Iónomeničové živice: aplikácia. Ako efektívne sú pri čistení vody? Čo je to iónomeničová živica? Ako to funguje? Účel iónomeničovej živice

Na zabezpečenie vysokej úrovne čistenia vody doma je potrebné použiť trojstupňový filtračný systém. Takýto systém zahŕňa kazetu na mechanické čistenie, zmäkčovanie (ktorá využíva iónomeničovú živicu) a následné čistenie z aktívneho uhlia.

Zdroj takýchto kaziet je približne 5-7 tisíc litrov, takže ich stačí raz ročne vymeniť za nové. Je tu však jeden dôležitý bod: účinnosť náplne s iónomeničom priamo závisí od úrovne tvrdosti vstupujúcej kvapaliny a jej plné využitie je možné len pri pravidelnej regenerácii.

Iónomeničové živice: všeobecný popis

Sú to zlúčeniny vo forme malých guľôčok, zvyčajne jantárovej farby. Sú schopné zachytiť ióny horčíka a vápnika z vodných roztokov a nahradiť ich iónmi sodíka (alebo vodíka). Výsledkom je, že kvapalina získa normálnu úroveň tvrdosti.

Takéto materiály sa široko používajú v procesoch úpravy vody od 60. rokov minulého storočia. Ide o jeden z cenovo dostupných, ekologických a rýchlych spôsobov filtrácie. Umožňuje zbaviť sa vodného kameňa, dosiahnuť dobrú penivosť pri kontakte s čistiacimi prostriedkami a získať pitnú vodu bez cudzích nečistôt.

Vo filtroch pre domácnosť sa najčastejšie používajú gélové iónomeniče (napríklad katex KU-2-8, Dowex, Relite, Lewatit atď. Majú chemickú odolnosť, osmotickú stabilitu a neuvoľňujú do čistenej vody škodlivé nečistoty .

Keďže kapacita iónomeničov je obmedzená, je potrebné ju včas obnoviť. Na tento účel sa iónomenič ponorí do roztoku obsahujúceho prebytočné ióny sodíka. V tomto prípade bude proces prebiehať opačným smerom: ióny sodíka sa absorbujú a ióny vápnika a horčíka sa uvoľňujú do roztoku. Ako regeneračná zmes sa zvyčajne používa kuchynská soľ.

Ako regenerovať živicu pomocou kuchynskej soli?

Za týmto účelom zatvorte prívodný kohútik, aby ste uzavreli prívod vody do filtra, a zapnite čistú vodu, aby ste uvoľnili tlak v krytoch systému. Potom by ste mali vybrať mechanickú čistiacu vložku a dôkladne ju očistiť od nečistôt opláchnutím pod tečúcou vodou kefou a tiež umyť filtračnú banku. Po týchto postupoch nainštalujte mechanickú čistiacu kazetu na miesto.

Potom musíte získať kazetu s iónomeničom. Postup pri jeho regenerácii závisí od typu filtračného systému: v jednoduchých filtroch je možné obsah vyliať a regenerovať v samostatnej nádobe, pri zložitejších filtroch sa obnova vykonáva bez odstránenia granúl.

V prvom prípade nalejte do živice 2 litre 10% roztoku nejodovanej kuchynskej soli (100 g soli na 1 liter vody) a nechajte lúhovať 6-8 hodín. Potom sa iónomenič 2-3 krát premyje čistou vodou a znova sa naplní.

Druhá možnosť spočíva v naliatí živice priamo do kazety s 2 litrami 10% soľného roztoku, potom sa kazeta vloží do umytej banky a naleje sa ďalších 0,5 litra roztoku a nechá sa 8-10 hodín. Po tejto dobe sa kvapalina vypustí a iónomenič sa opäť ponorí do 2 litrov roztoku. Na odstránenie prebytočnej soli sa granule premyjú 2 litrami čistej vody.

Dôležitý bod! Obnova živice sa môže vykonávať opakovane, ale postupne sa kontaminuje nečistotami obsiahnutými vo vode a stráca svoju iónomeničovú kapacitu. Preto je potrebné ionexovú kartušu vymeniť približne raz ročne (v závislosti od intenzity používania a tvrdosti vody).

> Živica na výmenu iónov

Iónomeničové živice sa široko používajú vo filtroch pre systémy na čistenie vody vo vidieckych domoch, chatách a letných chatách. Toto filtračné médium sa najviac rozšírilo koncom minulého storočia.

