Іонообмінне очищення рідин

Одним з типових процесів у технології водоочищення і водопідготовки та одним із перспективних сорбційних методів є йонний обмін, який здійснюється із застосуванням йонообмінних матеріалів (йонітів). Йоніти загалом – це тверді зернисті, порошкоподібні формовані або волокнисті матеріали, їм притаманна механічна міцність, хімічна стійкість. Це нерозчинні сполуки, які містять у своєму складі функціональні групи, здатні до йонізації та обміну з електролітами У результаті йонізації функціональних груп утворюються два види йонів:

1) фіксовані йони, що закріплені на каркасі (матриці) і не здатні перейти з фази йоніту у зовнішній розчин;

2) протиіони (обмінні йони) йоніту, кількість яких еквівалентна кількості фіксованих йонів і які протилежні їм за знаком, Ці йони здатні перейти у зовнішній розчин в обмін на точно еквівалентну кількість інших йонів того самого знака які надходять у йоніт із зовнішнього розчину (обмінних йонів розчину).

Загалом йонний обмін можна схематично подати як реакцію подвійного обміну між нерозчинним і розчинним електролітами:

Кінетика йонного обміну

Основними стадіями, характерними для процесу йонного обміну, є:

1) перенесення йонів з розчину до зовнішньої поверхні зерен йоніту;

2) перенесення йонів усередині зерна до йоногенних функціональних груп;

3) хімічна реакція йонного обміну;

4) перенесення протиіонів функціональних груп, що витискуються, до поверхні зерен йоніту;

5) перенесення йонів, що витискуються, від поверхні йоніту в об'єм розчину.

Очищення рідин адсорбцією

Адсорбція розчинених органічних речовин покладена в основну багатьох технологічних процесів. Особливо актуальне використання сорбційних процес е у технології глибокого очищення стічних вод від органічних речовин.

Адсорбція органічних молекул з водних розчинів залежить від різниці між енергією адсорбційної взаємодії молекул компонентів розчину з атомами поверхні адсорбенту та енергією взаємодії органічної молекули з молекулами води, що утворюють за допомогою системи водневих зв'язків упорядковану структуру рідини. Ця взаємодія визначає розчинність органічної речовини та енергію, що перешкоджає переходу органічної молекули з водного оточення на поверхню поділу фаз. У водних розчинах вона значною мірою визначається структурою рідкої води і змінами структури, що виникають під час розчинення у воді органічних речовин. Зв'язок молекул розчиненої речовини з розчинником виявляється насамперед у величинах розчинності та зміні розчинності речовини з температурою. Тому адсорбція розчинених речовин істотно залежить від їх розчинності, Залежно від характеру сорбційної взаємодії адсорбату та адсорбенту розрізняють фізичну адсорбцію, активовану адсорбцію і хемосорбцію. Фізична адсорбція зумовлена силами міжмолекулярної взаємодії Ван-дер-Ваальса – не специфічна, повністю оборотна, відбувається з великою швидкістю і має відносно низьку теплоту адсорбції – від кількох кілоджоулів до кількох десятків кілоджоулів на моль адсорбату. Фізична адсорбція характерна для речовин, що адсорбуються з парогазової фази, а в разі адсорбції з розчинів цей процес ускладнюється фізико-хімічною взаємодією адсорбату, адсорбтиву та адсорбенту.

Активована адсорбція характерна тим, що взаємодія адсорбату та адсорбенту відбувається з утворенням поверхневої сполуки особливого виду, а молекули адсорбенту, які взаємодіють з молекулами адсорбату (адсорбтиву), залишаються в кристалічних ґратках адсорбенту. Активована адсорбція специфічна, необоротна, відбувається повільно, з підвищенням температури швидкість адсорбції помітно зростає, і для неї характерна велика теплота адсорбції – до декількох сотень кілоджоулів на 1 моль адсорбату.

Хемосорбція – звичайна хімічна реакція, що відбувається на поверхні адсорбенту і супроводжується вивільненням теплоти, еквівалентної теплоті хімічної реакції.

Найчастіше для глибокого очищення стічних вод від органічних речовин застосовують процес фізичної адсорбції на вуглецевих сорбентах.