КУ-1 отличается высокой прочностью, хемостоек (не стоек в конц. щелочах

и сильных окислителях при Т>50ºC). Выпускают в виде зерен диаметром 0,4÷2 мм.

2. Слабокислотные катиониты конденсационного типа из-за низкой хемостойкости не нашли широкого применения. Получаются поликонденсацией феноксиуксусной кислоты с фенолом и формальдегидом КФУ-1, бифункциональный:

3. Сильноосновный анионит АВ-16, содержащий в качестве ионогенных групп четвертичные пиридиниевые группы и замещенные аминогруппы алифатического ряда.

Получают совместной поликонденсацией пиридина, эпихлоргидрина и полиэтиленполиамина в присутствии хлорида аммония.

Выпускают в Cl-форме в виде желто-коричневых зерен диаметром 0,4÷1,6 мм. Нашел применение в технике.

4. Слабоосновный анионит АН-2Ф (по масштабам производства занимает 2 ^ое место после сильнокислотных катионитов).

Получают конденсацией полиэтиленполиамина, фенола и формальдегида в солянокислой среде:

Темно-коричневые или чёрные зерна неправильной формы размером 0,4÷2 мм.

Широкое применение нашел также слабоосновный анионит АН-1, содержащий вторичные и третичные атомы азота, получаемый поликонденсацией меламина и формальдегида.

АН-1 – белые зерна размером 0,4÷2 мм.

Иониты полимеризационного типа:

1.Сильнокислотный катионит КУ-2, получают на основе сополимера стирола с 8-20% дивинилбензола обработкой его серной кислотой. Сополимер стирола сДВБ получают суспензионной сополимеризацией (инициатор – перекись бензоила).

Сферические зерна от желтого до коричневого цвета диаметром 0,3÷1,25 мм.

Обработкой сополимера стирола с ДВБ трихлоридом фосфора с последующим омылением PCl₂ групп в присутствии окислителей вводят ионогенные группы.

2. Слабокислотный катионит КБ-2 получают сополимеризацией эфиров акриловой и метакриловой кислот и дивинилбензола с последующим омылением сложноэфирных групп сополимера до карбоксильных. Катиониты имеют высокую прочность и хемостойкость, не отщепляют карбоксильных групп в водных средах даже при 180-200ºC.

При сополимеризации метилового эфира акриловой кислоты с ДВБ эфирные связи образуются при соединении мономеров «голова к голове». После их омыления КБ-2 имеет строение:

Благодаря такому расположению СООН групп КБ-2 селективен по отношению к двухвалентным катионам.

3. Сильноосновный анионит АВ-17 получают на основе сополимера стирола с ДВБ (8-12%) путем их хлорметилирования монохлордиметиловым эфиром в присутствии ZnCl₂ (на 1 моль сополимера берут 3,3 моля эфира), с последующим аминированием CH₂Cl групп триметиламином:

Белые или светло-желтые зерна диаметром 0,35÷1,5мм.

4.Слабоосновные аниониты АН-18 нашли широкое применение. Получают из сополимеров стирола с ДВБ (8-14%) по той же схеме, что и сильноосновной анионит АВ-17, но аминирование проводят диметиламином:

Свойства ионитов

1. Обменная емкость – основное свойство ионитов, о пределяемое количеством функциональных групп, способных к ионному обмену, в единице массы воздушно-сухого или единице объёма набухшего ионита. Она выражается соответственно в мг-экв/г или мг-экв/м³ ионита. Различают полную и равновесную обменную емкость в статических и динамических условиях.

Полная обменная емкость характеризуется концентрацией функциональных групп в полимере, вступающих в реакцию ионного обмена. Это постоянная величина для каждого типа ионита. У катионитов она определяется концентрацией Н⁺, а у анионитов – общим содержанием ОН^- ионов. Экспериментально ее определяют по перегибу кривых потенциометрического титрования.

Равновесная обменная емкость зависит от рН среды, концентрации растворов электролитов, свойств обменивающихся ионов и др. факторов и стремиться в пределе к полной обменной емкости.

При статическом методе навеску ионита приводят в контакт с определенным объёмом раствора до установления равновесия, при динамическом – раствор пропускают через колонку, наполненную ионитом до его насыщения поглощаемыми ионами, т.е. до «проскока» иона.

При диссоциации ионогенной группы ионита образуется ионная пара, у которой фиксированный ион жестко связан ковалентной связью с полимерной матрицей ионита, а противоион подвижен и может обмениваться на ион контактирующего с ионитом раствора:

Ионный обмен – обратимый процесс, приводящий к установлению термодинамического равновесия. Это позволяет легко регенерировать иониты после их использования. Катиониты регенерируют слабым раствором кислоты, аниониты – слабым раствором щелочи, слабоосновные аниониты – раствором соды.

