Іоніти

Іоніти - Тверді нерозчинні речовини, здатні обмінювати свої іони на іони з навколишнього розчину. Зазвичай це синтетичні органічні смоли, що мають кислотні чи лужні групи. Іоніти поділяються на катіоніти, що поглинають катіони, та аніоніти, що поглинають аніони. Широко застосовуються іоніти для опріснення вод, в аналітичній хімії для поділу речовин методом хроматографії, у хімічній технології. Залежно від природи матриці розрізняють неорганічні та органічні іоніти.

Органічні іоніти

Органічні іоніти - це переважно синтетичні іонообмінні смоли. Органічна матриця виготовляється шляхом поліконденсації мономерних органічних молекул, таких як стирол, дивінілбензол, акриламід і т. д. У цю матрицю вводять хімічним шляхом іоногенні групи (фіксовані іони) кислотного або основного типу. Традиційно введеними групами кислотного типу є СООН; -SО₃Н; -РО₄Н₂ тощо, а основного типу: ≡N; = NH; -NH₂; -NR 3+ і т. п. Сучасні іонообмінні смоли, як правило, мають високу обмінну ємність і стабільність у роботі.

Іоніти здатні до набухання у воді, що обумовлено присутністю фіксованих гідрофільних груп, здатних до гідратації. Однак безмежного набухання, тобто розчинення, перешкоджають поперечні зв'язки. Ступінь поперечної зв'язаності визначається при синтезі іонітів через кількість введеного зшиваючого агента - дивінілбензолу (ДВБ). Стандартні смоли, що використовуються для пом'якшення, містять 8% ДВБ. Доступні в даний час смоли можуть містити від 2 до 20%.У цілому нині ступінь набухання іонітів визначається кількістю зшивки ДВБ, концентрацією гидрофильных іоногенних груп обсягом зерна іоніту і тим, які протиіони перебувають у іоніті. Зазвичай однозарядні іони, особливо іони водню та гідроксилу, призводять до найбільшого набухання; багатозарядні протиіони призводять до деякого стиску та зменшення обсягу зерен.

Неорганічні іоніти

Неорганічні іоніти - це в основному іоніти природного походження, до яких належать алюмосилікати, гідроксиди та солі полівалентних металів. Найбільш поширеними та застосовуваними для очищення води неорганічними природними іонітами є цеоліти.

Цеоліти - це мінерали з групи водних алюмосилікатів лужних і лужноземельних елементів, які характеризуються наявністю тривимірного алюмокремнекисневого каркасу, що утворює системи порожнин і каналів, в яких розташовані лужні, лужноземельні катіони та молекули води. Загальний обсяг системи порожнин та каналів цеоліту становить до 50% об'єму каркасу цеоліту. Катіони та молекули води слабо пов'язані з каркасом і можуть бути частково або повністю заміщені шляхом іонного обміну та дегідрації. Іонообмінні властивості цеолітів визначаються особливостями хімічної спорідненості іонів та кристалічної структури цеоліту. При цьому необхідна відповідність розмірів вхідних отворів в цеолітовий каркас і іонів, що заміщають, так як каркас цеоліту має жорстку кристалічну структуру і на відміну від органічних смол не може набухати зі зміною обсягу.

Іонним обміном на цеолітах вдається виділяти іони, вилучення яких іншим методом часто становить велику складність. Встановлено здатність цеолітів адсорбувати радіоактивні іони цезію з розчинів, видаляти NH₄ + , Виймати іони Cu, Pb, Zn, Cd, Ba, Co, Ag та інших металів, очищати природні гази. Іоносовий ефект дозволяє адсорбувати з газових та рідких систем пари азоту, CO₂, SO₂, H₂S, Cl₂, NH₃. Крім цього, цеоліти можуть бути використані для видалення розчиненого заліза, марганцю та жорсткості.

На відміну від органічних смол існує низка особливостей цеолітів. Так, загальна мінералізація води, що обробляється, повинна бути не менше 80 мг/л, так як при меншому вмісті солей відбувається розчинення алюмосилікатного каркасу цеоліту. При рН оброблюваної води нижче 6 також зростає ймовірність руйнування кристалічних ґрат.

Динамічна обмінна ємність цеолітів нижче динамічної обмінної ємності органічних смол у тих умовах, що пов'язані з повільнішою кінетикою обміну на цеолітах. Залишкова жорсткість води після цеолітів становить близько 0,3 мг-екв/л, тоді як після органічних смол – не більше 0,1 мг-екв/л.

також

Wikimedia Foundation. 2010 .

ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ ІОНІТІВ У ХІМІЧНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ Текст наукової статті зі спеціальності «Хімічні технології»

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Пєтухова Ю. Н., Кисіль А. В., Ільїна С. І.

У статті проведено короткий огляд застосування іонообмінних матеріалів у хімічній технології. Розглянуто перспективи розвитку одержання таких матеріалів із покращеними властивостями.

Схожі теми наукових праць з хімічних технологій, автор наукової роботи - Пєтухова Ю. Н., Кисіль А. В., Ільїна С. І.

Cинтез та вивчення іонообмінних властивостей сорбентів на основі фосфату олова (IV), модифікованих солями металів

Застосування іонітів нового покоління для вилучення летких карбонових кислот із харчового етилового спирту

Текст наукової роботи на тему «ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ ІОНІТІВ У ХІМІЧНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ»

_ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ ІОНІТІВ У ХІМІЧНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ_

кафедри мембранної технології факультету цифрових технологій та хімічного інжинірингу, Російський хіміко-технічний університет ім. Д.І. Менделєєва,

Російська Федерація Кисіль А.В. магістрант 1 курсу кафедри процесів та апаратів хімічної технології факультету цифрових технологій та хімічного інжинірингу, Російський Хіміко-Технологічний університет ім. Д.І. Менделєєва,

Російська Федерація Ільїна С.І.

доцент кафедри процесів та апаратів хімічної технології, доцент кафедри мембранної технології, кандидат технічних наук, Російський хіміко-технічний університет ім. Д.І. Менделєєва,

У статті проведено короткий огляд застосування іонообмінних матеріалів у хімічній технології. Розглянуто перспективи розвитку одержання таких матеріалів із покращеними властивостями. ABSTARCT

Матеріал надає brief overview з використання іонітів в хімічної технології. Проспекти для розвитку сприяння таким матеріальним матеріалам з несприятливими властивостями вважаються.

Ключові слова: іоніти, іонообмінні матеріали, поділ розчинів Keywords: ionites, ion-exchange materials, separation of solutions

Будь-які галузі народного господарства однак пов'язані хімічними технологіями. Це пов'язано з тим, що з будь-якого виробництва (та й у побуті) необхідні водопідготовка, водоочищення, поділ чи змішання різних речовин.Тому хімія - це важливий предмет, який починають вивчати ще в школі, і основи якого має знати будь-яка людина. І однією з основних реакцій, що вивчаються в курсі хімії є реакція іонного обміну. У шкільній програмі до них відносять реакції між розчинами електролітів, у яких вони обмінюються своїми іонами. Однак сюди треба додати ще одну групу речовин, які можна розглядати як тверді електроліти -іоніти. Іонітами зазвичай називають, як правило, тверді, практично нерозчинні речовини та матеріали, здатні обмінювати свої іони на еквівалентну кількість іонів того ж заряду з навколишнього розчину. І в цьому випадку іонний обмін - оборотний процес стехіометричного обміну іонами між двома фазами, що контактують. Зазвичай однією із фаз є розчин електроліту, а інший іоніт. Як зазначалося раніше умовно іоніт можна як твердий електроліт, нерухомий каркас якого становить одну його частину, а рухливі протиіони - іншу.

Після вироблення іонітом робочого ресурсу в деяких випадках проводиться його регенерація. Застосування іонітів досить широко і багато в чому

визначається матеріалом каркасу. Як і всі речовини, матеріал іоніти бувають неорганічні та органічні, а також їх можна розділити на природне походження та синтетичні. Найбільш широке застосування отримали синтетичні полімерні

іонообмінні матеріали, які часто називають іонообмінними смолами. Такі матеріали стійкі в широкому діапазоні рН, що дозволяє без проблем регенерувати кислотами і лугами. Однією із областей використання іонообмінних смол є очищення води від неорганічних домішок.Прикладами є пом'якшення води (заміщення іонів Са+ та Mg+ іонами №+), а також проведення процесу деіонізації (заміщення всіх домішок іонів на іони Н+ та ОН-).

Також ця технологія застосовна до очищення стічних вод промислових підприємств. Це дозволяє скоротити викид забруднюючих речовин у довкілля. У класичних системах очищення стічних вод [1] можна відзначити такі схеми використання іоніту, як: пряме фільтрування стічних вод, фінішне очищення стічних вод, рециркуляція води, рециркуляція технологічних потоків. Окремо слід розглянути можливість використання іонообмінних смол у схемах із рециркуляцією технологічних потоків. Ці схеми можуть бути використані в тих випадках, коли стічні води виробництва містять велику кількість

вихідних компонентів, необхідні проведення процесу. При проходженні через іонообмінну смолу відбувається відділення розчину від забруднюючих компонентів, при цьому очищений розчин з вихідним компонентом може бути використаний у виробництві. При цьому стає можливим уникнути скидання реагенту в довкілля.

