Nemaža dalis gamtoje vykstančių ir praktiškai vykdomų procesų yra jonų mainų procesai. Jonų mainai lemia elementų migraciją dirvožemyje ir gyvūnų bei augalų organizme. Pramonėje jis naudojamas medžiagoms atskirti ir gauti, vandens nusūdymui, nuotekų valymui, tirpalų koncentravimui ir kt. Jonų mainai gali vykti ir vienalyčiame tirpale, ir heterogeninėje sistemoje. Šiuo atveju pagal jonų mainai suprasti nevienalytį procesą, kurio metu vyksta mainai tarp jonų tirpale ir kietoje fazėje, vadinamą jonų keitiklis arba jonų keitiklis... Jonų keitiklis sugeria jonus iš tirpalo ir mainais į tirpalą atiduoda jo struktūroje esančius jonus.

3.5.1. Jonų keitiklių klasifikacija ir fizikinės ir cheminės savybės

Jonų mainų sorbentai, jonų mainai tai polielektrolitai, susidedantys iš matricos- fiksuotos atomų arba molekulių grupės (didelės molekulinės masės grandinės) su aktyviosiomis medžiagomis jonogeninės grupės atomų, užtikrinančių jonų mainų pajėgumą. Joninės grupės, savo ruožtu, susideda iš stacionarių jonų, susietų su matrica cheminės sąveikos jėgomis, ir lygiaverčio skaičiaus judrių jonų su priešingu krūviu - priešionai... Kontrajonai gali judėti veikiami koncentracijos gradiento ir gali būti pakeisti jonais iš tirpalo su tuo pačiu krūviu. Jonų keitiklyje – elektrolito tirpale, kartu su besikeičiančių jonų pasiskirstymu, tarp šių fazių vyksta ir tirpiklio molekulių persiskirstymas. Kartu su tirpikliu tam tikras kiekis coions(to paties krūvio ženklo jonai su fiksuotais). Kadangi išlaikomas sistemos elektroneutralumas, kartu su kojonais į jonų keitiklį papildomai perduodamas ekvivalentiškas kiekis priešjonų.

Priklausomai nuo to, kurie jonai yra judrūs, jonų keitikliai skirstomi į katijonus ir anijonus.

Katijonai turi nejudrių anijonų ir mainų katijonų, jiems būdingos rūgštinės savybės – judrus vandenilio ar metalo jonas. Pavyzdžiui, katijonų keitiklis R / SO 3 - H + (čia R yra struktūrinė bazė su nejudančia funkcine grupe SO 3 - ir priešionu H +). Dėl katijonų keitiklyje esančių katijonų tipo jis vadinamas H-katijonu, jei visi jo judantys katijonai yra tik vandenilis, arba Na-katijonų keitiklis, Ca-katijonų keitiklis ir kt. Jie žymimi RH, RNa, R2 Ca, kur R yra karkasas su fiksuota katijonų keitiklio aktyviosios grupės dalimi. Plačiai naudojami katijonai su nejudriomis funkcinėmis grupėmis - SO 3 -, -PO 3 2-, -СОО -, -AsO 3 2- ir kt.

Anijonai turi nejudrių katijonų ir mainų anijonų, jiems būdingos bazinės savybės – judrus hidroksido jonas arba rūgšties liekanos jonas. Pavyzdžiui, anijonų keitiklis R / N (CH 3) 3 + OH -, su funkcine grupe -N (CH 3) 3 + ir priešjonu OH -. Anijonų keitiklis gali būti įvairių formų, pavyzdžiui, katijonų mainų: OH anijonų mainų arba ROH, SO 4 anijonų mainų arba RSO 4, kur R yra karkasas su fiksuota anijonų keitiklio aktyviosios grupės dalimi. Dažniausiai naudojami anijonai su nejudriomis grupėmis - +, - +, NH 3 +, NH + ir kt.

