Очистка воды ионным обменом м етоды очистки воды - ионный обмен

Ионный обмен – это процесс поглощения ионитами (ионообменные смолы) положительных или отрицательных ионов «загрязнений» в обмен на эквивалентное количество ионов ионита.

Иониты производятся из специальных ионообменных соединений. Обычно они состоят из нерастворимых в воде углеродных матриц  в которых зафиксированы активные ионогенные группы, заряд которых нейтрализуется расположенными внутри полимера ионами противоположного знака – противоионы, которые вступают в реакцию обмена с ионами того же знака, присутствующими в растворе.

Если заряд фиксированной группы отрицательный, то ионит обменивает катионы, если положительный то анионы. Таким образом, иониты делятся на катиониты и аниониты.

Классификация ионитов, ионообменные смолы.

Обозначим фиксированную группу (условно-нерастворимая частица ионита) для катионита r^-, для анионита r⁺, то получим четыре формы ионитов:

Катиониты:

R^-h – водородная форма катионита, аналогичная обычной водородной кислоте

R^-ме⁺ - солевая форма катионита, аналогичная структуре соли;

Аниониты:

R⁺он^- - гидроксильная форма анионита, аналогичная обычному гидроксилсодержащему основанию,

R⁺х^- - солевая форма анионита, аналогичная структуре соли.

           основные уравнения ионного обмена, схематически описывающие реакции взаимодействия ионов раствора с ионитами, следующие:

Для катионитов

R^-h⁺+ме⁺ r^-ме⁺ + н⁺

Эта реакция обратима, так как слева направо происходит поглощение ионитом катионов солей (ме⁺) из раствора, а справа налево происходит регенерация кислотой ионита от солевой формы до исходной водородной формы;

Для анионитов

R⁺OH^- + r⁺x^- + OH^-

Здесь мы видим ту же схему реакций, только не с катионами, а с анионами.

Таким образом с помощью ионного обмена осуществляется очистка воды от:

• Ионов жесткости - Ca²⁺ и Mg²⁺  - умягчение воды, для снижения жесткости.

• Ионов тяжелых металлов: Zn, Cr, Hg, Cu, Ni...

• Аммиака и аммойных солей

• Анионов: Cl^-, SO₄^2-,ChS^-,Cn^- и т.д.

• Радиактивных загрязнений.

Классификация ионитов, ионообменные смолы.

Ионообменные смолыИонообменные смолы нашли широкое применение во всем мире в устройствах по водоочистке. Это мелкие шарики из полимерных материалов, насыщенных ионами, способные изымать из воды различные ионы, взамен отдавая свои; их для удобства назвали “ионообменными смолами”, хотя правильное научное название их – “иониты”. По структуре иониты подразделяются на гелевые, способные к ионообмену только в набухшем состоянии, макропористые и промежуточной структуры.

Если иониты обменивают анионы – это аниониты; если катионы – катиониты. Аниониты классифицируются как сильноосновные (обмен анионов происходит при любых значениях рH), слабоосновные (обмен анионов из кислот – рH 1- 6), смешанной активности. Катиониты бывают сильнокислотные, способные к ионообмену при любых значениях рH, и слабокислотные – ионообмен при рH больше 7. Основными показателями ионитов являются влажность, которая химически связана в смоле, весовая и объемная (определяющиеся стандартными методами) и рабочая ионообменная (зависящая от размеров слоя смолы, от свойств растворов) емкости. Метод ионообменных смол с наибольшим успехом применяется для решения таких проблем с водой, как удаление растворенного железа из воды и умягчение жесткой воды.