Органічна природа матриці іоніту дозволяє використовувати цей матеріал як сорбент для очищення розчинів від органічних домішок. Ця технологія знайшла широке застосування у харчовій промисловості.

Здатність іонітів сорбувати на своїй поверхні органічні речовини дозволяє використовувати зерна іоніту як каталізатори для отримання нових речовин. Ця технологія є відносно новою, проте наявні результати випробувань дозволяють вважати її перспективною та перспективною.

Окремо слід розглянути метод іонообмінної хроматографії [2].Внаслідок електростатичної взаємодії різноіменно заряджених іонів відбувається затримання молекул речовин рухомої фази(елюенту), наприклад, розчину мінеральних речовин у нерухомій фазі (сорбенті). Іоніт виступає як стовп нерухомої фази. Внаслідок цього відбувається поділ іонів по висоті стовпа іонообмінної смоли.

На сьогоднішній день цей метод активно розвивається, що знаходить відображення у розробці нових типів нерухомих фаз, пошуку різних способів модифікування поверхні сорбентів та створенні нових, більш високоефективних та селективних

іонообмінників, ніж їхні попередники. Розвиток методу, перш за все, спрямований на підвищення чутливості аналізу, поліпшення селективності іонообмінників, а також збільшення ефективності та експресності методу, що дає високі перспективи для розширення застосування іонної хроматографії для вирішення все більш складних аналітичних завдань у галузі фармацевтики, екології, харчової промисловості, медицини та інших суміжних із ними областях.

Відповідно до цього актуальним завданням іонної хроматографії на сучасному етапі є виявлення нових підходів до створення вдосконаленого типу матеріалів, що поєднують у собі переваги раніше відомих класів іонообмінників. Характеристики матеріалів, такі як механічні та масообмінні, повинні визначатися, перш за все, міцним широкопористим мінеральним каркасом основи-носія, а іонообмінні — природою прикріплених функціональних груп.

В даний час широко поширені сорбенти з поверхнево-щепленим

функціональним шаром, що мають т.зв. пелікулярну структуру. Застосування саме такого типу іонообмінників пов'язане, насамперед

чергу, з тим, що дифузія компонентів у тонкому шарі на поверхні ядра матриці відбувається з дуже високою швидкістю. Це в кінцевому результаті призводить до високої ефективності та забезпечує експресне визначення [3].

Пелікулярну структуру в ІХ мають загальновідомі поліелектролітні

аніонообмінники (ПЕА). Отримують їх закріпленням іонообмінного шару за рахунок електростатичних взаємодій між четвертинними амонієвими групами водорозчинних полімерів та негативно зарядженими групами на поверхні матриці-сульфосилікагелю. Їх перевагами є: висока ефективність, хороша селективність, простота та відтворюваність синтезу. Але застосування їх все ж таки обмежує невисока стабільність у процесі роботи. Для усунення цього недоліку необхідне виявлення ряду факторів, що збільшують термін служби колонок з ПЕА, або пошук нових шляхів для синтезу більш стабільних поверхнево-модифікованих іонообмінників полімерами.

Одержання нових сорбентів слід розглядати як перспективнішу альтернативу всім відомим раніше видам, покращивши всі хроматографічні властивості, що зумовлюють їх успішне застосування: ефективність колонок, селективність і стабільність в експлуатації.

Слід зазначити, що у статті ми розглядали лише іонообмінні смоли, тобто. синтетичні органічні полімерні матеріали. Однак, як було зазначено раніше, іоніти можуть бути і неорганічного походження.

У технологіях переважно застосовують неорганічні іоніти природного.

походження (в основному - алюмосилікати) без подальшої їх регенерації. Синтетичні неорганічні іоніти (пермутити) не знайшли широкого застосування. Але останнім часом почали розробляти нові види іонообмінників на основі сполук кремнію.Шлях до отримання таких матеріалів лежить через зміну поверхні неорганічних речовин.

органічні сполуки, що мають іонообмінні функціональні групи.

