23. Особливості іноннообмінної адсорбції.

Іонний обмін — обмін іонів між двома електролітами. Іонний обмін може відбуватися як в гомогенному, так і в гетерогенному середовищі, в якому один з електролітів буде твердим іонообмінним сорбентом.При обмінній адсорбції адсорбент, поглинаючи певну кількість яких-небудь іонів, виділяє одночасно в розчин еквівалентну кількість інших іонів того ж знаку, витиснених з поверхні.Іонний обмін відбувається озворотньо і переважно відноситься до оборотних процесів. Як іонообмінні сорбенти застосовуються тверді, практично не розчинні у воді і органічних розчинниках матеріали, звані іонітами. Іоніти бувають мінерального і органічного походження, природні і синтетичні. Велика частина іонітів — високомолекулярні сполуки з сітчастою і просторовою структурою.Найбільше значення мають штучні полімерні іоніти, або іонообмінні смоли, що відрізняються високою поглинювальною здатністю, механічною міцністю і хімічною стійкістю. Іонообмінні смоли — аморфні полімери з сітчастою структурою. Присутність в макромолекулах іоногенних груп додає полімеру гідрофільність. Оскільки ланцюги макромолекул полімеру в іонітних смолах «зшиті» один з одним в просторову сітку, розчинник викликає тільки набухання смоли. З електрохімічної точки зору, всякий іоніт є полівалентний іон з негативним і позитивним зарядом, оточеним іонами протилежного знаку. Від звичайних адсорбентів іоніти відрізняються тим, що їх поглинювальна здатність практично не залежить від величини поверхні і визначається цілком активною частиною іоніту. Остання являє собою диссоційовані іоногенні групи, що беруть безпосередню участь в реакціях іонного обміну. Молекула іоніту містить тисячі атомів, більшість яких взаємно зв'язані в довгий ланцюг або каркас сітчастої будови. Ця головна частина молекули є великий багато разів заряджений іон з позитивним або негативним зарядом. Для нейтралізації цього заряду є дрібніші іони протилежного заряду, які обмінюються місцями з іонами в розчині.Іоніти діляться на дві групи. До першої групи відносяться смоли, що отримуються з органічних речовин кислотного характеру (фенолів) і звуться катіонітами. Катіоніти володіють здатністю обмінювати катіони, що містяться в розчині, на іони водню або натрію. Другу групу складають смоли, що отримуються з органічних сполук основного характеру (анілін) і звуться аніонітами. Аніоніти обмінюють різні аніони, що містяться в розчині, на гідроксильні іони.Здатність іонітів вступати в іонний обмін з електролітами, що знаходяться в розчині, широко використовується в техніці. Поглинання іонів з розчину супроводжується строго еквівалентним витісненням рухомих іонів іоніту. Швидкість встановлення іонообмінної рівноваги визначається ступенем іонізації іоніту в даному середовищі і швидкістю дифузії іонів в розчині і в зернах поглинача.З підвищенням ступеня набухання іоніту і з пониженням розміру зерен швидкість встановлення обмінної рівноваги підвищується. У тих, що набрякають і сильно іонізованих іонітах процес заміщення всіх рухомих іонів триває 2—5 сек. Тому витягувати іони з розчину можна динамічним методом, тобто фільтрацією його через колону, заповнену зернами іоніту. Для витягання солей з розчинів застосовують послідовно сполучені фільтри, одні з яких заповнені катіонітом, а інші — аніонітом. У міру просування розчину по колоні з катіонітом відбувається поглинання катіонів солей і витіснення іонів водню або натрію. У аніонітовій колоні аніони солей витісняють гідроксильні іони іоніту.Послідовне застосування іонітів цих двох видів дозволяє досягти практично повної демінералізації води без її дистиляції.