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/см³).

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;

- 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;

- кислотности раствора;

- типа ионогенных групп;

- пористости ионитов.

 

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:

- концентрации раствора;

- температуры;

- рН;

- типа ионогенных групп;

- пористости ионита.

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.