Ioncserélő gyanták: alkalmazás. Mennyire hatékonyak a víztisztításban? Mi az ioncserélő gyanta? Ez hogy működik? Ioncserélő gyanta célja

Az otthoni víz magas szintű tisztításának biztosítása érdekében háromlépcsős szűrőrendszert kell használni. Egy ilyen rendszer tartalmaz egy patront a mechanikai tisztításhoz, lágyításhoz (amely ioncserélő gyantát használ) és az aktív szén utótisztítását.

Az ilyen patronok erőforrása körülbelül 5-7 ezer liter, ezért elegendő évente egyszer újakra cserélni. De van egy fontos pont: az ioncserélővel ellátott patron hatékonysága közvetlenül függ a bejövő folyadék keménységi szintjétől, és teljes felhasználása csak rendszeres regenerálással lehetséges.

Ioncserélő gyanták: általános leírás

Ezek kis golyók formájú vegyületek, általában borostyán színűek. Képesek magnézium- és kalciumionokat megkötni vizes oldatokból, és nátrium- (vagy hidrogén-) ionokkal helyettesíteni. Ennek eredményeként a folyadék normál keménységi szintet kap.

Az ilyen anyagokat a múlt század 60-as évei óta széles körben használták a vízkezelési eljárásokban. Ez az egyik megfizethető, környezetbarát és gyors szűrési mód. Lehetővé teszi a vízkő eltávolítását, a mosószerekkel való érintkezéskor jó habzás elérését és az idegen szennyeződések nélküli ivóvíz előállítását.

A háztartási szűrőkben leggyakrabban gél típusú ioncserélőket használnak (például kationcserélő KU-2-8, Dowex, Relite, Lewatit stb. Vegyi ellenállásuk, ozmotikus stabilitásuk van, és nem bocsátanak ki káros szennyeződéseket a tisztított vízbe. .

Mivel az ioncserélők kapacitása korlátozott, azt időben vissza kell állítani. Ehhez az ioncserélőt túl sok nátriumiont tartalmazó oldatba merítjük. Ebben az esetben a folyamat az ellenkező irányba megy: a nátriumionok felszívódnak, és kalcium- és magnéziumionok szabadulnak fel az oldatba. Az asztali sót általában regeneráló vegyületként használják.

Hogyan regeneráljunk gyantát konyhasóval?

Ehhez zárja el a bemeneti csapot, hogy elzárja a szűrő vízellátását, és engedje el a tiszta vizet, hogy csökkentse a nyomást a rendszer házaiban. Ezután vegye ki a mechanikus tisztítópatront és alaposan tisztítsa meg a szennyeződésektől folyó víz alatt kefével öblítve, és mossa ki a szűrőlombikot is. Ezen eljárások után helyezze be a helyére a mechanikus tisztítópatront.

Ezután be kell szereznie a patront az ioncserélővel. Regenerálásának menete a szűrőrendszer típusától függ: egyszerű szűrőkben a tartalom kiönthető és külön edényben regenerálható, bonyolultabb szűrőknél a granulátum eltávolítása nélkül történik a helyreállítás.

Az első esetben öntsön 2 liter 10%-os nem jódozott konyhasó oldatot a gyantába (100 g só 1 liter vízhez), és hagyja 6-8 órán át főzni. Ezt követően az ioncserélőt 2-3 alkalommal tiszta vízzel átmossuk, majd visszatöltjük.

A második lehetőség szerint a gyantát közvetlenül a patronba öntik 2 liter 10% -os sóoldattal, majd a patront egy mosott lombikba helyezik, és további 0,5 liter oldatot öntenek bele, és 8-10 órán át állni hagyják. Ezen idő elteltével a folyadékot leengedjük, és az ioncserélőt ismét 2 liter oldatba merítjük. A felesleges só eltávolítása érdekében a granulátumokat 2 liter tiszta vízzel mossuk.

Fontos pont! A műgyanta helyreállítása többször is elvégezhető, de fokozatosan szennyeződik a vízben lévő szennyeződésekkel és elveszti ioncserélő képességét. Ezért az ioncserélő patront körülbelül évente egyszer cserélni kell (a használat intenzitásától és a víz keménységétől függően).

> Ioncserélő gyanta

Az ioncserélő gyantákat széles körben használják vidéki házak, nyaralók és nyaralók víztisztító rendszereinek szűrőiben. Ez a szűrőközeg a múlt század végén terjedt el leginkább.

