:

  • удаление из жидкостей опасных химических примесей;
  • высокая скорость устранения растворенного железа, солей;
  • бактерицидная и бактериостатическая обработка;
  • избавление жидкости от органического и коллоидного железа;
  • удобство применения, нетребовательность к хранению.

Ионообменные смолы, цена на которые зависит от состава, веса упаковки, могут иметь гелиевую, промежуточную или макропористую структуру. Этот материал полностью безопасен для здоровья людей и не оказывает пагубного влияния на окружающую среду. Он не является пожароопасным, токсичным или взрывоопасным.

Свойства и особенности

Ионообменные смолы необходимо хранить в заводской упаковке. Расстояние от отопительного оборудования должно составлять не менее полутора метров. Рекомендованная температура хранения от +2°С. Среди основных параметров такого материала следует выделить основные:

  • емкость ионов (рабочая, весовая или объемная);
  • механическая и осмотическая прочность;
  • плотность, влажность, насыпной объем и масса;
  • термическая и химическая стойкость.

Ионообменная смола, которая применяется для умягчения воды, устраняет накипь, обеззараживает жидкость, фильтрует от вредных компонентов.

Производители этого материала проводят разнообразные исследования. В итоге получается продукт с оптимальными характеристиками сорбации-десорбации. Современные технологии помогают объединить все полезные свойства ионообменных смол в единое решение. В итоге потребитель получает товар, который помогает сэкономить на эксплуатационных расходах.
Ионообменные смолы – нерастворимые соединения, которые способны к реакциям катионного обмена. В их составе три вида ионитов: аониты, катиониты, аниониты. Такие материалы, помогают повысить качество воды, предотвратить накопление отложений, удалить примеси. Выбирая смолу, необходимо обратить внимание на такие характеристики, как емкость ионов, скорость фильтрации, размеры задерживаемых частиц, показатели влажности. Естественно, что предпочтение стоит отдавать производителям, которые уже зарекомендовали себя на рынке, получили множество положительных откликов от заказчиков. Почитать о компаниях-изготовителях можно в сети Интернет.

Катионообменные смолы

Cтраница 1

Катионообменные смолы были охарактеризованы как полимеры, содержащие фенольные, сульфоксильные, карбоксильные или фосфиновые ионные группы в качестве неотделимых частей смолы и эквивалентное количество катионов. Полимерная часть структуры смолы содержит обычно такое большое количество поперечных связей, что растворимость ее ничтожна.  

Катионообменные смолы как катали — § аторы в реакции алкилирования фенолов олефинами.  

Катионообменные смолы — это нерастворимые высокомолекулярные кислоты, которые могут быть получены посредством реакции полимеризации или поликонденсации из мономерных соединений, уже содержащих ионогенные группы, или на основе готовых нерастворимых продуктов с последующим введением в них ионогенных групп.  

Катионообменные смолы катализируют реакцию менее интенсивно, чем серная кислота, поэтому ацетилирование камфена ведут при температуре 50 — 70 С.  

Катионообменные смолы могут оказаться очень полезными для некоторых аналитических операций, когда хотят оценить общее количество присутствующих катионов; последнее — может доходить до 1 части на 100 миллионов частей. Для этого большие объемы растворов, подлежащих анализу, пропускают через колонку, наполненную катионитом, который таким образом концентрирует катионы, находящиеся в растворе; впоследствии они могут быть вытеснены из смолы в концентрации, подходящей для фотометрического определения. Так, например, если 100 л воды, содержащей на 100 миллионов частей одну часть меди, пропустить через колонку и промыть ее затем 10 мл кислоты, концентрация полученного раствора меди будет достаточна для фотоколориметрического определения ее в виде комплекса с диэтилдитиокарбаматом натрия. Аналогично этому можно сконцентрировать и затем определить количественно и другие ионы.  

