2.5. Промислове використання іонітів. Екологічний аспект і/о

Маркірування і вибір іонітів. Експлуатація іонітів.

Асортимент іонітів, що випускаються, нараховує сотні марок іонітів універсального і спеціального призначення. Вживається декілька систем позначення іонітів.

Для вітчизняних: КУ – сильнокислотні сульфокатіоніти (катіоніти універсальні); КБ - катіоніти слабкокислотні, як правило карбоксильні (катіоніти буферні); КФ - катіоніти фосфорнокислі; АВ - аніоніти високоосновні, АН - аніоніти низькоосновні; АНКБ – поліамфоліти з аніоніту низькоосновного та катіоніту слабкокислого.

Цифра поруч вказує на порядковий номер розробленої партії. Наступні за цифрами букви «Г» і «П» вказують на гранульну або пористу модифікацію. Іноді для маркірування використовують сировинну основу іонітів: СДВ - іоніти на основі стиролу і ДВБ; ЭДЭ - іоніти на основі етиленполіаміну і епіхлоргідрину. Вміст зшиваючого агенту (частіше усього ДВБ - дивинілбензол) в полімеризаційних іонітах звичайно вказують цифрою, що стоїть після порядкового номера.

Смоли ядерного класу - пояснювальні позначення: ч, чс, ЯК.

Наприклад, КУ-2-8- сильнокислий сульфокатіоніт з 2 порядковим номером, 8% ДВБ; КУ-2-8чс - модифікація КУ-2-8 з підвищеною чистотою; КУ-2-20 - підвищений вміст (20%) ДВБ; КУ-23П - макропористий аналог КУ-2.

АВ-17-8; АВ-17-8чс; АВ-17-8-ЯК; АВ-171(АВ-17П).

Аніоніт АВ-17-8 отримують хлорметилуванням сополімеру стиролу з ДВБ з наступним амінуванням хлорметилованого сополімеру триметиламіном.

Аніоніт АВ-17-6,5 отримують хлорметилуванням сополімеру стиролу з вмістом ДВБ 6,5% з наступним амінуванням хлорметилованого сополімеру триметиламіном. Більша швидкість іонного обміну, яка забезпечує виску ступінь знесолення, добре видалення кремнію. Менше зшивки ніж у АВ-17-8, краща дифузія іонів.

Аніоніт АВ-17-8чС отримується при послідовній обробці аніоніту АВ-17-8 водними розчинами 5% їдкого натру, 1,5% вуглекислого натрію, 7% їдкого натру та відмивкою ДВ,

Катіоніт КУ-2-8чС отримують при обробці катіоніту КУ-2-8 водним розчином 13% азотної кислоти та промивки ДВ.

В маркіруванні закордонних смол використовують назву фірм-виробників, заводів, міст, н-д, Bayer, LanXess (від франц. lancer – початок, suxxes – успіх), Zerolite, Levatite, Purolite, Varion, Dowex, Rohm&Haas.

RF – зажатий шар

Ядерний клас позначають NRW, IRN

Моносфери Amberjet, MonoPlus, UPS

Мембрани МА-40, аніонообмінний сорбент ИА-1, волокна ПВС-ПЭИ, іоніти безреагентної регенерації („сіротерм-процес” – регенерація гарячою водою) – ИБР.

Ціни на імпортні іоніти, 2004 р.

Марка іоніту	Ціна в $ за 1 м3
Катіоніти сильнокислотні	1200
Катіоніти сильнокислотні ядерного класу	2500
Слабкокислотні катіоніти	3600
Аніоніти високоосновні	3200
Аніоніти високоосновні ядерного класу	5300
Аніоніти низькоосновні	3600
Моносферні: катіоніти аніоніти	1300-1500 4500

Вибір іонітів для рішення різноманітних технологічних задач визначається в першу чергу хімічними властивостями розчинів і газів, що контактують з ними, їхньою температурою і розміром поглинаємих іонів, обмінною ємністю і гранулометричним складом іонітів. Виробники іонітів забезпечують стандартні таблиці і графіки для кожного типу, дозволяючи робити обчислення об'єму кожного іоніту, кількості регенерату, робочу ємність до проскоку.

Основні вимоги до сучасних іонітів на ВПУ:

нерозчинність у воді та розчинах,

здатність до дисоціації та гідролізу;

рівномірний гранулометричний склад - однорідні зерна правильної (найчастіше сферичної) форми Ø0,5-0,7 мм;

висока обмінна ємність за сорбуємими речовинам;

достатній ступінь регенеруємості з min витратою регенерату;

високі осмотична та хімічна стійкість в оброблюваних розчинах;

в окремих випадках пористість (при поглинанні значних за розмірами органічних молекул);

стійкість до окислювачів;

селективність і інші.

Выбор соответствующих типов ионитов

Для успешного решения конкретной задачи необходимо выбрать соответствующий тип ионита. При выборе типа смол руководствуются обычно тремя основными критериями:

типом ионогенных групп и их ионной формой;

видом каркаса, степенью его поперечного связывания и пористостью;

размером и однородностью зёрен смолы (для негранулированных смол - формой материала).

Дополнительными критериями при выборе смолы являются монофункциональность ионита, его чистота, механическая, химическая, термическая и радиационная устойчивость, осмотическая стабильность и т.п.