Külsőleg az ioncserélő gyanta kis golyók halmazának tűnik, amelyek átmérője nem haladja meg a millimétert. A golyók előállításához használt anyag speciális polimerek. Ha egy személy, aki nem jártas az ilyen típusú médiában, ránéz a gyantára, könnyen összetévesztheti a halikrával. De valójában olyan anyagot fog látni, amelynek egyedi és hasznos tulajdonsága van. A szűrőgyanta különféle szennyeződések ionjait képes visszatartani (a fémektől a keménysókig), helyettesítve azokat más anyagok biztonságos és ártalmatlan ionjaival. Vagyis ioncsere történik. Ez az eljárás adja a szűrőközeg nevét – ioncserélő gyanta.

Most nézzük meg közelebbről ezt az anyagot. Kémiai szempontból az ioncserélők (ez az ioncserélő gyanta tudományos neve) olyan nagy molekulatömegű vegyületek, amelyek funkciós csoportokkal képesek folyékony ionokkal cserereakcióba lépni. Egyes ioncserélők oxidációs, redukciós és fizikai szorpciós (bizonyos vegyületek abszorpciós) reakcióiban is részt vehetnek.

A szűrőgyanta különböző szerkezetű lehet: gél, porózus és közbenső.

A gélgyanta nem tartalmaz pórusokat, és az ioncsere folyamat csak akkor megy végbe, ha a gyanta duzzadt, gélszerű állapotban van (innen ered a szerkezet neve).

A porózus vagy makropórusos szerkezetet azért nevezik, mert a gyanta felületén nagyszámú pórus található, amelyek elősegítik az ioncserét.

Köztes szerkezet – átlagos tulajdonságok a gél és a porózus szerkezetek között.

Mi a lényeges különbségük? A szűrőgél szerkezetekhez használt gyanták nagyobb cserekapacitással rendelkeznek, mint a porózus szerkezetekhez használt gyanták. A pórusos ioncserélő gyanta azonban nagyobb kémiai és hőállósággal rendelkezik, vagyis szinte bármilyen vízhőmérsékleten nagyobb mennyiségű szennyeződést képes visszatartani.

Az ioncserélő gyanták másik felosztása az ionok töltése szerint. Ha a gyanta pozitív töltésű ionokat (kationokat) cserél, kationcserélőnek nevezzük; ha negatív töltésű (anionok), akkor a neve anionit lesz. Gyakorlati különbségük a különböző savasságú (pH-szintű) vízben való csereképességük. Egyes anioncserélők például 1–6 pH-értéken „működhetnek”, a kationcserélők pedig 7-nél nagyobb pH-értéken. Mindezeket a finomságokat azonban ismerniük kell az Önt vagy más forrást kiválasztó szakembereknek.

Az előállított ioncserélő gyanta általában sóionokat (klorid vagy nátrium) vagy sók keverékét más vegyületekkel (nátrium-hidrogén, hidroxil-klorid) tartalmaz.

A szűrőgyanta különböző lehet,
minden a teljesítményétől függ

Ezek közül a legfontosabb a gyanta nedvességtartalma. Minél kevesebb, annál jobb. Általában a nedvességet eltávolítják a gyantából, mielőtt speciális centrifugákba csomagolják.

Az ioncserélő gyanta jellemzőinek másik fontos mutatója a kapacitása. Megmutatja, hogy hány kezdeti ion van egységnyi tömegben vagy térfogatban a gyanta. Innen elkülönítik a súly- és térfogattárolókat, valamint külön a működő konténereket. Az első két kapacitás standard érték, ezeket laboratóriumban határozzák meg, és a késztermék jellemzőiben feltüntetik.

A működő ioncserélő kapacitás laboratóriumban nem mérhető mennyiség, mivel számos „működési” paramétertől függ: a gyantaréteg méretétől, a tisztított víz szennyezettségi szintjétől, áramlási sebességtől és sok mástól. Ha a gyanta működő ioncserélő kapacitása kimerül, ez azt jelenti, hogy a benne lévő ionok teljesen kicserélődtek a szennyező ionokkal, és vissza kell állítani a szűrőképességét (munkaképességét).

Milyen célokra használják az ioncserélő gyantát? Az ioncserélő gyantával ellátott szűrőket vidéki házak, nyaralók és nyaralók vízkezelő rendszereiben használják a keménységi sók eltávolítására vagy a víz lágyítására. Az ilyen szűrőkben a magnézium- és kalciumionokat ártalmatlan nátriumionokkal helyettesítik, és a konyhasó koncentrált oldatát regeneráló folyadékként használják, amely helyreállítja a gyanta működő ioncserélő képességét.