Vonkajšie iónomeničová živica vyzerá ako zhluk malých guľôčok, ktorých priemer nepresahuje jeden milimeter. Materiál použitý na výrobu týchto loptičiek sú špeciálne polyméry. Ak sa na živicu pozrie človek neznalý tohto typu médií, ľahko si ju pomýli s rybím ikry. Ale v skutočnosti uvidí materiál, ktorý má jedinečnú a užitočnú vlastnosť. Filtračná živica môže zadržiavať ióny rôznych nečistôt (od kovov až po soli tvrdosti) a nahradiť ich bezpečnými a neškodnými iónmi iných látok. To znamená, že dochádza k výmene iónov. Tento proces dáva filtračnému médiu názov – iónomeničová živica.

Teraz sa pozrime na tento materiál bližšie. Z chemického hľadiska sú iónomeniče (a toto je vedecký názov iónomeničovej živice) vysokomolekulárne zlúčeniny s funkčnými skupinami, ktoré môžu vstúpiť do výmenných reakcií s kvapalnými iónmi. Niektoré iónomeniče sa môžu podieľať aj na oxidačných, redukčných a fyzikálnych sorpčných (absorpčných) reakciách (absorpcia určitých zlúčenín).

Filtračná živica môže mať rôzne štruktúry: gélovú, poréznu a strednú.

Gélové živicové živice nemajú póry a proces iónovej výmeny nastáva iba vtedy, keď je živica v napučanom, gélovitom stave (odtiaľ názov štruktúry).

Porézna alebo makroporézna štruktúra sa tak nazýva, pretože na povrchu živice je veľké množstvo pórov, ktoré uľahčujú výmenu iónov.

Stredná štruktúra – priemerné vlastnosti medzi gélovými a poréznymi štruktúrami.

Aký je ich významný rozdiel? Živice pre filtračné gélové štruktúry majú vyššiu výmennú kapacitu ako živice pre porézne štruktúry. Ale iónomeničová živica s pórmi má väčšiu chemickú a tepelnú odolnosť, to znamená, že dokáže zadržať väčšie množstvo nečistôt pri takmer akejkoľvek teplote vody.

Ďalšie rozdelenie iónomeničových živíc podľa náboja iónov. Ak živica vymieňa kladne nabité ióny (katióny), nazýva sa to katex; ak je záporne nabitý (anióny), jeho názov bude anionit. Ich praktickým rozdielom je ich schopnosť výmeny vo vode s rôznymi úrovňami kyslosti (úrovne pH). Niektoré aniónomeniče môžu napríklad „pracovať“ pri pH 1 – 6 a katexy – pri pH vyššom ako 7. Všetky tieto jemnosti však musia poznať špecialisti, ktorí vyberajú vás alebo iný zdroj.

Vyrobená iónomeničová živica zvyčajne obsahuje ióny solí (chloridové alebo sodné) alebo zmes solí s inými zlúčeninami (vodík sodný, hydroxylchlorid).

Filtračná živica môže byť rôzna,
všetko závisí od jej výkonu

Najdôležitejší z nich je obsah vlhkosti živice. Čím menej, tým lepšie. Pred balením do špeciálnych odstrediviek sa zo živice spravidla odstraňuje vlhkosť.

Ďalším dôležitým ukazovateľom charakteristík iónomeničovej živice je jej kapacita. Ukazuje, koľko počiatočných iónov je prítomných na jednotku hmotnosti alebo objemu živice. Odtiaľ sa oddeľujú hmotnostné a objemové kontajnery a samostatne aj pracovný. Prvé dve kapacity sú štandardné hodnoty, sú stanovené v laboratóriách a sú uvedené v charakteristikách hotového výrobku.

Pracovná iónomeničová kapacita je veličina, ktorú nie je možné merať v laboratóriách, pretože závisí od mnohých „pracovných“ parametrov: veľkosti vrstvy živice, úrovne kontaminácie čistenej vody, prietoku a mnohých ďalších. Keď je pracovná iónomeničová kapacita živice vyčerpaná, bude to znamenať, že ióny v nej sa úplne vymenili s iónmi nečistôt a je potrebné obnoviť jej filtračnú kapacitu (pracovnú kapacitu).

Na aké účely sa používa iónomeničová živica? Filtre s iónomeničovou živicou sa používajú v systémoch úpravy vody vidieckych domov, chát a letných chát na odstránenie solí z tvrdosti alebo zmäkčenie vody. V takýchto filtroch sú ióny horčíka a vápnika nahradené neškodnými iónmi sodíka a koncentrovaný roztok kuchynskej soli sa používa ako regeneračná kvapalina, ktorá obnovuje pracovnú iónomeničovú kapacitu živice.

