Свойства ионитов

Свойства ионитов зависят от числа и типа фиксированных ионов, строения матрицы, количества поперечных связей. Строение матрицы определяет степень набуха­ния, а следовательно и скорость ионного обмена. Обмен происходит не только на поверхности зерен ионита, но и во всем объеме.

Свойства ионитов зависят также от природы противоионов.

Причина неодинаковой сорбции различных ионов заключается в различном электроста­тическом взаимодействии между заряженной матрицей и противоионами. Кроме того, поглощению крупных ионов препятствуют стерические причины (ситовый эффект). Селективность ионитов проявляется в преимущественном поглощении одних ионов относительно других. Она зависит от структуры ио­нита, температуры, рН и других факторов.

Важнейшее свойство ионита - его обменная емкость.

Полная обменная емкость (ПОЕ) - величина, определяемая в первую очередь числом фиксированных ионов. В идеальных условиях данного ионита она является ве­личиной постоянной, не зависящей от состояния ионита и от природы противоиона. В реальных условиях ПОЕ - зависит от рН.

Ионный обмен в колонках

Основные методы, в которых используются иониты в лабораторной практике и про­мышленности, связаны с применением адсорбционных башен, колонн или коло­нок, заполненных ионитом. Процесс заключается в следующем. В колонку вво­дят раствор. По мере прохождения через слой ионита состав раствора вследст­вие ионного обмена или адсорбции меняется. Процесс в колонке зависит от свойств ионита, состава поступающего раствора, размеров колонки. Максималь­но полное использование колонки означает приближение емкости до проскока ионов к ПОЕ. Степень использования ионита (отношение емкости до проско­ка к ПОЕ) зависит в основном от размеров колонки, ширины пере­ходной зоны (остроты "фронта" ионов В).

А

В

d

Рис. 5. Выходная кривая С_В/С изменения концентрации по высоте колонки b - переходная зона; d- нижняя зона, где еще нет ионов В.

Принцип метода ионообменной хроматографии заключается в следующем. Раствор BY с концентрацией С поступает в колонку с ионитом, насыщенным ионами А. Из колонки вытекает раствор AY с той же концентрацией, что и по­ступающий раствор.

Переходная зона передвигается вниз по колонке. Когда нижний край пере­ходной зоны достигнет конца колонки, наблюдается проскок ионов В.

После этого иониты регенерируют. Для этого через катионообменные гранулы пропускают 3 — 7% раствор соляной кислоты, а через анионообменные — соответствен­но, раствор щелочи той же концентрации и тщательно отмывают водой до нейтральной реакции. В результате процесса регенерации обменная способность ионитов восстанавливается, катионит переходит в водородную форму, а анионит — в гидроксильную.

Лабораторная работа №2 Определение общей концентрации соли в растворе методом ионообменной хроматографии

Выполнение работы. Для работы используют готовую колонку с катионитом КУ – 2. Следует помнить, что в слое катионита не должно быть пузырьков воздуха, а над слоем ионита все время должна находиться вода! Если при осмотре колонки в слое катионита обнаружены пузырьки воздуха, их удаляют, осторожно взрыхляя катионит. Для этого резиновую грушу заполняют дистиллированной водой и одевают на капилляр, находящийся в нижней части колонки. Открывают зажим и подают воду в колонку, осторожно нажимая на грушу. При этом зерна катионита и пузырьки воздуха вместе с потоком воды, подаваемой снизу вверх, поднимаются в верхнюю часть колонки. Когда весь воздух будет удален, закрывают зажим, грушу отсоединяют. Избыток воды из колонки спускают, оставляя над катионитом слой жидкости высотой 1–2 см. Это предохраняет от попадания в колонку воздуха.

Далее переводят катионит в H⁺-форму. Отмеряют цилиндром 80 мл 1М раствора соляной кислоты. Пропускают раствор кислоты через колонку со скоростью 10 мл в минуту (2 капли в секунду). Скорость регулируют с помощью зажима. Фильтрат, вытекающий из колонки, собирают в стакан или колбу объемом 250 мл. Новую порцию кислоты вливают в верхнюю часть колонки после того, как впиталась предыдущая. Над слоем катионита все время должна находиться жидкость.

От избытка кислоты катионит отмывают дистиллированной водой. Промывку продолжают до нейтральной реакции по метиловому оранжевому. Для этого в чистый стакан собирают несколько мл фильтрата и прибавляют 1 – 2 капли индикатора. Если окраска желтая, отмывку прекращают. Подготовленный таким образом катионит находится в H⁺ - форме.