Az ioncserélő gyantával ellátott szűrők szintén használhatók vas, mangán és egyéb elemek eltávolítására, de az ezekben használt gyanta „sokoldalúsága” miatt többe kerül.

Osztályozás és alapfogalmak

Az ioncserélő szintetikus gyantákat széles körben használják az emberi tevékenység különböző területein. A napjainkban gyártott ioncserélők nagy részét a legkülönfélébb technológiai eljárásokban (szervetlen és szerves anyagok technológiája, szennyvíz- és gázhalmazállapotú közegek tisztítása, vízkezelés különféle technológiai folyamatokban, katalízis, radiokémia, orvostudomány és biológia) használják. Az ioncserélőket kis háztartási rendszerekben is alkalmazták ivóvíz tisztítására. Jelenleg az orosz ioncserélő gyanta piac nagy részét a Purolite, Rohm & Haas, Dow Chemical, Bayer, Pure Resin Co. külföldi cégek foglalják el. Ltd., az ukrán OJSC "Azot" (Cherkassy) és SE "Smoly" (Dneprodzerzhinsk), valamint az orosz OJSC "Azot" (Kemerovo), CJSC "TOKEM" (Kemerovo). A külföldi és hazai beszállítók által kínált gyanták választéka változatos és nagy. Ez a tény megnehezíti egy olyan egységes terminológia létrehozását, amely a legpontosabban és legteljesebben jellemzi tulajdonságaikat és ioncsere folyamataikat.

Az ioncserélő gyanták mesterséges, nagy molekulájú szerves vegyületek, amelyek ioncserélő tulajdonságokkal rendelkeznek. Az ioncserélő gyanták osztályozásának többféle típusa létezik.

A kationcserélők a polisavak, az anioncserélők pedig a polibázisok tulajdonságait mutatják.

Az általános név alatt a gyanták egy csoportja is található amfoter ioncserélők vagy poliamfolitok . Mobil savas és bázikus csoportokat tartalmaznak, és a körülményektől függően kationcserélőként vagy anioncserélőként működhetnek.

Az ionit a következőkből áll mátrix (keret) - az ioncserélő anyag nagy molekulájú, vízben vagy más oldószerben gyakorlatilag oldhatatlan része, amely bizonyos töltéssel rendelkezik (kationcserélőknél - negatív, anioncserélőknél - pozitív). A mobil ionok a mátrixhoz kapcsolódnak - ellenionok . Az ellenionok töltése ellentétes a mátrix ioncsoportjának töltésével. Általában az ioncserélő anyag szemcséje semleges. Az ellenanyagok mozgékonyak, és azonos előjelű ionokra cserélhetők. Az érthetőség kedvéért az ioncserélő egy szivacshoz hasonlítható, amelynek pórusaiban ellenionok keringenek. Ha szivacsot merítünk az oldatba, az ellenionok beköltöznek az oldatba, és helyüket az oldatból származó azonos előjelű ionok veszik át, hogy fenntartsák a szemcse elektromos semlegességét.

Ha egy ioncserélőt, amely csak egy típusú ellenionokat tartalmaz (az 1. ábrán kék színnel jelöljük), egy másik típusú ellenionokat tartalmazó oldatba helyezzük (az 1. ábrán pirossal láthatóak) , akkor az első típusú ionokat elkezdik felváltani a második típusú ionok.

a b

1. ábra - az ioncserélő és az oldat közötti ioncsere diagramja

A - kezdeti állapot; b - ioncsere egyensúly;

1 - mátrix rögzített ionokkal; 2 - ellenionok; 3 - coions.

Ez a folyamat addig tart, amíg be nem áll az egyensúly: az ioncserélő és az oldat kétféle iont tartalmaz majd meghatározott arányban. Ezt az állapotot általában ioncsere-egyensúlynak nevezik. Az ioncserélő az ellenionokon kívül olyan oldószert is kap, amelyben ionok vannak oldva - coions . A koionok olyan ionok, amelyek töltése megegyezik az ioncserélő mátrixéval.

Kationcserélők

A kationcserélők nagy molekulájú szilárd, oldhatatlan polisavak, amelyek savas csoportokat tartalmaznak: szulfocsoportok, karboxil-, foszfinsav, szelénsav stb.

RAn - | Kt +

Azokat a kationcserélőket, amelyekben minden mozgékony iont hidrogénionok képviselnek, H-kationcserélőnek vagy kationcserélő H-formájának nevezzük. Azokban az esetekben, amikor a hidrogén helyett a mozgó ionokat fémkationok (Na +, Ca 2+ stb.) képviselik, a sóforma megfelelő megnevezése Na- vagy Ca-kationit vagy kationit Na- vagy Ca-forma.

