Лекция № 18

3. Адсорбция ионов из растворов кислот или щелочей. Здесь речь идет об адсорбции Н-катионитами катионов из растворов щелочей, например по реакции:

R^-H⁺+Na⁺+OH^- R^-Na⁺+H⁺+OH^-R^-Na+H₂O (1)

Или об адсорбции ОН-анионитами анионов из растворов кислот, например, по реакции:

R⁺ОН^-+Н⁺+Сl^-R⁺Cl^-+H⁺+OH^-R⁺Cl^-+H₂O(2)

(об адсорбции Н-катионитом из раствора кислоты или ОН-анионитом из раствора щелочи говорить бессмысленно).

Из уравнений (1) и (2) видно, что основной особенностью таких ионообменных процессов является уменьшение содержания ионов в воде, в результате образования слабого электролита – воды.

Характерной особенностью изотерм адсорбции при таких ионообменных процессах (из раствороа кислот или щелочей) является то, что все изотермы являются выпуклыми.

Так:

А) при адсорбции монофункциональным сильнокислотным катионитом (сильноосновным анионитом) из раствора щелочи (кислоты).

Например КУ-2 из раствора NaOH

T_Na+/H+1

Или:

Лекция № 18

4. Адсорбция ионов из растворов кислот или щелочей. Здесь речь идет об адсорбции Н-катионитами катионов из растворов щелочей, например по реакции:

R^-H⁺+Na⁺+OH^- R^-Na⁺+H⁺+OH^-R^-Na+H₂O (1)

Или об адсорбции ОН-анионитами анионов из растворов кислот, например, по реакции:

R⁺ОН^-+Н⁺+Сl^-R⁺Cl^-+H⁺+OH^-R⁺Cl^-+H₂O(2)

(об адсорбции Н-катионитом из раствора кислоты или ОН-анионитом из раствора щелочи говорить бессмысленно).

Из уравнений (1) и (2) видно, что основной особенностью таких ионообменных процессов является уменьшение содержания ионов в воде, в результате образования слабого электролита – воды.

Характерной особенностью изотерм адсорбции при таких ионообменных процессах (из раствороа кислот или щелочей) является то, что все изотермы являются выпуклыми.

Так:

А) при адсорбции монофункциональным сильнокислотным катионитом (сильноосновным анионитом) из раствора щелочи (кислоты).

Например КУ-2 из раствора NaOH

T_Na+/H+1

Или: RNO₃OHиз раствора НСl

б) при адсорбции полифункциональными Н-катионитами (ОН-нионитами из раствора щелочи (кислоты).

Например: сульфоугольиз раствораNaOH.

RCOO^-H⁺+Na⁺+OH^-RCOO^-Na⁺+H₂O

T_Na+/H+1

В) при адсорбции монофункционального слабокислотного катионита (слабоосновным анионитом) из раствора щелочи (кислоты).

Например анионит с функциональной группой из раствора НСl:

Рисунок.

Из рассмотрения изотерм адсорбции в случаях а) и б) видно, что с переходом от сильного ионита к слабому лишь уменьшается выпуклость изотермы, но сама изотерма остается выпуклой. Это связано с тем, что в растворах щелочей рН7 и в этих условиях и слабокислотные функциональные группы диссоциируют почти полностью и ионит проявляет большую силективность ко всем катионам по сравнению с Н⁺. Кроме того, в результате реакций ионного обмена образуется слабый электролит Н₂О, что способствует сдвига равновесия ионного обмена вправо, т.е. более полному ионному обмену. (Аналогично и для ОН-анионирования при адсорбции анионов из растворов кислот).

Влияние рН на обменную емкость ионитов.

1. Обменная емкость сильноосновных анионитов и сильнокислотных катионитов практически не зависит от величины рН раствора, т.к. диссоциация функциональных групп идет полностью при всех, допустимых в практике ионообменных значениях рН воды (раствора).

Обменная емкость слабокислотных катионитов увеличивается с ростом рН, а ОЕ слабоосновных анионитов увеличивается с понижением рН раствора, что определяется условием более полной диссоциации функциональных групп (для катионитов диссоциация увеличивается с увеличением рН, для анионитов – диссоциация увеличивается с уменьшением рН).

Графически зависимость ОЕ от рН выглядит так:

Рисунок.

1 – сильнокислотный катионит

2 – полифункциональный катионит

3 – слабокислотный катионит.

Для полифункционального катионита при низких рН диссоциируют лишь сильнокислотные группы и ОЕ не зависит от рН:

С увеличением рН начинается диссоциация слабокислотных групп и ОЕсрН. До некоторой максимальной ОЕ (полная обменная емкость ионита)

2) зависимость ОЕ слабокислотных катионитов и слабоосновных анионитов от присутствия в воде (растворе) анионов слабых кислот или катионов слабых оснований.

Пусть слабокислотный катионит RHнаходится в контакте:

А) с раствором, содержащим NaCl;

Б) с раствором, содержащим NaHCO₃.

В случае а) идет реакция ионного обмена такая:

R^-H⁺+Na⁺+Cl^-R^-Na⁺+H⁺+Cl^-

В случае б) R^-H⁺+Na⁺+НСО₃^-R^-Na⁺+H⁺+НСО₃^-R^-Na⁺+H₂CO₃

В случае а) в воде (растворе) накапливаются ионы Н⁺, что ведет к быстрому уменьшению рН раствора. ЕслиNa⁺=H⁺=110^-4г-ион/л и рН^исх=7,0, то в равновесии рН=-lga_H+=-lg10^-4=4, т.е.рН=3 единицам.

В случае б) не происходит накопление Н⁺, т.к. выходящие в раствор ионы Н⁺связываются с НСО₃^-в молекулу Н₂СО₃и при таком жеNa⁺=H⁺=110^-4г-ион/л, рН раствора изменится лишь на 0,5 единиц и будет рН6,5. Т.к. катионит слабокислотный, то есть функциональные группы диссоциируют тем лучше, чем больше рН, то в случае б) р-рNaHCO₃обменная емкость катионита будет больше, чем в случае а) (р-рNaCl), т.к. рН_б^равнрН_а^равн.

Тким образом ОЕ слабокислотных катионитов (или слабоосновных анионитов) в растворах, содержащих анионы слабых кислот (катионы сл. оснований) выше, чем в растворах нейтральных солей.

3. Зависимость ОЕ слабокислотного катионита от рН в растворе, содержащем соль слабого основания (слабоосновного анионита в растворе, содержащем соль слабой кислоты).

Например, слабоосновной анионит RNH₃OHв раствореNaHCO₃^.

При низких значениях рН

А) рН7 анионит диссоциирует достаточно полно по уравнению

RNH₃⁺OH^-RNH₃⁺+OH^-(т.к.OH⁺+H⁺H₂O)

Однако, при рН7 идет гидролиз солиNaHCO₃по уравнению

Na⁺+HCO₃^-+H⁺+OH^-H₂CO₃+Na⁺+OH^-

Т.е. в растворе концентрация ионов НСО₃^-, а концентрация ОН^-, а это ведет к тому, что ОЕ.

Таким образом, обменная емкость слабоосновного анионита по анионам слабых кислот очень мала при любых значениях рН. Анлогично, для слабокислотных катионитов.