Priklausomai nuo katijono keitiklio aktyviosios grupės disociacijos laipsnio ir, atitinkamai, nuo gebėjimo keistis jonais, katijonai skirstomi į stipriai rūgštus ir silpnai rūgštus... Taigi aktyvioji grupė –SO 3 H yra visiškai disocijuota, todėl jonų mainai galimi plačiame pH diapazone, katijonai, turintys sulfo grupes, priskiriami prie stipriai rūgštinių. Vidutinio stiprumo katijonų keitikliai apima dervas su fosforo rūgšties grupėmis. Be to, dvibazių grupių, galinčių laipsniškai disociuoti, atveju tik viena iš grupių turi vidutinio stiprumo rūgšties savybes, o antroji elgiasi kaip silpna rūgštis. Kadangi ši grupė praktiškai nesiskiria stipriai rūgščioje terpėje, patartina šiuos jonų keitiklius naudoti silpnai rūgštinėje arba šarminėje terpėje, esant pH4. Silpnai rūgštiniuose katijoničiuose yra karboksilo grupių, kurios mažai disocijuoja net ir silpnai rūgštiniuose tirpaluose, jų darbo diapazonas yra pH5. Taip pat yra bifunkcinių katijonų keitiklių, kuriuose yra ir sulfo grupių, ir karboksilo grupių arba sulfo ir fenolio grupių. Šios dervos veikia labai rūgštiniuose tirpaluose, o esant dideliam šarmingumui, jos smarkiai padidina savo talpą.

Panašiai kaip katijonai, anijonai skirstomi į labai paprastas ir žemas pagrindinis... Labai šarminiuose anijonų keitikliuose kaip aktyvios grupės yra gerai disocijuotų ketvirtinių amonio arba piridino bazių. Tokie anijonai geba keistis anijonais ne tik rūgštiniuose, bet ir šarminiuose tirpaluose. Vidutinio ir žemo bazinio anijonų mainuose yra pirminės, antrinės ir tretinės amino grupės, kurios yra silpnos bazės, jų veikimo diapazonas yra pH -8-9.

Taip pat naudojami amfoteriniai jonų keitikliai - amfolitai, kurios apima funkcines grupes, turinčias ir rūgščių, ir bazių savybių, pavyzdžiui, organinių rūgščių grupes kartu su amino grupėmis. Kai kurie jonų keitikliai, be jonų mainų savybių, turi kompleksavimo arba redokso savybių. Pavyzdžiui, jonų keitikliai, kuriuose yra joninių amino grupių, sudaro kompleksus su sunkiaisiais metalais, kurių susidarymas vyksta kartu su jonų mainais. Jonų mainus gali lydėti kompleksų susidarymas skystoje fazėje, koreguojant jos pH vertę, leidžiančią atskirti jonus. Elektronų jonų mainai hidrometalurgijoje naudojami jonų oksidacijai arba redukcijai tirpaluose, kartu sorbuojant juos iš praskiestų tirpalų.

Ant jonų sugerto jono desorbcijos procesas vadinamas eliuavimas, šiuo atveju jonų keitiklis regeneruojamas ir perkeliamas į pradinę formą. Dėl absorbuotų jonų eliuavimo, jei jonų keitiklis yra pakankamai „pakrautas“, gaunami eliuatai, kurių jonų koncentracija yra 100 kartų didesnė nei pradiniuose tirpaluose.