A kationcserélők erős savra és gyenge savra oszthatók. Az erős savas kationcserélők képesek ellenionokat cserélni külső ionokra lúgos, semleges és savas környezetben. A gyengén savas kationcserélők csak lúgos környezetben cserélnek ellenionokat más kationokra. Az erősen savasak közé tartoznak az erősen disszociált savcsoportokkal rendelkező kationcserélők - szulfonsavak. A gyengén disszociált savcsoportokkal – karboxilcsoportokkal – rendelkező kationcserélők gyengén savasnak minősülnek.

Anioncserélők

A szintetikus anioncserélők alapvető funkciós csoportokat tartalmaznak a makromolekulában, és szilárd polimer bázisok. Az anioncserélők vízben kis mobilitású makrokációvá (mátrix) és mobil anionokká disszociálnak:

RKt + | An -

A gyengén bázikus anioncserélők primer, szekunder, tercier és kvaterner aminocsoportokat, míg az erősen bázikus anioncserélők kvaterner aminocsoportokat tartalmaznak. Az erősen bázikus anioncserélők lúgos, semleges és savas környezetben, míg a gyengén bázikus anioncserélők csak savas környezetben cserélnek ellenionokat. Mint már említettük, az anioncserélők hidroxil (OH-) vagy só (Cl-) formában is szállíthatók. Az anioncserélők hidroxil formában történő hosszú távú tárolása során cserélőképességük csökkenhet, ami nagy valószínűséggel ezen polimerek oxidációjának köszönhető. Ennek eredményeként csökken a szabad főcsoportok száma. Ezért a gyantákat só formában és nedves állapotban javasolt tárolni.

Az ioncserélők fizikai-kémiai tulajdonságai

1. Csere kapacitás

A cserekapacitás az ioncserélők tulajdonságainak egyik legfontosabb mutatója. Az ioncserére képes funkciós csoportok száma határozza meg. Ezt levegőszáraz tömegegységekben vagy a duzzadt ioncserélő térfogategységeiben mérik, és ennek megfelelően mEq/g vagy mekv/cm3. Az orosz és a külföldi gyantagyártók általában gyakrabban jelzik a cserekapacitást a duzzadt ioncserélő térfogategységeiben ( mekv/cm3).

Megkülönböztetni teleÉs egyensúlyi cserekapacitás. A teljes cserekapacitás (TEC) a funkcionális csoportok teljes számának felel meg a nedves vagy egységnyi tömegű száraz ioncserélő egységnyi térfogatára vonatkoztatva. A POE értéke egy adott mintánál állandó. Mivel az ionos folyamat egyensúlyi folyamat, bevezetik az „egyensúlyi térfogati kapacitás” (POE) fogalmát. A POE számos folyamat körülménytől függ: a közeg pH-jától, hőmérsékletétől, oldatkoncentrációitól, a folyamat technológiai feltételeitől (oldat betáplálási sebessége, szűrési terület stb.). Így az egyensúlyi cserekapacitás változó érték, különböző feltételektől függően.

Szelektivitás

A szelektivitás bizonyos ionok vagy ioncsoportok szelektív elnyelésének képessége az oldatból. Gyengén térhálós (max. 8-10% DVB) szulfon-kationiton végzett kationcsere során olyan híg oldatokból, amelyekben nincsenek komplexképző reakciók, az alkáli- és alkáliföldfém-elemekre a következő szelektivitási sorozat megy végbe:

Cs + > Rb + > K + > Na + > Li +;

Ra 2+ > Ba 2+ > Sr 2+ > Ca 2+ > Mg 2+ > Be 2+.

Az alkáli- és alkáliföldfém-ionok affinitása egy gyengén térhálósított szulfonos kationcserélőhöz sorozatosan csökken, teljes összhangban atomszámuk és ionméretük csökkenésével, valamint a hidratált ion sugarának növekedésével.

A térhálósító ágens mennyiségének növekedése a monofunkciós szulfon-kationcserélőkben és a funkciós csoportok természetének megváltozása (például -SO 3 H-ról -COOH-ra) a szelektivitási sorozat teljes megfordulásához vezet.

A következő szelektivitási sorozatok jellemzőek az erősen bázikus anioncserélőkre:

SO > I - > NO > CrO > Br - > CSN - > Cl - > F - .