Na odstránenie železa, mangánu a iných prvkov možno použiť aj filtre s iónomeničovou živicou, ale živica v nich použitá bude drahšia kvôli svojej „všestrannosti“.

Klasifikácia a základné pojmy

Syntetické živice na výmenu iónov sú široko používané v rôznych oblastiach ľudskej činnosti. Väčšina dnes vyrábaných iónomeničov sa používa v rôznych technologických procesoch (technológia anorganických a organických látok, čistenie odpadových vôd a plynných médií, príprava vody v rôznych technologických procesoch, katalýza, rádiochémia, medicína a biológia). Iónové výmenníky našli uplatnenie aj v malých domácich systémoch na čistenie pitnej vody. V súčasnosti väčšinu ruského trhu s iónomeničovými živicami zaberajú zahraničné spoločnosti Purolite, Rohm & Haas, Dow Chemical, Bayer, Pure Resin Co. Ltd, ukrajinská OJSC "Azot" (Čerkassy) a SE "Smoly" (Dneprodzeržinsk), ako aj ruská OJSC "Azot" (Kemerovo), CJSC "TOKEM" (Kemerovo). Sortiment živíc ponúkaný zahraničnými aj domácimi dodávateľmi je rôznorodý a veľký. Táto skutočnosť sťažuje vytvorenie jednotnej terminológie, ktorá by čo najpresnejšie a úplne charakterizovala ich vlastnosti a procesy výmeny iónov.

Iónomeničové živice sú umelé organické vysokomolekulárne zlúčeniny, ktoré majú iónomeničové vlastnosti. Existuje niekoľko typov klasifikácie iónomeničových živíc.

Katiónomeniče vykazujú vlastnosti polykyselín a aniónomeniče vlastnosti polybáz.

Pod všeobecným názvom existuje aj skupina živíc amfotérne iónomeniče alebo polyamfolyty . Obsahujú mobilné kyslé a zásadité skupiny a v závislosti od podmienok môžu pôsobiť ako katexy alebo aniónomeniče.

Ionit pozostáva z matrica (rám) - vysokomolekulárna, vo vode alebo iných rozpúšťadlách prakticky nerozpustná časť iónomeničového materiálu, ktorá má určitý náboj (pre katexy - negatívny, pre anexy - pozitívny). Mobilné ióny sú spojené s matricou - protiióny . Protiióny majú náboj opačný ako náboj iónovej skupiny matrice. Vo všeobecnosti je zrno iónomeničového materiálu neutrálne. Protiióny sú mobilné a môžu sa vymeniť za ióny rovnakého znamienka. Pre prehľadnosť možno iónomenič prirovnať k špongii, v ktorej póroch cirkulujú protiióny. Ak ponoríte špongiu do roztoku, protiióny sa presunú do roztoku a ich miesto zaujmú ióny rovnakého znamienka z roztoku, aby sa zachovala elektrická neutralita zrna.

Ak sa iónomenič obsahujúci iba protiióny jedného typu (na obrázku 1 sú znázornené modrou farbou), umiestni do roztoku s protiiónmi iného typu (na obrázku 1 sú znázornené červenou farbou) , potom sa ióny prvého typu začnú nahrádzať iónmi druhého typu.

a b

Obrázok 1 - schéma výmeny iónov medzi iónomeničom a roztokom

A - počiatočný stav; b - rovnováha výmeny iónov;

1 - matrica s fixovanými iónmi; 2 - protiióny; 3 - koióny.

Tento proces bude pokračovať, kým sa nenastolí rovnováha: iónomenič a roztok budú obsahovať ióny dvoch typov v určitom pomere. Tento stav sa zvyčajne nazýva rovnováha výmeny iónov. Okrem protiiónov iónový výmenník prijíma rozpúšťadlo s rozpustenými iónmi - koióny . Koióny sú ióny, ktoré majú rovnaký náboj ako matrica iónomeniča.

