Лабораторная работа №7. Поглощение аммиака ионитами и его регенерация

Сущность метода.

Влажные катиониты поглощают газообразный аммиак. Наряду с ионным механизмом реакции в присутствии воды

.

осуществляется и прямое присоединение NH₃ к сульфогруппам ионита

.

Эффективность поглощения аммиака увеличивается в случае применения катионитов в формах металлов (Cu,Zn,Co,Al,Cd,Mg и др.), являющихся комплексообразователями для аммиака. Поглощение достигается в результате реакций вида

R₂Cu + 4 NH₃  R₂ [Cu( NH₃)₄].

Поглощение аммиака за счет комплексообразования не только приводит к увеличению динамической емкости катионита, но и дает возможность эффективно и без дополнительных затрат регенерировать цинк и магний из аммиачных форм смолы путем промывки их водой. При пропускании воды через насыщенный аммиаком слой катионита сорбированный аммиак вымывается, тогда как связанный с ионитом катион остается на смоле

R₂ [Cu( NH₃)₄] + 4 H₂O R₂Cu + 4 NH₄OH.

Это дает возможность получать сравнительно концентрированный раствор аммиака после регенерации ионита (особенно в Mg-форме). Метод может быть применен для поглощения органических аминов из газовой фазы. Можно подобрать оптимальные ионные формы и природу соответствующих ионитов для составления из них смешанного слоя, предназначенного для одновременного поглощения нескольких газов. Например, дым хлорида аммония, проходя через увлажненный смешанный слой сильно ионизированных ионитов, поглощается смолами по уравнению

.

Цель работы - исследовать процессы очистки загрязненного парами аммиака воздуха и регенерации аммиака на искусственном сорбенте - модифицированном катионите КУ-2, определить удельное поглощение аммиака. Изучить механизм процесса.

Экспериментальная часть.

Оборудование и реактивы:

1. Микрокомпрессор. 2. U-образная трубка с влажным катионитом в медной форме. 3. Склянка Тищенко. 4. Мерный цилиндр. 5. Водный раствор аммиака. 6. Раствор соляной кислоты 1*10^-2 моль/л. 7. Бюретка и колба для титрования. 8. 0,1% -ный спиртовый раствор фенолфталеина.

У прощенный вариант схемы установки изображен на рисунке

Порядок работы.

Набухший модифицированный сульфокатионит КУ-2 зернением 0.1-0.5 мм, весом 1-5 г. поместить в U-образную трубку. Собрать установку.

1. Аммиак пропускать через ионит с постоянной скоростью потока газа. Измерить расход газо-воздушной смеси.

2. Газ пропускать до появления окраски индикаторного раствора (проскок).

3. Трубку или колонку с ионитом отсоединить, регенерировать сорбированный аммиак водой. Для этого катионит смыть в колбу 25-50 мл. (по указанию преподавателя) дистиллированной воды, поместить на аппарат для встряхивания на 15-20 минут. Отделить катионит от раствора фильтрованием.

4. Проанализировать полученный раствор на содержание гидроксида, оттитровав его соляной кислотой.

5. Данные занести в таблицу.

6. Рассчитать содержание гидроксида аммония в г-­экв/л. Определить удельную сорбцию газа на 1 г. набухшего ионита.

Контрольные вопросы.

1. Классификация ионитов. Синтетические иониты, их промышленное получение. Понятие о структуре и основных физико-химических свойствах. Пояснить на примере смолы КУ-2 и АВ-17.

2. Сущность ионного обмена. Равновесие ионного обмена в статических и динамических условиях. Уравнение Б.П. Никольского. Механизм взаимодействия индивидуальных ионитов и их смеси с раствором электролита. Пояснить на примере КУ-2 и АВ-17 и их смеси с раствором хлористого натрия.

3. Обессоливание воды на смешанном слое, схема регенерации ионитов после их разделения, основные уравнения реакций.

4. Экологические аспекты применения ионообменных технологий в различных отраслях промышленности. Ионный обмен в процессах утилизации и рекуперации промышленных отходов при поглощении газов и паров индивидуальными ионитами и их смесью.