Катіоніти та аніоніти

Катіоніти здатні обмінюватися з розчином позитивно зарядженими іонами (катіонами). Процес обміну катіонами між катіонітом, зануреним у воду, що очищається, і цією водою називається катіонуванням. Аніоніти здатні обмінюватися з електролітом негативно зарядженими іонами. Процес обміну аніонами між аніонітом та оброблюваною водою називається аніонуванням.

У катіонітах як фіксовані іони можуть бути: сульфогрупи Г-80₃^, карбоксильні (-СОСГ), групи фосфорної

Г-РО_е] та фосфористої Г-Р0₃Н^ кислот.

Фіксованими іонами аніоніту можуть бути аміно-Г-N143)

і іміно-^=ЫН21 групи, четвертинні аміни (всі ці

групи є похідними аміаку); рисками в них позначені іонні зв'язки, знаками "+" або "-" заряди функціональних груп.

Природа фіксованого іона має вирішальний вплив на іонообмінні властивості іонітів. Наприклад, катіоніт, що має в

як фіксований іон сульфогрупу ^80₃ — аніон сильної сірчаної кислоти як протиіону іон водню, виявляє властивості сильної кислоти, тобто. здатний до обміну катіонів у кислому, нейтральному та лужному середовищах.

Катіоніт, що має як фіксований іон карбоксильну групу (СОО - аніон слабкої оцтової кислоти), як протиіон той же іон водню, вже виявляє властивості слабкої кислоти, тобто. здатний до обміну катіонів лише у лужному середовищі. Таким чином, катіоніти за властивостями бувають сильнокислотними та слабокислотними.

Аніоніти, що мають як фіксовані іони аміно- і іміногрупи, а як протиіони гідроксильні групи

ВІН здійснюють обмін аніонів тільки в кислих середовищах, як слабкі основи, і є тому слабоосновними аніонітами. Аніоніти, що мають як фіксовані іони четвертинного

амонієвої основи, а як протиіони — групи

ОН - , зберігають позитивний заряд у кислої, а й у нейтральній, і навіть у лужному середовищі і є сильно- основними.

Сильноосновні аніоніти можуть витягувати з водяних розчинів аніони слабких і сильних кислот. Але вони зазвичай мають більш високу вартість і мають меншу загальну обмінну ємкості, ніж слабоосновні аніоніти, тому їх застосовують зазвичай для поглинання кремнієвої кислоти в установках глибокого знесолення води. Вилучення ж аніонів сильних кислот

, С1 , N0 ^ проводиться за допомогою слабоосновних аніонітів.

Таким чином, при повному знесолюванні води застосовують обидві групи аніонітів, причому сильноосновні аніоніти використовують у другому ступені знесолення для поглинання кремнієвої кислоти.

Іонообмінні смоли

Технологія іонного обміну дозволяє використовувати як основу різні матеріали. Раніше це були цеоліти, кремнеалюмінати, але іонообмінні смоли з низки причин набули найбільшого поширення.

Структура іонообмінних смол

Іонообмінні смоли – іоніти у зернистій формі. Це органічні синтетичні сполуки у формі гранул, невеликих кульок, діаметр яких становить від 0,3 до 1,5 мм. Основний матеріал для їх виробництва: акрил, полістирол та фенолформальдегіди. Це полімерний каркас іоніту, який утворюється під час полімеризації (у перших двох випадках) або поліконденсації (в останньому випадку).

У молекулярній структурі смоли є радикали основного або кислого типу.Іони, що знаходяться на них, здатні заміщатися іонами однойменного знака з розчину, який контактує з іонітом. При цьому зовнішній вигляд смоли не змінюється, так само як і її властивості – процес за певних умов носить оборотний характер, смолу можна відновити до початкового стану.

Саме радикали визначають, які властивості матиме іонообмінна смола:

• аніоніт або аніонообмінна смола – обмінюється аніонами. Радикал NH 3+;



• катіоніт або катіонообмінна смола - обмінюється катіонами. Радикали HCO₂ - , HSO₃ - .