Степень сшивания смолы оказывает существенное влияние на степень набухания смолы, селективность и скорость установления равновесия. Низкая степень сшивания обусловливает высокую набухаемость при контакте с растворителем. Объём набухшей смолы в значительной степени изменяется с изменением свойств внешнего раствора. Это явление особенно нежелательно при работе в динамическом режиме. Низкая степень сшивания смолы способствует уменьшению различий в сродстве ионов к иониту.

В то же время высокая степень сшивания смолы способствует уменьшению набухаемости и повышению селективности. Вследствие малых изменений объёма (даже при существенных изменениях свойств внешнего раствора) эти иониты имеют преимущества при работе в колонках.

К недостаткам смол с высокой степенью сшивания относят меньшие величины удельной обменной ёмкости и низкую скорость обмена ионов. Кроме того, высокая плотность поперечных связей в ионите ограничивает диффузию больших ионов.

На практике отдают предпочтение смолам на основе сополимера стирола с дивинилбензолом. Сильнокислотные катиониты содержат 8% ДВБ, а сильноосновные аниониты - 4 - 6%.

Сучасні іоніти (4 типів) мають такі загальні практичні властивості для вибору. Слабкокислотні карбоксильні катіоніти - видаляють тимчасову твердість і застосовують, коли твердість тимчасова велика і Жо>Ло. Їх відносно повільна швидкість обміну означає, що вони чутливі до швидкості потоку. Регенерація здійснюється з невеличким надлишком - 105-110 %. Дуже ефективна смола.

Дозволяють зменшувати необхідну кількість кислоти для регенерації. З іншої, вони краще видаляють переважно двовалентні іони, в тому числі іони кальцію та магнію, які пов'язані з гідророкарбонатами. Тому вони не рекомендовані для обробки вапняної води.

Альтернатива на 1 ступені - СУ – знижується кількість реагентів на регенерацію, стабілізується робота всієї ВПУ, покращується якість очищеної води. Але для невеликих швидкостей фільтрування заміна економічно не виправдовується.

Показник	Значення показника при застосуванні
	СУ	Purolite С 104
Річна витрата 100% товарної сірчаної кислоти, т/рік	552	191
Витрати на закупівлю сірчаної кислоти дол/рік	13235	4569
Кількість потребляемой сирої води, м3/рік	2683672	2414907
Вартість сирої води, дол/рік	32559	29299
Кількість стічних вод Н-фільтрів, м3/рік	350044	81279

Сильнокислотні - РОЄ залежить від катіонного складу води. Важливо правильне проведення регенерації: HCl більш ефективна, тому що Н₂SO₄ не цілком дисоціює у звичайно використовуваних концентраціях. Ще важливо, щоб смола не поглинула багато Са, тому що можливо відкладення СаSO4, особливо при регенерації H₂SO₄. Є і протилежний досвід. Труднощі в зберіганні.

Низькоосновні аніонні смоли - ємність залежить від складу води, збільшуючись при зменшенні концентрацій сильних кислот; видаляють тільки сильні кислоти. Регенерація здійснюється при 130 % ступеня регенерації. Добре видаляє СО₂. Доволяють зменшувати необхідну кількість основи для регенерації, більш стійкі до отруєння органікою, ніж ВОА.

Високоосновні аніоніти - видаляють аніони сильних і слабких кислот, гірше - SiO₂. На практиці потреби регенератів складають від 150 до 500 %, таким чином ефективність їх помірна. Широко застосовуються.

Аніоніти, крім і/о, здатні до сорбції та десорбції органіки природного походження (гумінові кислоти), хоча це їх додаткова “послуга”. Тому необхідно проблему видалення органіки вирішувати на передочистці.

Розроблені низькоосновні смоли, що демонструють високоосновну ємність до 40 % і спроможні видаляти SiO₂ при регенеруємості, близькій до звичайних низькоосновних смол. Очевидно, що об'єм очищеного розчину буде тим більше, чим більше обмінна ємність і його вибірність до видаляємих іонів. У практиці експлуатації для підвищеної економічності іонітного опрацювання води не прагнуть до одержання max обмінної ємності і звичайно вибирають оптимальний розмір питомої витрати реагенту, що забезпечує достатньо глибоке видалення з води поглинених іонів і достатньої обмінної ємності, не викликаючи в той же час надмірних витрат на регенерацію іонітів. Питома витрата реагенту виражається в грамах цієї речовини, витрачених на витиснення з іоніту 1 г-екв поглинених іонів.

У числі технічних характеристик іонітів варто згадати показники інтенсивності промивання іонного шару, необхідної для забезпечення гарної регенерації іоніту і виражається в л/см² (інтенсивність спушування в залежності від функціональних властивостей іонітів від 1- до 3) і питома витрата води на його відмивку після регенерації, що вимірюється в м³ води на м³ вологого іоніту (звичайно від 3-4 до 15-20 м³/м³).

Умови збереження і експлуатації іонітів вказуються у відповідних документах. Наслідуючи всім рекомендаціям можна забезпечити довге життя і ефективну експлуатацію іонітів та відповідного обладнання.

Іоніти можна знищити: розчиненням у суміші азотної та сірчаної кислоти, або спалюванням при 450-480 ^оС.

Середній термін служби іонітів

Тип	Знос, % рік	Втрата загальної ємності, % рік	Термін служби, роки
CuKK	2-4	1-3	10
СлКК	2	1-3	6-10
ВOA	2-4	5-8	4-8
НОА	2-4	3-5	2-4

Наведені наближені значення при якісному обслуговуванні і оперативному керуванні.