A gyenge bázisú anioncserélők fokozott szelektivitást mutatnak a hidroxil-ion (OH-) irányában, más ionok könnyen kiszorulnak belőle. A szelektivitási sorozat alakja:

OH - > SO > CrO > NO > Br - > Cl - > F - .

Ozmotikus stabilitás

Az ioncserélők vízben és szerves oldószerekben képesek duzzadni, és megnyilvánul az ozmotikus erők hatása az ioncserélő szemcséjére. Az ioncserélő vízben való duzzadási foka az ioncserélő tulajdonságaitól és az oldat összetételétől, valamint az oldat pH-értékeitől függ. A szemek duzzadási fokának növekedésével méretük nő, a duzzadás mértékének csökkenésével pedig csökken. Ezt a folyamatot az ioncserélő „légzésének” nevezik. A szemcsenyújtás és kompresszió ciklikus folyamatai a mátrixláncok megszakadásához és az ioncserélő szemcsék repedéséhez vezetnek. Az anioncserélők mechanikai szilárdságának kérdése különösen akut, mivel költségük magasabb, élettartamuk rövidebb, mint a kationcserélőké. Lehetetlen teljesen kiküszöbölni az ozmotikus erők hatását az ioncserélő szemcséjére, de bizonyos intézkedéseknek köszönhetően csökkenthető. A nedves állapotban szállított ioncserélőt nem szabad hagyni, hogy kiszáradjon (általában a nedvesség tömeghányada 40-65%). Az ozmotikus sokk elkerülése érdekében a levegőszáraz ioncserélőket előzetesen tömény nátrium-klorid-oldatba áztatják.

Mechanikai szilárdság

Az ioncserélő ozmotikus stabilitása és mechanikai szilárdsága függ az ioncserélő mátrix szerkezetétől, a szemcse alakjától, a hőmérséklettől, a közeg tulajdonságaitól és egyéb tényezőktől. Az ioncserélő szemcse tönkremenetele az elégtelen ozmotikus stabilitás következtében következik be, amikor a szemcsék egymáshoz, a berendezés falához dörzsölődnek, valamint a környezet mozgó áramlásaival érintkezve. Az ioncserélő oszlopok nyomásesése az ioncserélő granulátumok repedését vagy teljes tönkremenetelét is okozhatja. A hazai szakirodalomban két fogalmat használnak az ioncserélő anyagok mechanikai szilárdságának értékelésére: kopás- az anyag kopása a szemcsék egymáshoz való súrlódása miatt a mosás során (határérték - 0,5%) és darálhatóság- szemcsék repedéséből adódó kopás (max. 4%). Az importgyantákat a mutató jellemzi « repedt"- az ép és repedt szemcsék százalékos aránya és indikátor « törött"- az ép és teljesen megsemmisült szemcsék százalékos aránya.

Granulometrikus összetétel

A teljes ioncsere folyamat sebességét a korlátozó szakasz határozza meg. A vizes környezetben végbemenő folyamatok esetében ez a vízionok és a mosandó gyantarészecske közötti ioncsere sebessége. A mosott részecske külső felületén álló vízfilm képződik, melynek vastagsága az áramlási sebességtől és a gyantaszemcse méretétől függ. Az ionnak, amely hajlamos bejutni a gyantarészecskébe, a funkciós csoportba, a vízből a filmen keresztül kell diffundálnia, és a részecske határfelületén át kell jutnia a gyantába. A tiszta gyantákban a diffúziós utak nem szennyezettek idegen szennyeződésekkel, és a szemcse felületéhez való hozzáférés nincs akadályozva. Az áramlási sebesség növekedésével a vízréteg vastagsága csökken, ami megkönnyíti az ionok átjutását a szemcse felületére. A víz hőmérsékletének emelkedése viszkozitásának csökkenéséhez vezet, ami növeli a diffúzió sebességét és növeli az ioncsere kinetikáját. Egy másik fontos tényező a részecske térfogatának és felületének aránya. A szemcseátmérő csökkenésével minden egyes funkcionális csoport nagyobb cserefelületet képvisel.