Kai kurios natūralios medžiagos turi jonų mainų savybių: ceolitai, mediena, celiuliozė, sulfonuotos akmens anglys, durpės ir kt., tačiau praktiniais tikslais jos beveik nenaudojamos, nes nepasižymi pakankamai dideliu mainų pajėgumu, stabilumu apdorojamoje terpėje. . Labiausiai paplitę organiniai jonų mainai – sintetinės jonų mainų dervos, kurios yra kietieji didelės molekulinės masės polimeriniai junginiai, kuriuose yra funkcinių grupių, galinčių elektrolitiškai disociuotis, todėl jos vadinamos polielektrolitais. Jie sintetinami polikondensuojant ir polimerizuojant monomerus, turinčius reikiamas jonines grupes, arba pridedant jonines grupes į atskirus anksčiau susintetinto polimero vienetus. Polimerų grupės chemiškai sujungiamos viena su kita, susiuvamos į karkasą, tai yra į trimatį trimatį tinklą, vadinamą matrica, su jomis sąveikaujančios medžiagos – rėžiukų agento – pagalba. Divinilbenzenas dažnai naudojamas kaip kryžminis ryšys. Reguliuodami divinilbenzeno kiekį, galite pakeisti dervos ląstelių dydį, o tai leidžia gauti jonų keitiklius, kurie dėl "sieto efekto" selektyviai sorbuoja bet kurį katijoną ar anijoną; didesni nei ląstelės dydis jonai nėra absorbuojami derva. Norint padidinti ląstelių dydį, naudojami reagentai, kurių molekulės yra didesnės nei vinilbenzeno, pavyzdžiui, etilenglikolis ir bifenolio dimetakrilatai. Naudojant telogeną, medžiagas, kurios neleidžia susidaryti ilgoms linijinėms grandinėms, pasiekiamas padidėjęs jonų keitiklių pralaidumas. Grandinių nutrūkimo vietose atsiranda porų, dėl to jonų keitikliai įgauna judresnį karkasą ir labiau išsipučia susilietus su vandeniniu tirpalu. Kaip telogenai naudojami anglies tetrachloridas, alkilbenzenai, alkoholiai ir kt.. Tokiu būdu gautos dervos turi gelis struktūros arba mikroporingos. Gauti makroporingasį reakcijos mišinį dedama jonų mainų, organinių tirpiklių, kurie yra aukštesni angliavandeniliai, pavyzdžiui, izooktanas, alkoholiai. Tirpiklis sulaikomas polimerizuojančios masės, o baigus formuoti karkasą, jis distiliuojamas, paliekant polimere dideles poras. Taigi pagal struktūrą jonų keitikliai skirstomi į makroporinius ir gelinius.

Makroporiniai jonų keitikliai turi geresnes kinetinės mainų charakteristikas, palyginti su geliniais, nes jų specifinis paviršius yra 20-130 m2 / g (priešingai nei geliniai, kurių paviršius yra 5 m2 / g) ir didelės poros - 20- 100 nm, o tai palengvina nevienalytį jonų mainą, kuris vyksta porų paviršiuje. Keitimo kursas iš esmės priklauso nuo grūdų poringumo, nors paprastai tai neturi įtakos jų mainų pajėgumui. Kuo didesnis grūdelių tūris ir dydis, tuo greitesnė vidinė difuzija.

Gelinės jonų mainų dervos susideda iš vienalyčių grūdelių, sausų be porų ir nepralaidžių jonams bei molekulėms. Išbrinkus vandenyje ar vandeniniuose tirpaluose, jie tampa pralaidūs.

Jonų keitiklių patinimas

Patinimas vadinamas laipsniško jonų keitiklio, patalpinto į skystą tirpiklį, tūrio didėjimo procesas dėl tirpiklio molekulių prasiskverbimo giliai į angliavandenilio karkasą. Kuo labiau jonų mainai išsipučia, tuo greičiau vyksta jonų mainai. Patinimas būdingas svorio patinimas- sugerto vandens kiekis 1 g sauso jonito, arba brinkimo koeficientas- išbrinkusio jonų keitiklio ir sauso specifinio tūrio santykis. Gana dažnai dervos tūris brinkimo procese gali padidėti 10-15 kartų. Didelės molekulinės dervos brinkimas yra didesnis, tuo mažesnis ją sudarančių jungčių kryžminio susiejimo laipsnis, tai yra, tuo nelankstesnis jos makromolekulinis tinklas. Daugumoje standartinių jonų keitiklių kopolimeruose yra 6-10% divinilbenzeno (kartais 20%). Kai kryžminiam ryšiui vietoj divinilbenzeno naudojami ilgos grandinės agentai, gaunami gerai pralaidūs makroretikuliniai jonų mainai, kuriuose jonų mainai vyksta dideliu greičiu. Be matricos struktūros, jonų keitiklio brinkimui įtakos turi ir hidrofilinių funkcinių grupių buvimas jame: kuo daugiau hidrofilinių grupių, tuo daugiau hidrofilinių grupių, tuo labiau jonų keitiklis išsipučia. Be to, jonų keitikliai, kuriuose yra viengubo krūvio priešionai, brinksta stipriau, priešingai nei dvigubai ir trigubai įkrauti.Koncentruotuose tirpaluose brinkimas būna mažesnis nei praskiestuose. Dauguma neorganinių jonų keitiklių visiškai arba beveik nesibrinksta, nors ir sugeria vandenį.