Катионообменные смолы в Н — форме катализируют процессы присоединения к МЦБ воды и циклического спирта цикло-бутанового ряда — 1-метилциклобутанола — 1 ( МЦБ-ола)

Катионообменные смолы, содержащие сульфогруппы в кислотной форме, могут применяться в качестве катализаторов реакций, ускоряемых водородными ионами. К последним относятся реакции инверсии сахарозы, этерификации и гидролиза эфиров.  

Катионообменные смолы являются соединениями того же типа, что и применяемые для умягчения воды. Регенерация этих смол может быть проведена серной или соляной кислотой. Катеониты содержат подвижный ион водорода и способны удалять ионы натрия в той же мере, как ионы кальция и магния. Таким образом, вода, прошедшая катионо-обменник, будет иметь кислую реакцию. Если в воде находится большое количество карбонатов, то содержание всех растворенных твердых веществ может быть снижено в результате катионообмена и последующего удаления свободной двуокиси углерода, например, при аэрировании. Остающиеся анионы удаляют в анионо-обменниках, как описано ниже.  

Катионообменные смолы обычно производятся в Н — или Na — форме, а анионообменные смолы — в Ch-форме. Время от времени, однако, желательно модифицировать эти смолы, чтобы их можно было использовать в различных ионных формах. Как правило, ионная форма смолы может измениться, если смола находится в контакте с водным раствором, содержащим необходимые катионы или анионы в высокой концентрации. В зависимости от размера частиц смолу или помещают в колонку и пропускают через нее реагент до тех пор, пока не произойдет полного превращения, или тщательно смешивают с раствором до образования суспензии, фильтруют и промывают дистиллированной водой.  

Катионообменные смолы, содержащие фенольные группы в качестве единственных активных групп, уже не применяются, однако их синтез следует рассмотреть ввиду исторического интереса, так как эти смолы были синтезированы первыми. Адаме и Холмс конденсировали многоатомные фенолы ( из квебрахотаннинового экстракта) с формальдегидом в присутствии соляной кислоты, едкого натра или аммиака, причем было установлено, что для получения нерастворимой смолы требуется не менее 2 молей альдегида на 1 моль фенола.  

Катионообменные смолы характеризуются наличием в составе их молекул активных кислых радикалов: — S03H, — СШ803Н — СООН-ОН; в кислых радикалах ион водорода способен к обмену. В анионообменных смолах предполагается наличие активных основных групп: — NHz, NH N.  

Катионообменные смолы характеризуются наличием в составе их молекул активных кислых радикалов: — S03H, — СШВОзН — СООН-ОН; в кислых радикалах ион водорода способен к обмену. В анионообменных смолах предполагается наличие активных основных групп: — NHa, NH, N.  

Катионообменные смолы обменивают ионы натрия на ионы кальция воды. На этот процесс не оказывают влияние общая щелочность, содержание сульфатов и хлоридов; происходит только одно изменение в воде — соли кальция замещаются солями натрия.

Катионообменные смолы обычно производятся в Н — или Na — форме, а анионообменные смолы — в С1 — — форме. Время от времени, однако, желательно модифицировать эти смолы, чтобы их можно было использовать в различных ионных формах. Как правило, ионная форма смолы может измениться, если смола находится в контакте с водным раствором, содержащим необходимые катионы или анионы в высокой концентрации. В зависимости от размера частиц смолу или помещают в колонку и пропускают через нее реагент до тех пор, пока не произойдет полного превращения, или тщательно смешивают с раствором до образования суспензии, фильтруют и промывают дистиллированной водой.  

Катионообменные смолы были охарактеризованы как полимеры, содержащие фенольные, сульфоксильные, карбоксильные или фосфиновые ионные группы в качестве неотделимых частей смолы и эквивалентное количество катионов. Полимерная часть структуры смолы содержит обычно такое большое количество поперечных связей что растворимость ее ничтожна.  

