Лекция 5. Основы ионообменных процессов Биологические методы очистки сточных вод

Ионообменные процессы основаны на способности веществ ионитов при контакте с растворами электролитов поглощать из раствора ионы в обмен на ионы того же знака, входящие в состав ионита. Иониты представляют собой трехмерные полимерные кристалические сетки, несущие ионогенные группы. Ионогенные группы состоят из прочно связанных с сеткой фиксированных ионов и способных к обмену противоионнов, заряд которая противоположен по знаку заряду фиксированных ионов. Для простоты изоброжения взаимодействия раствора с ионитом трехмерную сетку вместе с фиксированными ионами называют каркасом или матрицей и представляют ионит, состоящая из каркаса и противалентов. По знаку заряда обменивающихся ионов различают катиониты и аниониты. Существуют так же амфотерные иониты – амфометы, способные одновременно осуществлять и катионный анионный обмен всем обозначает R каркас (С фиксированными ионнами), І⁰ реакция катионного обмена может быть выражено

2RH+Ca²⁺ R₂Ca+2H⁺ , а реакция аннионого обмена

2HCl+SO₄ R₂SO₄+2CL^-

Ионный обмен смесей сходство с адсорбций отличие в тем, что ионный обмен представляет собой стехиометрическое замещение на каждый эквивалент поглащенных ионов ионит отдает в раствор эквивалент ионов того же знака, а адсорбция состоит лишь в поглащено растворенного вещества. Преимущественно давно для очистки воды применяются минеральные иониты – это различные анинонсиликатные группы щелочов, монтмориллонит (глинистый минерал) и железоамомосиликаты используется и неоргоничные иониты – пермутиты и силкагели. Емкость перечисленных ионитов сравнительно металл, кроме того они разлагается кристалами и основными щелочами, это ограничивает их примениение. После создания в 1936 г. ионообменных синтетических смол они стали широко приниматься в гидрометаллургии, химической технологии и других облостях.

В настоящее время выпускается ионооменные смолы, обладающие высокой емкостью, химической способностью и механической прочностью.

Ионообменные смолы применяют в гидрометаллургии для решении следующих задач:

1) селикативного извличения металла из бедного раствора с получился концентрация при извлекаемого металла (например, извличение урана из раствора выщелачивания урановой руды, А из ионовных растворов переработки Аu – руд, ряда цветных и редких металлов из сбросных растворов метальных производств;

2) разделение близких по свойствам элементов: РЗЭ,  Zn и Нf и другие.

3) получение высоко чистой и умягченный воды;

4) очистки от примеси различных производственных растворов и обежвреживания сточных вод.

Понятие о составе и ситезе ионообменных смол

Синтетические ионообменные смолы имеют строение,сходные с пластмассами, однако введение ионогенных групп смолоы придано электро химическая активность. Ионообменные смолы состоят из каркаса высокополимерной пространственной сетки углеводородных углей, в которой закреплены фиксированные ионы: у катионов – , - CO^-, - , - и другие; у анионитов - , = , N⁺.

Фиксированный ион связан с противоионом и образует с ним ионногенную группу, которая также называют функциональной ион активной.

Функциональными группами являются – SO₃H, – SO₃Na, - COOH, - PO₃Na₂, - AgO₃Na₂, - NH₃Cl, - NOH и другие. От степени диссоциации активных групп зависит способность смолы к ионному обмену. Так, группа - SO₃H полностью дислоцирована, поэтому ионный обмен возможен в широком интервале рН. Напротив группа - COOH даже слабокислых средах мало диссоциирована. Соответственно этому различают сильнокислотные катиониты (активные группы SO₃H или PO₃N₂ ) и слабокислотные катиониты (активные группы COOH). Аналогично различают высокоосновные и низкокоосновные аниониты. Высокоосновные аниониты содержат в качестве активных групп хорошо диссоциирующие четвертичные аммониевые или пиридиновые основание.

N⁺– R₂A^- или N⁺ - RA^- , где R, R₁, R₂, R₃ углеводород радикалы (или каркас); А- анион соли. Подобные смолы способны к обмену анионов не только в кислых, но и в щелочных средах. Низкоосновные аниониты содержат первичные, вторичные и третичные аминогруппы, которая является слабыми основаниями и диссоциирует лишь при рН<7. Смолы может быть многофункциональной то есть содержать одновременно разные активные группы. При этом катиониты содержит функциональные группы различной кислотности, аниониты группы различной основности.