Jonų keitiklių talpa

Sorbentų jonų mainų pajėgumą apibūdina jų mainų pajėgumas priklausomai nuo funkcinių jonogeninių grupių skaičiaus jonų keitiklio masės arba tūrio vienete. Jis išreiškiamas miliekvivalentais 1 g sauso jono keitiklio arba ekvivalentais 1 m3 jonų keitiklio, o daugumoje pramoninių jonų keitiklių yra 2–10 mekv/g. Bendras mainų pajėgumas(POE) – didžiausias jonų kiekis, kurį gali sugerti jonų keitiklis, kai jis yra prisotintas. Tai yra pastovi tam tikro jonų keitiklio vertė, kurią galima nustatyti tiek statinėmis, tiek dinaminėmis sąlygomis.

Statinėmis sąlygomis, susilietus su tam tikru elektrolito tirpalo tūriu, nustatykite bendras statinis mainų pajėgumas(PSOE) ir pusiausvyros statinių mainų pajėgumas(PCOE), kuris kinta priklausomai nuo veiksnių, turinčių įtakos pusiausvyrai (tirpalo tūris, jo sudėtis, koncentracija ir kt.). Pusiausvyros jonų keitiklis – tirpalas atitinka jų cheminių potencialų lygybę.

Dinaminėmis sąlygomis, nuolat filtruojant tirpalą per tam tikrą jonų keitiklio kiekį, jis nustatomas dinaminis mainų pajėgumas- jonų, sugertų jonų mainų, skaičius prieš sorbuotų jonų proveržį (DOE), pilnas dinaminis mainų pajėgumas iki visiško jonų keitiklio (PDOE) sukūrimo. Talpa prieš prasiskverbimą (darbingumą) priklauso ne tik nuo jonų keitiklio savybių, bet ir nuo pradinio tirpalo sudėties, jo prasiskverbimo per jonų sluoksnį greičio, jono aukščio (ilgio). šilumokaičio sluoksnis, jo atsinaujinimo laipsnis ir grūdelių dydis.

Darbinė talpa nustatoma pagal išėjimo kreivę Fig. 3.5.1

S 1 - darbinis mainų pajėgumas, S 1 + S 2 - pilnas dinaminis mainų pajėgumas.

Kai eliuuojama dinaminėmis sąlygomis, eliuavimo kreivė yra tokia, kaip parodyta Fig. 3.5.2

Paprastai DOE viršija 50 % PDOE stipriai rūgščių ir stipriai bazinių jonų keitiklių ir 80 % silpnai rūgščių ir silpnai bazinių jonų keitiklių. Stipriai rūgščių ir stipriai šarminių jonų keitiklių talpa praktiškai nesikeičia įvairiuose pH tirpaluose. Silpnai rūgščių ir silpnai bazinių jonų keitiklių talpa labai priklauso nuo pH.

Jonų mainų pajėgumo panaudojimo laipsnis priklauso nuo grūdelių dydžio ir formos. Paprastai grūdelių dydis yra 0,5–1 mm. Grūdelių forma priklauso nuo jonų keitiklio paruošimo būdo. Jie gali būti sferiniai arba netaisyklingos formos. Pirmenybė teikiama sferiniams grūdams – jie užtikrina geresnę hidrodinaminę aplinką ir greitesnį proceso greitį. Taip pat naudojami jonų keitikliai su cilindriniais grūdeliais, pluoštiniai ir kt. Kuo smulkesni grūdeliai, tuo geresnė jonų mainų galia išnaudojama, bet tuo pačiu, priklausomai nuo naudojamos įrangos, arba sorbento sluoksnio hidraulinė varža, arba mažų jonų dalelių pernešimas tirpalu. dideja. Pernešimo galima išvengti naudojant jonų keitiklius, kuriuose yra feromagnetinio priedo. Tai leidžia išlaikyti smulkiagrūdę medžiagą suspensijoje zonoje – magnetiniame lauke, per kurį juda tirpalas.