Katiónové výmenníky

Katiónomeniče sú vysokomolekulárne pevné nerozpustné polykyseliny obsahujúce kyslé skupiny: sulfoskupiny, karboxyl, kyselina fosfínová, kyselina selénová atď. Vo vode disociujú na málo pohyblivý makroanión (matrix) a mobilné katióny:

RAN - | Kt +

Katiónomeniče, v ktorých sú všetky mobilné ióny zastúpené iónmi vodíka, sa označujú ako H-katexy alebo H-forma katexu. V prípadoch, keď sú namiesto vodíka mobilné ióny zastúpené katiónmi kovov (Na +, Ca 2+ atď.), zodpovedajúce označenie formy soli je Na- alebo Ca-katión alebo Na- alebo Ca-forma kationitu.

Katiónové meniče možno rozdeliť na silnú kyselinu a slabú kyselinu. Silné kyslé katexy sú schopné vymieňať protiióny za vonkajšie ióny v alkalickom, neutrálnom a kyslom prostredí. Slabo kyslé katexy vymieňajú protiióny za iné katióny iba v alkalickom prostredí. Medzi silne kyslé patria katexy so silne disociovanými kyslými skupinami – sulfónové kyseliny. Katiónomeniče so slabo disociovanými kyslými skupinami - karboxylovými skupinami - sú klasifikované ako slabo kyslé.

Výmenníky aniónov

Syntetické aniónomeniče obsahujú základné funkčné skupiny v makromolekule a sú to pevné polymérne bázy. Aniónomeniče disociujú vo vode na nízkomobilný makrokatión (matrica) a mobilné anióny:

RKt + | An -

Slabo zásadité aniónomeniče obsahujú primárne, sekundárne, terciárne a kvartérne aminoskupiny, zatiaľ čo silne zásadité aniónomeniče obsahujú kvartérne aminoskupiny. Silne zásadité aniónomeniče vymieňajú protiióny v alkalickom, neutrálnom a kyslom prostredí, zatiaľ čo slabo zásadité aniónomeniče vymieňajú protiióny iba v kyslom prostredí. Ako už bolo uvedené, aniónomeniče môžu byť dodávané vo forme hydroxylu (OH-) alebo soli (Cl-). Pri dlhodobom skladovaní aniónomeničov v hydroxylovej forme môže dôjsť k zníženiu ich výmennej kapacity, čo je najpravdepodobnejšie spôsobené oxidáciou týchto polymérov. V dôsledku toho klesá počet voľných hlavných skupín. Preto sa odporúča skladovať živice vo forme soli a vo vlhkom stave.

Fyzikálno-chemické vlastnosti iónomeničov

1. Výmenná kapacita

Výmenná kapacita je jedným z najdôležitejších ukazovateľov vlastností iónomeničov. Je určená počtom funkčných skupín schopných iónovej výmeny. Meria sa v jednotkách hmotnosti suchého vzduchu alebo v jednotkách objemu napučaného iónomeniča a podľa toho sa vyjadruje v mEq/g alebo mEq/cm3. Ruskí a zahraniční výrobcovia živice spravidla častejšie uvádzajú kapacitu výmeny v jednotkách objemu napučaného iónomeniča ( mEq/cm3).

Rozlišovať plný A rovnováha výmenná kapacita. Celková výmenná kapacita (TEC) zodpovedá celkovému počtu funkčných skupín na jednotku objemu mokrého alebo na jednotku hmotnosti suchého iónomeniča. Hodnota POE je pre danú vzorku konštantná. Keďže iónový proces je rovnovážny proces, zavádza sa pojem „rovnovážna objemová kapacita“ (POE). POE závisí od množstva podmienok procesu: pH média, teplota, koncentrácie roztoku, technologické podmienky procesu (rýchlosť prívodu roztoku, plocha filtrácie atď.). Rovnovážna výmenná kapacita je teda premenlivá hodnota v závislosti od rôznych podmienok.

Selektivita

Selektivita je schopnosť selektívne absorbovať určité ióny alebo skupiny iónov z roztoku. Počas výmeny katiónov na slabo zosieťovanom (až 8 - 10 % DVB) sulfónovom katiónite zo zriedených roztokov, v ktorých nedochádza k žiadnym komplexačným reakciám, dochádza k nasledujúcim radom selektivity pre prvky alkalických kovov a kovov alkalických zemín:

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

Ra2+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ > Be2+.

Afinita iónov alkalických kovov a kovov alkalických zemín k slabo zosieťovaným sulfónovým katexom klesá v sérii úplne v súlade s poklesom ich atómového čísla a veľkosti iónov a so zväčšením polomeru hydratovaného iónu.