2. Селективность – способность избирательно сорбировать из растворов некоторые ионы или группы ионов. Селективность ионитов определяется типом ионогенных групп, количеством поперечных сшивающих связей, размером пор и составом раствора, находящегося в контакте с ионитом. Селективность ионитов как правило возрастает с увеличением заряда иона: Na⁺< Mg²⁺< Fe³⁺. Селективность в ряду ионов одинакового заряда возрастает с увеличением радиуса иона (без учета гидратированной воды): Li⁺< Na⁺ <K⁺ <Rb⁺. Это справедливо для сульфокатионитов. Для других наблюдаются свои закономерности.

3. Химическая стойкость и механическая прочность. Иониты работают в широком диапазоне рН и при различных температурах, поэтому должны обладать высокой стойкостью к гидролизу. Иониты полимеризационного типа обладают более высокой хемостойкостью и прочностью, чем поликонденсационные. Прочность зависит от природы полимерного каркаса, количества межцепных сшивок и формы частиц. Сферическая форма меньше истирается, она присуща полимеризационным ионитам. Иониты поликонденсационного типа больше истираются из-за своей неправильной формы, и легче гидролизуются из-за наличия слабых связей С – О и С – N. Химическая стойкость определяется изменением обменной емкости при действии агрессивных сред во времени (при термическом гидролизе в воде, при действии кислот, щелочей, окислителей, органических растворителей). Срок службы ионитов в воде от 2 до 10 лет, в агрессивных средах значительно меньше.

4. Термостойкость ионитов. При повышенных температурах иониты в первую очередь постепенно теряют (отщепляют) ионогенные группы. По устойчивости ионогенные группы располагаются в ряд: карбоксилсодержащие (до 160ºC), сульфокислотные (до 150ºC); слабоосновные аниониты в форме свободного основания (150÷100ºC), сильноосновные аниониты с четвертичными аминогруппами в солевой форме (110 – 90ºC) и в ОН-форме (45 – 40ºC). Устойчивость катионитов в солевой форме на 20 – 30 º выше, чем у катионитов в Н – форме.

Применение ионитов

Важнейшее применение ионитов – водоочистка (деминерализация или частичное обессоливание). Такая вода применяется в паросиловых установках п при получении особо чистого НМС и ВМС.

Широко используются селективные иониты в гидрометаллургии для извлечения металлов из разбавленных растворов и рудных пульп, их разделения и концентрирования (Cu, Ni, Co, Zn, Au, Ag, Pd и др.)

Большое значение приобрели иониты при очистке промышленных сточных вод от вредных примесей, радионуклидов.

В химической промышленности иониты применяют для очистки сточных вод, глицерина, формальдегида и др. веществ.

В пищевой промышленности – в производстве сахара, дрожжей; в медицине – производство антибиотиков и очистке крови от токсических веществ (гемосорбция).

Очистка газовых выбросов промышленных предприятий. Извлечение урана и золота тз морской воды. Иониты – катализаторы ряда химических процессов.

Структура потребления ионитов

Водоочистка – 45%, гидрометаллургия – 10%, химическая и нефтехимическая промышленность – 15%, пищевая промышленность – 6%, медицина – 5%, прочие – 19%.

Ионитовые мембраны – тонкие пленки (150 x 50 см при толщине 0,7 – 0,8 мм в набухшем состоянии), состоящие из нерастворимого (сшитого) ионита или из инертного связующего и ионита. Гомогенные (однофазные) мембраны состоят из сплошного непрерывного гомогенного ионообменного компонента, а гетерогенные (двухфазные) – из ионообменного компонента, диспергированного в инертном связующем. Благодаря простоте технологии и доступности исходных компонентов больше применяются гетерогенные. Технология их получения заключается во введении измельченного ионита в расплавы ПЭ, полиизобутилена, ПВХ.

Гомогенные мембраны подразделяются на поликонденсационные, полимеризационные и активированные (полученные модификацией инертных полимерных пленок). Наиболее перспективны последние, селективные, с хорошими механическими свойствами.

Один из способов их получения заключается в следующем: на полиолефиновую пленку радиационным или химическим методом прививают полистирол. Последующим сульфированием привитого ПС получают гомогенные катионитовые мембраны, а хлорметилированием и последующим аминированием – гомогенные анионитовые мембраны. Гомогенные ионитовые мембраны имеют СОЕ – 2,2 мг-экв/г, селективность – не менее 98%, σ_р ≥ 10МПа, ε_р ≥ %, удельное объемное электрическое сопротивление – 1,5 Ом*м. Селективность – это отношение числа перенесенных ионов в мембране к числу тех же перенесенных ионов в свободном растворе. Разность потенциалов, возникающая на границе поверхности мембраны – раствор электролита, называется потенциалом Доннана.

Ионитовые мембраны предназначены для получения химически чистых веществ с помощью электродиолиза. Гетерогенные мембраны широко применяются в электрохимических процессах опреснения природных вод, очистки сточных вод, регенерации отработанных растворов, в пищевой промышленности, при электролитическом извлечении благородных металлов из растворов и др.

Дата добавления: 2014-01-04