Optimális kapcsolat van a szemcsék mérete és az ioncserélő szűrőkbe öntött anyagréteg vastagsága között. A finomszemcsés, fejlettebb felületű ioncserélő valamivel nagyobb ioncserélő kapacitással rendelkezik, mint a durva szemcsés. A kationcserélő szemcséinek csökkenésével azonban nő a hidraulikus ellenállás és a vízszűréshez szükséges energiafogyasztás. A fentiek alapján a legelterjedtebbek a 0,3 - 1,5 mm szemcseméretű gyanták. A kezelt víz és a regeneráló oldat ellentétes áramlású ionizációs technológiáknál a szemcsék egyenletessége (monodiszperzitás) nagy jelentőséggel bír. A szemcseméret egyenletességének mértéke jelentősen befolyásolja az ioncsere folyamatát. Az öblítés során a finom frakciók eltávolítása sokkal korábban kezdődik, mint a nagyobb részecskék mozgása. Ha csökkenti a mosási sebességet, hogy megakadályozza a finomszemcsék eltávolítását, a nagy részecskék nem moshatók ki kellőképpen.

Az ioncserélő anyag frakcionált összetételét jellemző fő paramétereket szitaanalízissel határozzuk meg. Az anyagmintát egy sor kalibrációs szitán átszitáljuk, a szitákon lévő maradékokat lemérjük, és meghatározzuk a különböző frakciók százalékos arányát. A kapott eredmények alapján kiszámítják egyenértékű szemcseátmérőd e (effektív méret), mm.

d e = ,

Ahol p i- átlagos átmérőjű szemek százalékos aránya dk rostálás közben a szitán maradva. Átlagos átmérő dk a szita lyukbősége.

Terhelés heterogenitási tényezőjek n

k n = ,

d 80- a szita kalibere, amelyen az ioncserélő szemcsék 80%-a áthaladt;

d 10- a szita kalibere, amelyen 10% áthaladt az ioncserélő szemcsék szitálása során.

Vegyi ellenállás

Vegyi ellenállásioncserélő gyanta A térfogati kapacitás változásai, az ionogén csoportok típusa, a mechanikai szilárdság határozza meg, és függ az agresszív környezet természetétől, a polimer váz szerkezetétől és a funkciós csoportok kötődésének erősségétől. A C-C, C-P, C-S típusú kötések kémiailag stabilak, a C-N, C-O kötések könnyen hidrolizálódnak. Ezért a kationcserélők kémiai ellenállása általában nagyobb, mint az anioncserélőké. A savak és lúgok pusztító hatásaival szemben a legellenállóbbak a sztirol és divinil-benzol kopolimerjein alapuló szulfon-kationcserélők. A gyengén bázikus anioncserélők kevésbé érzékenyek a kémiai károsodásra, mint az erősen bázikus anioncserélők. Ebben a tekintetben az anioncserélő gyantákat alkalmazó sémákban az első lépésben gyengén bázikus anioncserélőt, a második szakaszban pedig egy erősen bázikus anioncserélőt alkalmaznak.

A különféle oxidálószerek (klór, ózon, hidrogén-peroxid stb.) romboló hatást gyakorolnak a gyantára. Az oxidációs folyamatok során az ioncserélő keretben lévő különböző csoportok közötti kötések megsemmisülnek, a mátrix szerkezete felborul, a térhálósodás mértéke csökken. Különféle vegyi anyagok hatására az ioncserélők peptizálódhatnak, azaz kolloid állapotba kerülhetnek és elveszíthetik ioncserélő képességüket.

Hőállóság

Amikor egy szulfonos kationcserélőt vízben melegítenek, a szulfocsoportok eliminálódnak, és kénsav keletkezik:

RSO3H + H2O RH + H 2 SO 4 RSO 3 M + H 2 O RH + MHSO 4 .

Termikus hidrolízisük kisebb sebességgel megy végbe, mint a H-kationcserélők hidrolízise.

Az anioncserélők hajlamosabbak a termikus hidrolízis során visszafordíthatatlan folyamatokra, mint a kationcserélők. Az erősen bázikus anioncserélőknek van a legkisebb vegyszerállósága. A dezaminációs reakciók (az aminocsoport eltávolítása) és a pusztulás (a kémiai kötések felbomlása, ami a polimerizáció fokának csökkenéséhez vezet) során az erős bázikus anioncserélők gyenge bázikusakká alakulnak. Az ilyen kémiai átalakulások eredményeként aminok, valamint kis és nagy molekulatömegű alkoholok keletkeznek. A kationcserélőkhöz hasonlóan az anioncserélők is nagyobb stabilitást mutatnak só formájában.

ábra: A teljes dinamikus PDOE és a DOE dinamikus cserekapacitásának összehasonlítása. Az A árnyékolt terület a DOE-nek, a görbe feletti teljes terület pedig, figyelembe véve a sószivárgást, a PDOE-nek felel meg.

