1.2. Кондиционирование, очистка и получение различных ионных форм ионитов

Промышленные или свежеприготовленные образцы ионитов, не прошедшие специальной обработки, могут содержать различные примеси и, как правило, имеют пространственную сетку нестабильной структуры. Необходимая стабильность структуры, частичная очистка и повышение однородности ионитов достигаются путём кондиционирования (не менее чем трехкратной попеременной обработкой) в различных ионообменных циклах.

На стадии кондиционирования выбор кислоты или щелочи лимитируется возможностью протекания вторичных процессов. Так, использование щелочных растворов для обработки анионитов с чет­вертичными пиридиниевыми основаниями неизбежно обусловит разру­шение функциональных групп вследствие раскрытия пиридиниевого цикла. Применение азотной кислоты может привести к замещению функциональных групп на нитрогруппу и частичной окислительной деструкции матрицы. В гетерогенных ионооб­менных мембранах сильные щелочи вызывают разрушение амидных связей в армирующих материалах, а сильные кислоты - капроновой подложки.

Если в качестве кондиционирующего раствора используются органические растворители, то основным требованием к ним должна быть инертность к превращениям в фазе ионита и к химическим взаимодействиям с функциональными группами смолы. Так, спирты могут вступать в реакции этерификации с сульфогруппами в Н- форме и блокировать их. Альдегиды могут реагировать с первичными и вторичными аминогруппами ионитов с образованием оснований Шиффа, а органические кислоты - с образованием амидных связей. Наряду с этим альдегиды и кетоны при обработке сильнокис­лотных катионитов в Н-форме и сильноосновных анионитов в ОН-форме подвергаются конденсации и заполняют поры в каркасе ионита продуктами реакции.

Практическая работа № 2

Кондиционирование ионитов

Цель работы – удаление из ионообменников низкомолекулярных соединений, продуктов распада высокомолекулярных фракций, а также веществ, не вошедших в реакцию синтеза и т.д.

Оборудование и реактивы:

1. Катионит КУ-2-8.

2. Анионит АВ-17-8.

3. Химические стаканы на 500 мл.

4. Ионообменные колонки.

5. Раствор 3 моль/л КС1. .

6. Раствор 3 моль/л НС1.

7. Раствор 2 моль/л NaOH.

8. Раствор NH₄CNS, 10 %.

Порядок выполнения работы

а). Кондиционирование катионитов.

Отмытый от пыли катионит пе­реносят в стакан, заливают 2-3 моль/л раствором NaCl (или NaOH) и выдерживают в течение нескольких часов. Затем его отмывают от избытка соли (или щелочи) дистиллированной водой и переносят в колонку или в воронку с фильтром и пропускают раст­вор НСl до полного удаления Fе³⁺ (проба с раствором NH₄CNS), затем отмывают водой до постоянного значения рН. При этом катионит переводится в водородную форму.

б). Кондиционирование анионитов.

Вначале ионит обрабатывают раствором НCl в стакане, затем переносят его в колонку (после отмывки от кислоты водой) и промывают раствором щелочи, затем снова - водой. В результате анионит переводится в гидроксидную форму.

При необходимости получения солевых форм катионит обрабатывают 2 моль/л раствором соответствующего хлорида ме­талла, а анионит - 0,2 –1,0 моль/л раствором соответствующей кислоты.

При кондиционировании слабокислотных катионитов и низкоосновных анионитов вместо NaCl берут NаОН и НСl. Промывку низкоосновных анионитов от избытка HCl ведут 5 % раствором Na₂CO₃ или NaCl, поскольку в чистой воде возможен гидролиз солевых форм анионитов.

Если ионит предназначается для работы в органических средах, то его отмывку между циклами проводят этанолом, ацетоном или бензолом около суток путем экстракционной очистки.

При кондиционировании с применением растворов кислот и щело­чей могут параллельно решаться задачи удаления неорганических и водорастворимых органических примесей.

Для специальных целей может быть полезна дополнительная очистка ионитов 4 моль/л раствором HCl (для удаления продуктов коррозии) или 0,2 моль/л раствором ЭДТА, щавелевой или лимонной кислот, а также их солей (для удаления многозарядных ионов). Промывку продолжают до отрицательной реакции на удаляемый ион. После очистки ионит переводят в нужную форму, применяя для этого растворы, не содержащие удаляемого иона. Поскольку количественное превращение ионита из одной ионной формы в другую при кондиционировании не обязательно, каждый реагент нужно брать в 2-3 - кратном избытке по сравнению с содержанием обменных групп в образце. О полноте отмывки судят по реакции фильтрата, определяемой с помощью индикаторов, измерением рН, по данным кондуктометрического контроля.