So zvýšením množstva sieťovacieho činidla v monofunkčných sulfónových katexoch a zmenou charakteru funkčných skupín (napríklad z -S03H na -COOH) dochádza k úplnému zvráteniu série selektivity.

Pre silne zásadité aniónomeniče sú charakteristické nasledujúce série selektivít:

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

Aniónomeniče so slabou bázou vykazujú zvýšenú selektivitu voči hydroxylovým iónom (OH-), ostatné ióny sú ním ľahko vytesňované. Séria selektivity má tvar:

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

Osmotická stabilita

Iónomeniče sú schopné napučiavať vo vode a organických rozpúšťadlách a prejavuje sa vplyv osmotických síl na zrno ionexu. Stupeň napučania iónomeniča vo vode závisí od vlastností iónomeniča a zloženia roztoku a hodnôt pH roztoku. So zvyšovaním stupňa napučania zŕn sa zväčšuje ich veľkosť a so znížením stupňa napučiavania zrno klesá. Tento proces sa nazýva „dýchanie“ iónomeniča. Cyklické procesy naťahovania a stláčania zŕn vedú k lámaniu matricových reťazcov a praskaniu ionomeničových granúl. Otázka mechanickej pevnosti aniónových meničov je obzvlášť naliehavá, pretože ich cena je vyššia a ich životnosť je kratšia ako u katexov. Účinok osmotických síl na ionexové zrno nie je možné úplne eliminovať, ale vďaka niektorým opatreniam ho možno znížiť. Iónomenič dodávaný v mokrom stave by sa nemal nechať vyschnúť (hmotnostný podiel vlhkosti je spravidla 40 - 65%). Aby sa predišlo osmotickému šoku, vzduchom vysušené iónomeniče sú vopred namočené v koncentrovanom roztoku chloridu sodného.

Mechanická pevnosť

Osmotická stabilita a mechanická pevnosť iónomeniča závisí od štruktúry matrice iónomeniča, tvaru zŕn, teploty, vlastností média a ďalších faktorov. K deštrukcii zrna iónomeniča dochádza v dôsledku nedostatočnej osmotickej stability, keď sa granule odierajú o seba, o steny zariadenia a tiež pri kontakte s pohyblivými prúdmi prostredia. Pokles tlaku v iónomeničových kolónach môže tiež spôsobiť praskanie alebo úplné zničenie granúl iónomeniča. V domácej literatúre sa na hodnotenie mechanickej pevnosti iónomeničových materiálov používajú dva koncepty: obrusovanie- opotrebovanie materiálu trením zŕn o seba počas prania (limitná hodnota - 0,5%) a brúsiteľnosť- opotrebovanie v dôsledku praskania zŕn (až 4%). Dovážané živice sú charakterizované indikátorom « prasknutý"- percento neporušených a popraskaných granúl a indikátor « zlomený"- percento neporušených a úplne zničených granúl.

Klasifikácia

Rýchlosť celého procesu iónovej výmeny je určená limitujúcim štádiom. Pre procesy prebiehajúce vo vodnom prostredí je to rýchlosť výmeny iónov medzi vodnými iónmi a premývanou časticou živice. Na vonkajšom povrchu premývanej častice sa vytvorí stacionárny vodný film, ktorého hrúbka závisí od rýchlosti prúdenia a veľkosti zŕn živice. Ión, ktorý má tendenciu dostať sa dovnútra častice živice, do funkčnej skupiny, musí difundovať z vody cez film a prejsť cez hraničný povrch častice do živice. V čistých živiciach nie sú difúzne cesty kontaminované cudzími nečistotami a nie je blokovaný prístup k povrchu zrna. So zvyšovaním prietoku sa hrúbka vodného filmu zmenšuje, čo uľahčuje prechod iónov na povrch zrna. Zvýšenie teploty vody vedie k zníženiu jej viskozity, čo zvyšuje rýchlosť difúzie a zvyšuje kinetiku iónovej výmeny. Ďalším dôležitým faktorom je pomer medzi objemom častice a jej povrchom. Keď sa priemer zrna zmenšuje, každá funkčná skupina predstavuje väčší výmenný povrch.