Szelektivitás

A szelektivitás alatt azt a képességet értjük, hogy az ionokat szelektíven felszívja az összetett összetételű oldatokból. A szelektivitást az ionogén csoportok típusa, az ioncserélő mátrix keresztkötéseinek száma, a pórusméret és az oldat összetétele határozza meg. A legtöbb ioncserélő esetében a szelektivitás alacsony, de speciális mintákat fejlesztettek ki, amelyek bizonyos ionokat nagy mértékben kivonnak.

Mechanikai szilárdság

Az ioncserélő mechanikai igénybevételnek ellenálló képességét mutatja. Az ioncserélők kopását speciális malomban vagy bizonyos számú részecskét elpusztító terhelés súlya alapján tesztelik. Minden polimerizációs ioncserélő nagy szilárdságú. A polikondenzációsaknál lényegesen alacsonyabb. A polimer térhálósodási fokának növelése növeli annak szilárdságát, de rontja az ioncsere sebességét.

Ozmotikus stabilitás.

Az ioncserélő részecskék legnagyobb pusztulása akkor következik be, amikor megváltoznak a környezet jellemzői, amelyben elhelyezkednek. Mivel minden ioncserélő strukturált gél, térfogatuk a sótartalomtól, a közeg pH-jától és az ioncserélő ionformájától függ. Ha ezek a jellemzők megváltoznak, a szemek térfogata megváltozik. Az ozmotikus hatás miatt a tömény oldatokban a szem térfogata kisebb, mint a híg oldatokban. Ez a változás azonban nem egyszerre következik be, hanem úgy, hogy az „új” oldat koncentrációja a szemcsetérfogatban kiegyenlítődik. Ezért a külső réteg gyorsabban összehúzódik vagy kitágul, mint a részecske magja; Nagy belső feszültségek lépnek fel, és a felső réteg leszakad, vagy a teljes szemcse széthasad. Ezt a jelenséget "ozmotikus sokknak" nevezik. Mindegyik ioncserélő képes ellenállni a környezeti jellemzők ilyen változásainak bizonyos számú ciklusának. Ezt nevezik ozmotikus erősségének vagy stabilitásának.

A legnagyobb térfogatváltozás a gyengén savas kationcserélőkben következik be. A makropórusok jelenléte az ioncserélő szemcsék szerkezetében megnöveli annak munkafelületét, felgyorsítja a túlduzzadást, és lehetővé teszi az egyes rétegek „lélegzését”. Emiatt a makropórusos szerkezetű, erősen savas kationcserélők ozmotikusan a legstabilabbak, a gyengén savas kationcserélők pedig a legkevésbé ozmotikusan.

Az ozmotikus stabilitást úgy definiáljuk, mint a teljes kiőrlésű szemek számát osztva a teljes kiindulási számukkal, miután az ioncserélő mintáját ismételten (150-szer) kezelték felváltva sav és lúg oldatában, közbenső köztes ioncserélt vízzel végzett mosással.

Kémiai stabilitás

Minden ioncserélőnek van egy bizonyos ellenállása a savak, lúgok és oxidálószerek oldataival szemben. Minden polimerizációs ioncserélő nagyobb vegyszerállósággal rendelkezik, mint a polikondenzációs ioncserélők. A kationcserélők ellenállóbbak, mint az anioncserélők. Az anioncserélők közül a gyengén bázikusak jobban ellenállnak a savaknak, lúgoknak és oxidálószereknek, mint az erősen bázikusak.

Hőmérséklet stabilitás

A kationcserélők hőmérsékleti stabilitása magasabb, mint az anioncserélőké. A gyenge savas kationcserélők 130 °C-ig, az erős savak, mint a KU-2-8 - 100-120 °C-ig, a legtöbb anioncserélő pedig legfeljebb 60, maximum 80 °C-on üzemel. Ebben az esetben Általában a H- vagy OH-formájú ioncserélők kevésbé stabilak, mint a sóké.

A nagyvárosok lakosainak többsége közös probléma az ivóvíz minősége.

Igen, nem túl gyakran fordul elő, hogy a csapokból koszos, rozsdás víz folyik, vagy hidrogén-szulfidtól bűzlő folyadék, de ez sürgető probléma, és megfelelő szintű vízkezelés nélkül az ilyen víz ivó- és háztartási felhasználása problémás. számos okból.

A kemény víz, amely nem ment át a tisztítási és lágyulási szakaszon, jelentős károkat okoz a vízmelegítő készülékekben - mosógépben, mosogatógépben, elektromos vízforralóban. Ha kemény vízzel dolgozik, ezek az eszközök jóval korábban meghibásodnak, mint a gyártó szándéka szerint normál működési körülmények között.