До переваг неорганічних

іонообмінників можна перерахувати

ненабуханість у розчинниках,

термостабільність, механічну міцність та радіаційну стійкість. У загальному випадку можна виділити їх більш високі масообмінні характеристики, які добре проявляються при зіставленні сорбційних властивостей мезо- і крупнопористих мінеральних речовин та органічних сорбентів гелевої структури. Разом з тим, деякі марки неорганічних іонообмінників мають унікальні каталітичні властивості [4].

Як основа можливий вибір силікагелю, що викликано відсутністю

неіонообмінних взаємодій між матрицею та поляризованими іонами. Така особливість цього матеріалу забезпечує отримання

іонообмінників з більш високою ефективністю, порівняно з іонообмінниками на полімерних носіях. У той же час не можна забувати про те, що іонообмінники на основі силікагелю можна використовувати тільки в діапазоні рН = 2 ^ 10. Якщо розглядати застосування таких іонообмінних матеріалів в хроматографії, то вони можуть бути використані тільки в одноколоночному варіанті [5].

Однак перспектива розробки

принципово нових матеріалів дає ширшу можливість застосування іонного обміну, і навіть створення нових технологій у розподілі розчинів.

1.Нойман Штефан. Застосування

іонообмінних смол для водопідготовки та очищення

_CONTROL OF THE DYNAMICS OF A COMPLEX SYSTEM_

DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.5.69.498 Ismailov Bahram Israfil

PhD, docente, Department of Instrumentation Engineering, Azerbaijan State Oil and Industry University, Baku, Azerbaijan Republic, orcid.org/0000-0002-5815-1253

УПРАВЛІННЯ ДИНАМІКОЇ СКЛАДНОЇ СИСТЕМИ

Ісмайлів Бахрам Ісрафіл

К.т.н., доцент кафедри "Приладобудівна Інженерія", Азербайджанський Державний Університет Нафти та Промисловості,

Баку, Азербайджан.

Матеріал є розвиненою в аналітиці і контролі розвитку dynamickих процесів в multidimensional chaotic systems. Research scheme is presentd and rationale for the methods used is given. З огляду на дослідження algoritm, на прикладі взаємодії системи, пов'язаної з підключеними об'єктами, ознаками керування своїми dynamickими в рамках роботи з Open System є показ. Результати analytical і numerical modeling of system behavior during interaction in interference field and the posibility controlling its dynamics are presentad in graphical form. Як приклад, в встановлених областях інтересів дослідника, результатів калькуляції інформаційних параметрів, таких як Poincare diagrams, Tsallis entropy, Lyapunov exponents, stability indices, fractal dimension are shown. Основні інформаційні і dynamickі характеристики процесу під час вивчення можуть бути індивідуально оцінені своїм ходом і сприятливим впливом контрольної стратегії, що є satisfactory до дослідника.

Пропонована до уваги стаття присвячена питанням аналізу та управління розвитком динамічних процесів у багатовимірних хаотичних системах. Представлено схему досліджень та дано обґрунтування використовуваних методів. Згідно з алгоритмом дослідження, на прикладі взаємодій системи, що складається з взаємопов'язаних об'єктів, показані особливості управління їх динамікою в рамках Відкритої Системи. У графічній формі представлені результати аналітично-чисельного моделювання поведінки системи при взаємодії в полі перешкод та можливості керування її динамікою. Як приклад, у виділених областях інтересу дослідника показані результати обчислень інформативних параметрів, таких як діаграми Пуанкаре, ентропія Цалліса, показники Ляпунова, показники стабільності, фрактальна розмірність.Основні інформаційні та динамічні характеристики досліджуваного процесу дозволяють нам візуально оцінити його поведінку і вибрати стратегію управління впливом, що задовольняє дослідника.

стічних вод промислових підприємств – 2011 р. // Вода: хімія та екологія, - № 5 стор. 40-45.

2. Смирнова Є.Є., Кисіль А.В., «Іонообмінна хроматографія. Загальні відомості та поняття» – 2019 р. // Міжнародний науковий журнал «Вісник науки», № 3 (12) Т.3, - С. 80 – 89.

3.Pohl C.A. Розвиток розвитку в IonExchange Columns for Ion Chromatography // LC-GC Eur. 2013. V. 31. P. 16-22.

4.Кольцов З. І., Алесковський Ст. Б. Силікагель. його будова та хімічні властивості. Держхіміздат, Л., 1963.

5.Методи отримання високоефективних нерухомих фаз для аніонообмінної хроматографії/А. Ст. Затіраха, А.С.Ужель, А.Д. Смоленков, О.А. Шпігун // Вісник Московського університету. Сірий. 2, Хімія. – 2018. – Т. 59 № 1. -С. 3-19