Existuje optimálny vzťah medzi veľkosťou granúl a hrúbkou vrstvy materiálu nasypaného do iónomeničových filtrov. Jemnozrnný iónomenič s vyvinutejším povrchom má o niečo väčšiu iónomeničovú kapacitu ako hrubozrnný. S poklesom zŕn katexu sa však zvyšuje hydraulický odpor a spotreba energie na filtráciu vody. Na základe uvedeného sú najrozšírenejšie živice so zrnitosťou 0,3 – 1,5 mm. V ionizačných technológiách s opačnými prietokmi upravenej vody a regeneračného roztoku má veľký význam rovnomernosť granúl (monodisperzita). Stupeň rovnomernosti veľkosti zrna výrazne ovplyvňuje proces iónovej výmeny. Počas preplachovania sa odstraňovanie jemnej frakcie začne oveľa skôr, ako sa začnú pohybovať väčšie častice. Ak znížite rýchlosť prania, aby ste zabránili odstráneniu jemných častíc, veľké častice sa neumyjú dostatočne.

Hlavné parametre charakterizujúce frakčné zloženie iónomeničového materiálu sú určené sitovou analýzou. Vzorka materiálu sa preoseje cez sériu kalibračných sít, odvážia sa zvyšky na sitách a stanoví sa percentuálny pomer medzi rôznymi frakciami. Na základe získaných výsledkov sa vypočíta ekvivalentný priemer zrnad e (efektívna veľkosť), mm.

d e =,

Kde p i- percento zŕn so stredným priemerom nevie zostávajúce na site počas preosievania. Priemerný priemer nevie je definovaná ako veľkosť ôk sita.

Faktor heterogenity zaťaženiak n

k n = ,

d 80- kaliber sita, ktorým prešlo 80 % pri preosievaní zŕn iónomeniča;

d 10- kaliber sita, ktorým prešlo 10% pri preosievaní zŕn ionexu.

Chemická odolnosť

Chemická odolnosťiónomeničovej živice je určená zmenami objemovej kapacity, typom ionogénnych skupín, mechanickou pevnosťou a závisí od charakteru agresívneho prostredia, štruktúry polymérneho rámca a sily väzby funkčných skupín s ním. Väzby typu C-C, C-P, C-S sú chemicky stabilné väzby C-N, C-O sa ľahko hydrolyzujú. Preto je chemická odolnosť katexov spravidla vyššia ako aniónomeničov. Najodolnejšie voči deštruktívnym účinkom kyselín a zásad sú sulfónové katexy na báze kopolymérov styrénu a divinylbenzénu. Slabo zásadité aniónomeniče sú menej náchylné na chemickú deštrukciu ako silne zásadité. V tomto ohľade v schémach využívajúcich aniónomeničové živice sa v prvom stupni používa slabo zásaditý aniónový menič a v druhom stupni silne zásaditý aniónový menič.

Na živice deštruktívne pôsobia rôzne oxidačné činidlá (chlór, ozón, peroxid vodíka atď.). Počas oxidačných procesov sú väzby medzi rôznymi skupinami v štruktúre iónomeniča zničené, štruktúra matrice je narušená a stupeň zosieťovania klesá. Vplyvom rôznych chemických činidiel sa môžu iónomeniče peptizovať, to znamená premeniť sa do koloidného stavu a stratiť svoju iónomeničovú schopnosť.

Tepelná odolnosť

Keď sa sulfónový katiónový menič zahrieva vo vode, sulfoskupiny sa eliminujú za vzniku kyseliny sírovej:

RSO3H + H20 RH + H2S04RS03M + H20 RH + MHSO4.

Ich tepelná hydrolýza prebieha nižšou rýchlosťou ako hydrolýza H-katexov.

Aniónomeniče sú náchylnejšie na nevratné procesy počas tepelnej hydrolýzy ako katexy. Silne zásadité aniónomeniče majú najmenšiu chemickú odolnosť. Deaminačnými reakciami (eliminácia aminoskupiny) a deštrukciou (proces štiepenia chemických väzieb, čo vedie k zníženiu stupňa polymerizácie) sa silné zásadité aniónomeniče menia na slabé zásadité. V dôsledku takýchto chemických premien vznikajú amíny a alkoholy s nízkou a vysokou molekulovou hmotnosťou. Rovnako ako katexy, aniónomeniče vykazujú väčšiu stabilitu vo forme soli.

Obr Porovnanie celkovej dynamickej PDOE a dynamickej výmennej kapacity DOE. Vytieňovaná oblasť A zodpovedá DOE a celá oblasť nad krivkou, berúc do úvahy únik soli, zodpovedá PDOE

Selektivita

Selektivita sa chápe ako schopnosť selektívne sorbovať ióny z roztokov komplexného zloženia. Selektivita je určená typom ionogénnych skupín, počtom zosieťovaní iónomeničovej matrice, veľkosťou pórov a zložením roztoku. Pre väčšinu iónomeničov je selektivita nízka, ale boli vyvinuté špeciálne vzorky, ktoré majú vysokú schopnosť extrahovať určité ióny.