Реакції на катіоніті у водневій формі 2К/Н + СаСl₂ ↔ [К]₂ Са + 2НС1 ; 2К/Н + MgS0₄ ↔ [K]₂ Mg + H₂S0₄ ; К/н + NaCl ↔ K/Na + НСl . Реакції на аніоніті 2А/ОН + H₂S0₄ ↔ [А]₂ S0₄ + 2H₂0 ; А/ОН + НCl ↔ А/Cl + Н₂0Катіоніт і анионит, узяті в еквівалентних кількостях, поглинуть відповідно рівні кількості катіонів і аніонів з солей, розчинених у воді. В результаті виділиться еквівалентне число іонів Н⁺ і ОН^-, які утворюють воду.Як регенеруючі розчини для катіонітів в водневій формі застосовуються зазвичай 3%-, 5%-ві розчини сірчаної або соляної кислоти. Катіоніти при цьому «заряджають» іонами водню [К]₂Са + 2НС1 = 2К/Н+СаС1₂ . Для регенерації аніонітів застосовують 5%-ий розчин NaOH або Na₂C0₃ ; А/Сl + NaOH = А/ОН + NaCl . Особливим видом іонітів є селективні іонообмінні смоли [5,3] (комплексоутворуючі іонообмінні смоли), здатні до утворення координаційних зв’язків з іонами, що поглинаються, або молекулами. Селективність (вибірковість) визначається співвідношенням і взаємним розташуванням функціональних груп в смолі, їх хімічною спорідненістю до сорбіруємого йону або молекули, структурою полімерної матриці, а також складом і кислотністю контактуючого розчину, природою розчинника. Для збільшення селективності в аіионіт або катіоніт вводять специфічні комплексоутворюючі групи (напр., гліоксиматні, пірідинкарбонові, 8-оксихінолінові).

24. Особливості адсорбції на вугіллі . Наукові та технологічні дослідження, спрямовані на зменшення вмісту катіонів важких металів в природних об’єктах, залишаються актуальними і сьогодні. Одним із способів вилучення цих катіонів є їх адсорбція на природних та синтетичних адсорбентах, серед яких важливе місце займає активоване вугілля. Метою даної роботи став літературний огляд досвіду використання вугілля в якості адсорбенту катіонів важких металів, а також дослідження адсорбційних властивостей активованого вугілля різних марок щодо катіонів Сu2+, Pb2+, Ni2+, Fe2+. Активоване вугілля являє собою пористі зерноподібні або порошкоподібні вуглецеві тіла, що розвивають при контакті з газоподібними чи рідкими фазами значну площу поверхні для протікання можливих сорбційних процесів. Крім графітових кристалітів активоване вугілля містить від 1/3 до 2/3 аморфного вуглецю. Неоднорідна маса, що складається з кристалітів графіту і аморфного вуглецю, визначає своєрідну пористу структуру активованого вугілля, а також його адсорбційні властивості. На даний час одержане вугілля різних марок, яке відрізняється між собою величинами пор. Так, згідно Міжнародного союзу чистої і прикладної хімії, пори з діаметрами до 0,4 нм називаються субмікропорами, пори з діаметром в межах 0,4-2,0 нм – мікропорами, для пор з діаметром від 2,0 до 50 нм пропонується назва мезопори, а з діаметром вище 50 нм – макропори. Для досліджень було використано вугілля різних марок - CКН, БАВ, ТРГ, деревні ошурки з питомою поверхні від 1200 до 1548 м2/г. Дослідження проводилось в статичному режимі адсорбції. Наважка адсорбенту - 0,1 г, об’єм водного розчину солей вказаних катіонів з концентраціями від 10-6 до 10-3 - 15 мл (t = 295 К, рН = 8,01), час контакту - 5 годин. Концентрацію катіонів у розчині визначали атомно – абсорбційним методом аналізу на полум'яному атомно – абсорбційному спектрофотометрі С–115- ПК. Ємність сорбенту (А) розраховували за рівнянням А = (С0 - СР)·V/m. Як свідчать експериментальні дані, різні марки вугілля проявляють досить високі адсорбційні показники. Висока адсорбційна ємність, в середньому, характерна для ТРГ, дещо менша для СКН та БАВ. Щодо природи катіону, то представлені марки найкраще адсорбують Pb2+ (в середньому, в межах 80%), тоді як показники адсорбції інших катіонів дещо поступаються (в межах 51-65%). Для прикладу, на мал.1 наведені ізотерми адсорбції Pb2+на ТРГ та СКН. Крім того, вивчено вплив модифікування на адсорбційні показники активованого вугілля щодо досліджуваних катіонів.