Якісні характеристики

Іонообмінні смоли мають різні властивості, що уможливлює їх тонкий підбір для конкретних цілей водопідготовки в залежності від хімічного складу вихідної води. При розгляді параметрів іонообмінників оперують такими термінами:

• ємність іоніту. Також зустрічається інший термін - іонообмінна здатність. Кількість іонів, здатних обмінюватись на одиницю маси або обсягу іонообмінної смоли. Розрізняють повну та корисну ємності. Повна характеризує теоретичний максимум, корисна визначає межу практичного застосування матеріалу в конкретних умовах з урахуванням допустимої кількості проскоків іонів і т.п;



• об'ємне навантаження. Співвідношення об'єму розчину до об'єму смоли за одиницю часу. Дозволяє визначити періодичність регенерації;



• потік іонів. Добуток об'ємного навантаження на солевміст розчину;



• проскок іонів. Зміст іонів у воді, що пройшла обробку;



• пробою іоніту. Допустимий проскок іонів, після якого подальша обробка недоцільна;



• стирання іонообмінної смоли. Зношування частинок іоніту внаслідок тертя один про одного.

Розглядаючи як іоніту кілька варіантів смол, віддавати перевагу необхідно тим, які відповідають наступним вимогам:

• механічна міцність частинок іоніту. Під цим розуміється стійкість до стирання, утворення тріщин та розколювання;



• смола повинна надавати мінімальний вплив на напір розчину. Для цього підбирають матеріал з мікросферами діаметром 0,3-1,2 мм.



• частинки смоли повинні бути стійкими до висолення. Т.е.

Іонообмінні смоли не можна застосовувати у разі присутності в оброблюваній воді наступних речовин:

• емульсій, колоїдів, суспензій;



• розчинених органічних речовин;



• великої кількості розчинених газів;



• сильних окислювачів, включаючи озон та хлор.

Різновиди смол

Як ми говорили раніше, залежно від знаку іонів, що беруть участь в обміні, розрізняють катіоніти та аніоніти.

Катіоніти

Залежно від типу радикалу катіонообмінники бувають сильнокислотними та слабокислотними.

У сильнокислотних катіонообмінних смолах важлива роль відводиться радикалам HSO₃ Цей матеріал сьогодні представлений переважно сульфополістирольними смолами.

Слабокислотні катіоні виготовлені на основі поліакрилу.

• зв'язуються тільки з Ca 2+ , Mg 2+ та Na + у складі бікарбонатів. При цьому взаємодія з тими ж катіонами, але в рівновазі з аніонами сильних кислот неможлива. Мова про розчини з сульфатами, хлоридами та нітратами;



• добре відновлюються за допомогою розчинів для регенерації.

Все вищезгадане також відрізняє слабокислотні катіоніти від сильнокислотних.

Аніоніти

Серед аніонообмінних смол також є слабо- та сильноосновні. Перші здатні пов'язувати кислотні залишки лише слабких кислот, наприклад, борної чи вугільної. Тоді як основні аніоніти можуть пов'язувати будь-які кислотні залишки.

Слабоосновні іонообмінні смоли виробляють на основі полістиролу або поліакрилу. Це третинні аміни. Такі іоніти легко піддаються відновленню.

Сильноосновні аніонообмінні смоли - четвертинні аміни. Як базу для таких матеріалів використовують полістирол або поліакрил. Розрізняють 2 типи таких смол:

• тип 1. Іоногенна група – триметиламоній. Відрізняється сильною основністю, має високу спорідненість до CO₂ та SiO₂має невелику ємність і погано відновлюється при регенерації;



• тип 2. Іоногенна група диметилетаноламонію. Менш основний та хімічно стійкий, ніж тип 1, але більш ємний та ефективний при відновленні.

Для порівняння смол по повній ємності зручно використовувати таку таблицю.

Чи потрібна іонообмінна смола з конкретними характеристиками? Ми допоможемо визначитись із вибором. Також підберемо станцію водоочищення з різним ступенем автоматизації за доступною ціною. Звертайтеся за допомогою до чату або за телефонами, вказаними у шапці сайту.