Mechanická pevnosť

Ukazuje schopnosť iónomeniča odolávať mechanickému namáhaniu. Iónomeniče sa testujú na oter v špeciálnych mlynoch alebo hmotnosťou bremena, ktoré zničí určitý počet častíc. Všetky polymerizačné iónomeniče majú vysokú pevnosť. U polykondenzačných je výrazne nižšia. Zvýšenie stupňa zosieťovania polyméru zvyšuje jeho pevnosť, ale zhoršuje rýchlosť výmeny iónov.

Osmotická stabilita.

K najväčšej deštrukcii častíc iónomeniča dochádza vtedy, keď sa zmenia vlastnosti prostredia, v ktorom sa nachádzajú. Pretože všetky iónomeniče sú štruktúrované gély, ich objem závisí od obsahu soli, pH média a iónovej formy iónomeniča. Keď sa tieto charakteristiky zmenia, zmení sa objem zrna. V dôsledku osmotického účinku je objem zrna v koncentrovaných roztokoch menší ako v zriedených. K tejto zmene však nedochádza súčasne, ale keď sa koncentrácie „nového“ roztoku vyrovnajú v celom objeme zrna. Preto sa vonkajšia vrstva zmršťuje alebo expanduje rýchlejšie ako jadro častice; Vznikajú veľké vnútorné napätia a odlamuje sa vrchná vrstva alebo sa rozštiepi celé zrno. Tento jav sa nazýva „osmotický šok“. Každý iónomenič je schopný vydržať určitý počet cyklov takýchto zmien environmentálnych charakteristík. Toto sa nazýva jeho osmotická sila alebo stabilita.

Najväčšia objemová zmena nastáva v slabo kyslých katexoch. Prítomnosť makropórov v štruktúre zŕn ionexu zväčšuje jeho pracovnú plochu, urýchľuje napučiavanie a umožňuje jednotlivým vrstvám „dýchať“. Osmoticky najstabilnejšie sú preto silne kyslé katexy s makroporéznou štruktúrou a najmenej osmoticky stabilné slabo kyslé katexy.

Osmotická stabilita je definovaná ako počet celých zŕn vydelený ich celkovým počiatočným počtom po opakovanom (150-krát) ošetrení vzorky ionexu striedavo v roztoku kyseliny a zásady s medzipremývaním demineralizovanou vodou.

Chemická stabilita

Všetky iónomeniče majú určitú odolnosť voči roztokom kyselín, zásad a oxidačných činidiel. Všetky polymerizačné iónomeniče majú väčšiu chemickú odolnosť ako polykondenzačné. Katiónomeniče sú odolnejšie ako aniónomeniče. Spomedzi aniónov sú slabo zásadité odolnejšie voči kyselinám, zásadám a oxidačným činidlám ako silne zásadité.

Teplotná stabilita

Teplotná stabilita katexov je vyššia ako u aniónov. Slabé kyslé katexy fungujú pri teplotách do 130 °C, silne kyslé ako KU-2-8 - do 100-120 °C a väčšina aniónomeničov - nie vyššie ako 60, maximálne 80 °C. V tomto prípade H- alebo OH-formy iónomeniče sú spravidla menej stabilné ako soľné.

Častým problémom, s ktorým sa stretáva väčšina obyvateľov veľkých miest, je kvalita pitnej vody.

Áno, nestáva sa často, aby z vodovodných kohútikov tiekla špinavá hrdzavá voda alebo tekutina páchnuca sírovodíkom, ale toto je naliehavý problém a bez náležitej úrovne úpravy vody je používanie takejto vody na pitie a domáce účely problematické. množstvo dôvodov.

Tvrdá voda, ktorá neprešla fázou čistenia a zmäkčovania, značne poškodzuje vaše zariadenia na ohrev vody - práčku, umývačku riadu, rýchlovarnú kanvicu. Pri práci s tvrdou vodou tieto zariadenia zlyhajú oveľa skôr, ako výrobca zamýšľal pri bežných prevádzkových podmienkach.

Vysvetľuje to skutočnosť, že na vykurovacích prvkoch sa vytvára vrstva vodného kameňa, ktorá spôsobuje zrýchlenú koróziu kovu.

