Органические иониты

Большинство органических ионитов получают из сополимеров стирола и дивинилбензола (ДВБ). Эти сополимеры являются надёжной базой для создания целого спектра гелевых и макропористых ионитов с самыми разнообразными свойствами. Кроме того, исходные мономеры доступны и относительно дёшевы. Все шире становится и ассортимент ионитов, получаемых методами сополимеризации и сополиконденсации органических мономеров ионогенного типа.

Большинство органических ионитов имеют гелевую структуру. В них отсутствуют реальные поры. Доступность всего объёма их зёрен для обменивающихся ионов обеспечивается благодаря их способности к набуханию в водных растворах.

Макропористые иониты получаются путем введения в реакционную массу в процессе сополимеризации и поликонденсации порообразователя (изооктан, декан, бензины БР-1, БЛХ, спирты и т.д.), после удаление которого ионит сохраняет реальные поры и приобретает свойства адсорбентов типа активных углей: большую удельную поверхность и необходимый объём пор. Макропористые иониты имеют большую механическую прочность, но меньшую ёмкость, чем гелевые и изопористые.

Возможности синтеза органических ионитов поистине безграничны, а синтезируемые иониты можно наделять разнообразнейшими ценнейшими свойствами, имеющими порой уникальное практическое значение.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте понятие процесса сорбции.

2. Охарактеризуйте методы адсорбции, абсорбции и хемо-

сорбции.

3. Расскажите про ионный обмен, иониты и ионообменные

смолы.

4. Поясните, что такое катиониты, аниониты и амфолиты.

5. Что такое коэффициент набухания?

6. Расскажите, чем отличается процесс ионного обмена от

адсорбции.

7. Дайте определение полной обменной ёмкости (ПОЕ).

8. Что называется статической (равновесной) обменной ём-

костью (СОЕ)?

9. Что называется динамической (рабочей) ёмкостью

(ДОЕ) смолы и от чего она зависит?

10. Расскажите, какой процесс называется элюированием.

11. Дайте понятие фенольного числа ПАУ.

12. Приведите достоинства и недостатки использования ак-

тивированных углей в процессах водоподготовки.

13. Дайте характеристику неуглеродным сорбентам, приме-

няемым для очистки воды.

14. Расскажите про органические иониты и их свойства.

Практическая работа 6 обратный осмос

Цель работы: изучить метод обратного осмоса и факторы, влияющие на качество процесса извлечения примесей из растворов.

Теоретические сведения

Метод обратного осмоса заключается в фильтрации растворов под давлением через специальные полупроницаемые мембраны, пропускающие молекулы растворителя и полностью или частично задерживающие молекулы либо ионы растворенных веществ. В основе метода лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода воды через полупроницаемую перегородку в раствор. Давление, при котором наступает равновесие, называется осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении. Поэтому процесс получил название «обратный осмос» (рис.1)

Рис. 1. Схема осмоса (π = ρgH – осмотическое давление)

а – прямой осмос; б – осмотическое равновесие; в – обратный осмос.

Движущую силу обратного осмоса в случае идеально полупроницаемой мембраны находят из следующего выражения:

∆P = P – π_1,

где P – избыточное (рабочее) давление над исходным раствором,

π₁ – осмотическое давление раствора (π₁ = π)

Мембраны, используемые для очистки сточных вод, не обладают идеальной полупроницаемостью, вследствие чего через мембрану проходит и некоторая часть растворённого вещества. Для этого случая движущая сила процесса записывается следующим образом:

∆P = P – (π₁ – π₂) = P – ∆π,

где π₂ – осмотическое давление фильтрата, прошедшего через мембрану.

Давление процессов обратного осмоса лежит в пределах 6–10 МПа.

Процесс обратного осмоса следует отличать от процесса фильтрования. На очистку фильтрованием направляют жидкость, представляющую собой гетерогенную (двухфазную) систему с различной степенью дисперсности взвешенных частиц. Обратным осмосом очищают, как правило, гомогенные (однородные) системы - истинные растворы. Это обстоятельство обуславливает различия в типе фильтрующих материалов и в величинах давлений, под действием которых идут процессы. При фильтровании должны задерживаться взвешенные частицы размером не менее 100 - 200 мкм. При обратном осмосе выбирается настолько плотная мембрана, что она служит барьером для веществ, находящихся в растворах в виде молекул и ионов.

Другим существенным различием этих процессов является то, что при фильтровании задерживаемое вещество остается либо на поверхности, либо в объёме фильтрующего материала, который при загрязнении меняют или очищают обратной промывкой. При обратном же осмосе не должно происходить загрязнения мембраны, т.е. задерживаемые вещества должны отводиться от мембраны и не сорбироваться ни на её поверхности, ни в её объеме. Загрязнение мембран осадком является вторичным процессом, отрицательно влияющим на обратноосмотическое разделение растворов.

Для очистки сточных вод используют полимерные мембраны в виде плёнок толщиной 0,1–0,2 мкм с диаметром пор около 1 нм.