Ez azzal magyarázható, hogy a fűtőelemeken vízkőréteg képződik, amely a fém felgyorsult korrózióját váltja ki.

1 Mi a technológia a vízlágyításra ionok segítségével?

A leghatékonyabb módszer ma a vízlágyítás ioncserélő módszerrel. A víz ioncserélő módszerrel történő kezelésénél lehetőség nyílik a lehető leghatékonyabb működésre. Nem véletlenül olyan népszerű ez a vízkezelési módszer a mindennapi életben és az iparban egyaránt.

Mint ismeretes, a víz keménységét a benne oldott kalcium- és magnéziumsók okozzák. Az ioncserélő módszer lényege, hogy bizonyos kémiai reagensek, amelyeket ioncserélő anyagoknak, vagy egyszerűen csak ioncserélőknek neveznek, hajlamosak a víz ionszerkezetét a kívánt irányba szabályozni.

Ez lehetővé teszi az ásványi keménységű sók helyettesítését más kémiai szerkezetekkel, amelyek nem kölcsönöznek nemkívánatos tulajdonságokat a víznek.

Az ezzel a módszerrel végzett vízkezeléshez speciális szűrőberendezéseket használnak, amelyeket ioncserélőkkel töltenek meg, amelyeken keresztül vizet vezetnek át.

Amikor a kemény víz áthatol egy ioncserélő anyagon, a benne oldott elektrolit ionok nagy része ugyanannyi ioncserélő ionra cserélődik, aminek következtében magának a víznek és a kémiai reagensnek a kémiai szerkezete megváltozik.

1.1 Előnyök és hátrányok

2 A munkához szükséges felszerelések

A berendezés műszaki jellemzői, valamint ára elsősorban az alkalmazási körtől függ: a szennyvízszűrők hatalmas méretűek lehetnek, míg a háztartási eszközök meglehetősen kompakt méretűek.

Ami az árakat illeti, az otthoni vízkezeléshez szükséges eszköz minimális költsége legalább 300 dollár.

Manapság az összes ionos lágyító szűrő két fő változatban kapható:

Kis helyhez kötött szűrők cserélhető patronnal;
Az ioncserélő oszlopok nagy, vízvezetékhez csatlakoztatott eszközök, amelyek általában automatizált gyantavisszanyerési folyamattal rendelkeznek.

Az oszlop típusú szűrők a következő konfigurációval rendelkeznek:

Munkaképesség - lezárt tartály vagy henger formájában készül, amely ioncserélő gyantával van megtöltve;
Szelep elektronikus processzorral, amely szabályozza a vízellátást;
Tartály helyreállítási anyaghoz - alapvetően tartály alakú, amelybe sót öntenek.

Az ilyen lágyítóberendezések működése teljesen automatizált: a processzor vizet juttat az oszlopba, amely az ioncserélő közegbe kerülve keménységi sók ionjait bocsátja a gyantához, majd a már megtisztított vizet a kimeneti tömlőn keresztül vezetik. a vízfogyasztó készülékekhez.

Amikor az ioncserélő gyanta kimerült és regenerálásra szorul, a készülék kis mennyiségű folyadékot fecskendez a reagenstartályba, amelyet sóoldattal való telítés után visszajuttat a gyantába. A keringés addig tart, amíg a rendszer teljesen helyreáll.

Általában a háztartási vízkezelő oszlopok és a szennyvíz szűrésére szolgáló ipari berendezések csak a munkatartály méretében és a felhasznált reagensek típusában térnek el egymástól.

2.1 Az ionos gyanta visszanyerése a patronban

A patronos szűrőkben a gyanta helyreállítása manuálisan történik, ez a következőképpen történik:

A szűrő vízellátása megszűnik, és a belső nyomás megszűnik.
Távolítsa el a gyantapatront.
Folyó víz alatti öblítéssel megtisztítjuk a szennyeződésektől.
Ha a patront szétszerelik, akkor a gyantát egy külön tartályba öntik, és ha nem, akkor az egész patront leengedik. Sóoldatot készítünk 1 liter vízhez 100 gramm sót. Körülbelül 2-4 liter folyadékra lesz szükségünk.
Hagyja a gyantát az oldatban 6-8 órán át, majd lecsepegtetjük és 2-3 alkalommal tiszta, előszűrt vízzel leöblítjük.
A kazettát az eredeti helyére helyezték be.
A szűrőn áthaladó első liter vízben a gyanta helyreállítása után enyhe sóízt érezhet - ez normális fél órán belül.