1 Aká je technológia zmäkčovania vody pomocou iónov?

Najúčinnejšou metódou súčasnosti je zmäkčovanie vody pomocou metódy iónovej výmeny. Pri úprave vody metódou iónovej výmeny je možné pracovať čo najefektívnejšie. Nie nadarmo je tento spôsob úpravy vody taký populárny ako v každodennom živote, tak aj v priemysle.

Ako viete, tvrdosť vody je spôsobená vápenatými a horečnatými soľami rozpustenými v nej. Podstatou metódy iónovej výmeny je, že určité chemické činidlá, ktoré sa nazývajú iónomeničové materiály alebo jednoducho iónomeniče, majú tendenciu regulovať iónovú štruktúru vody v požadovanom smere.

To umožňuje nahradiť soli minerálnej tvrdosti inými chemickými štruktúrami, ktoré vode neprepožičiavajú nežiaduce vlastnosti.

Na úpravu vody touto metódou sa používajú špeciálne filtračné zariadenia, ktoré sú naplnené iónomeničmi, cez ktoré prechádza voda.

Keď tvrdá voda prenikne cez iónomeničový materiál, väčšina v nej rozpustených iónov elektrolytu je nahradená rovnakým množstvom iónomeničových iónov, čo vedie k zmene chemickej štruktúry samotnej vody a chemického činidla.

1.1 Výhody a nevýhody

2 Vybavenie potrebné na prácu

Technické vlastnosti zariadenia, ako aj jeho cena závisia predovšetkým od rozsahu jeho použitia: filtre odpadových vôd môžu mať obrovské rozmery, zatiaľ čo zariadenia na domáce použitie majú pomerne kompaktné rozmery.

Čo sa týka cien, minimálne náklady na zariadenie na domácu úpravu vody sú minimálne 300 dolárov.

Dnes sú všetky iónové zmäkčovacie filtre dostupné v dvoch hlavných formách:

Malé stacionárne filtre s vymeniteľnou vložkou;
Iónomeničové kolóny sú veľké zariadenia spojené s potrubím, ktoré majú vo všeobecnosti automatický proces regenerácie živice.

Filtre stĺpcového typu majú nasledujúcu konfiguráciu:

Pracovná kapacita - vyrobená vo forme uzavretej nádrže alebo valca, ktorá je naplnená iónomeničovou živicou;
Ventil s elektronickým procesorom, ktorý riadi prívod vody;
Nádoba na reštaurátorský materiál – má v podstate tvar nádrže, do ktorej sa sype soľ.

Prevádzka takýchto zmäkčovacích zariadení je plne automatizovaná: procesor dodáva vodu do kolóny, ktorá po vstupe do iónomeničového média uvoľňuje ióny solí tvrdosti do živice, po ktorej sa voda, už vyčistená, dodáva cez výstupnú hadicu. k zariadeniam spotrebúvajúcim vodu.

Keď je iónomeničová živica vyčerpaná a je potrebné ju regenerovať, zariadenie vstrekne do nádrže na činidlo malé množstvo kvapaliny, ktorá sa po nasýtení soľankou vracia späť do živice. Cirkulácia pokračuje, kým sa systém úplne neobnoví.

Vo všeobecnosti sa kolóny na úpravu vody pre domáce použitie a priemyselné zariadenia na filtráciu odpadových vôd navzájom líšia iba veľkosťou pracovnej nádrže a typom použitých činidiel.

2.1 Obnova iónovej živice v náplni

Vo filtroch s kazetami sa obnova živice vykonáva ručne, a to takto:

Prívod vody do filtra sa uzavrie a vnútorný tlak sa uvoľní.
Odstráňte živicovú kazetu.
Od nečistôt ho očistíme opláchnutím pod tečúcou vodou.
Ak je kazeta rozobratá, potom sa živica naleje do samostatnej nádoby a pokryje sa soľným roztokom, ak nie, potom sa do nej spustí celá kazeta. Pripravíme soľný roztok v množstve 100 gramov soli na 1 liter vody. Budeme potrebovať približne 2-4 litre tekutiny.
Nechajte živicu v roztoku 6-8 hodín, potom ju sceďte a živicu 2-3 krát opláchnite čistou, vopred prefiltrovanou vodou.
Kazeta je nainštalovaná v pôvodnej polohe.
V prvých litroch vody, ktorá prešla cez filter, po obnovení živice môžete cítiť miernu chuť soli - to je normálne, zmizne do pol hodiny.