Катионообменные смолы, или катиониты, применяются для умягчения или в процессе обессоливания воды. Суть работы катионита состоит в том, что бы обменять катионы, находящиеся в обрабатываемой воде, на обменные катионы ионита, тем самым снизить жесткость (более подробно о жесткости воды) или общее солесодержание воды. В зависимости от поставленной цели при водоподготовки, необходимо выбрать тот катионит, который будет подходить по своим физико-химическим свойствам. Для более подробной информации о работе ионообменных смол и их свойствах, вы можете прочитать статью обессоливание и умягчение воды методом ионного обмена.

Катионит LEWATIT S 1567.

LEWATIT S 1567 является сильнокислотной катионообменной смолой с монодисперсной матрицей распределенных зерен. Отлично подходит для использования в быту и промышленности.

По своим характеристикам, в силу довольно высокой степени однородности гранул и малого их количества с размером менее 0,4 мм (около 4 %), а также свойств основы из сополимера стирола-дивинилбензола, LEWATIT S 1567 обладает значительной механической, химической и осмотической стойкостью, легко промывается и регенерируется, обладает большой обменной емкостью и высокой скоростью ионообмена.

Физические свойства
Форма гранулы сферического типа
Обменный катион -Na+
Функциональная группа сульфокислота
Основа матрицы сшитый полистирол
Насыпная масса, г/л 820
Цвет светло-коричневый
Обменная емкость, г-экв/л 2,0
Набухаемость, % 18
Влагосодержание, % 42 — 48
Термостойкость в диапазоне pH 1 — 14, ºC 10 — 120
Условия применения
Рабочая температура, ºC max 120
Рабочий диапазон pH 1 — 14
Высота слоя, мм не менее 800
Коэффициент потери давления при 15 ºC на м/ч приблизительно 1,0
Допустимое падение давления, бар 2
Скорость потока при обратной промывке, м/ч 10 — 12
Регенерационное раствор NaCl
Расход NaCl при противоточной регенерации, г/л 70 — 120
Расход NaCl при противоточной регенерации, г/л 120 — 250
Скорость потока при регенерации и обратной промывки, м/ч 5
Расход воды в процессе отмывки, Vсмолы 4
Расширения слоя при 20 ºC на м/ч, % приблизительно 4
Требуемое свободное пространство, % 60

Катионит Purolite С104.

Purolite С104 является слабокислотной катионообменной смолой гелевого типа. Отлично подходит для снижения жесткости и щелочности воды. В многоступенчатой схеме обессоливания может быть применен в качестве фильтра первой ступени, что существенно снизит ионообменную нагрузку на последующие катионообменники. Также возможно применение данного катионита в многослойных загрузках.

Физические свойства
Форма гранулы сферического типа
Обменный катион -H+
Насыпная масса, г/см³ 0,74 — 0,77
Удельный вес, г/см³ 1,18
Коэффициент однородности 1,8
Размер гранул, мм 0,3 — 1,19
Обменная емкость, г-экв/л 4,2
Набухаемость, % 90
Влагосодержание, % 44 — 50
Условия применения
Максимальная рабочая температура,ºC; 65
Высота слоя, см (дюймы) 70 (30)
Скорость потока, объем смолы/час 8 — 40
Расширение слоя в режиме обратной промывки, % 50 — 75
Применяемые реагенты для регенерации HCl (1 — 4%)
H2SO4 (0,5 — 1%)
Расход реагента, % 100 — 120 от теоретического количества
Режим работы Скорость потока Продолжительность стадии Объем воды на промывку
объем смолы
Фильтрация 8 – 40
Обратная промывка, 7 – 12 м/час 5 – 20 2 – 8
Регенерация раствором HCl/H2SO4 4 — 8/8 — 20 30 — 45
Медленная промывка 4 — 8/8 — 20 5 — 20 2 – 4
Быстрая промывка 8 — 40 15 3 – 6

Добавить комментарий

Закрыть меню