Jonaičiai turi turėti mechaninį stiprumą ir cheminį atsparumą, tai yra, jie neturi subyrėti dėl brinkimo ir dirbti vandeniniuose tirpaluose. Be to, jie turi būti lengvai regeneruojami, taip ilgą laiką išlaikant savo aktyviąsias savybes ir nepakeičiant veikti keletą metų.

Jonų mainai- kietos matricos jonų mainų procesas ( jonų keitiklis ) su vandens jonais.

Jonų mainai yra vienas iš pagrindinių vandens valymo nuo joninės taršos metodų, giluminio vandens demineralizacija... Įvairių jonų mainų medžiagų buvimas leidžia efektyviai išspręsti įvairios cheminės sudėties vandens valymo problemas. Tai vienintelis būdas, leidžiantis selektyviai, selektyviai iš tirpalo išskirti kai kuriuos komponentus, pavyzdžiui, kietumo druskas, sunkiuosius metalus.

Jonitai - kietos netirpios medžiagos, turinčios funkcinių (jonogeninių) grupių, galinčių jonizuotis tirpaluose ir keistis jonais su elektrolitais. Funkcinių grupių jonizacijos metu susidaro dviejų tipų jonai: vieni yra tvirtai pritvirtinti prie R jono keitiklio karkaso (matricos), kiti - priešingo ženklo (kontrajonai), galintys patekti į tirpalą mainais į ekvivalentą. kitų to paties ženklo jonų kiekis iš tirpalo.

Pagal jonų grupių savybes jonų mainai skirstomi į keturis pagrindinius tipus:

• amfolitai;
• selektyvūs jonų keitikliai.

Pagal matricos pobūdį jie skirstomi į:

• neorganiniai jonų keitikliai;
• organinių jonų mainų.

Katijonai- jonų mainai su anijonais arba anijonų mainų grupėmis, pritvirtintomis prie matricos, keičiančios katijonus su išorine aplinka.

Jei katijonų keitiklis buvo vandenilio H + - formos, tada visi vandenyje esantys katijonai yra ekstrahuojami. Išgrynintas tirpalas yra rūgštus.

Kai per katijonų keitiklį juda tirpalas, kuriame yra katijonų mišinys, pvz., Na, Ca, Mg, Fe (natūralus vanduo), jo sluoksnyje susidaro kiekvieno katijono sorbcijos frontai ir prasideda jų prasiskverbimas į filtratą ne vienu metu. Valymas baigiasi, kai filtrate atsiranda pagrindinis ekstrahuojamas arba kontroliuojamas jonas.

Anijonai- jonų mainai su katijonais arba katijonų mainų grupėmis, pritvirtintomis prie matricos, keičiančios anijonus su išorine aplinka.

Jei anijonų keitiklis yra hidroksilo OH - formos, tada paprastai tiekiamas tirpalas valymui nuo anijonų po kontakto su H + formos katijono keitikliu, kuris turi rūgštinę reakciją.

Tokiu atveju visi tirpale esantys anijonai pašalinami. Išgrynintas tirpalas yra neutralus.

Kai per anijonų keitiklį leidžiamas tirpalas, kuriame yra anijonų mišinys, pvz., Cl, SO 4, PO 4, NO 3, jo sluoksnyje susidaro kiekvieno jono sorbcijos frontai ir jų prasiskverbimas į filtratą prasideda ne vienalaikis startas. Vandens valymas baigiasi, kai filtrate atsiranda ekstrahuojamas jonas.

Amfolitai turi fiksuotas katijonų mainų ir anijonų mainų grupes ir tam tikromis sąlygomis veikia kaip katijonas arba kaip anijonas. Naudojamas technologiniams sprendimams apdoroti.

Selektyvūs jonų mainai turi specialiai atrinktas jonogenines grupes, turinčias didelį afinitetą vienam ar grupei jonų. Jais galima pašalinti iš vandens tam tikrus jonus, pavyzdžiui, borą, sunkiuosius metalus ar radionuklidus.

Pagrindinės jonų keitiklių charakteristikos yra šios:

• mainų pajėgumas;
• selektyvumas;
• mechaninis stiprumas;
• osmosinis stabilumas;
• cheminis stabilumas;
• temperatūros stabilumas;
• granulometrinė (frakcinė) sudėtis.

Keitimo pajėgumai

Norint kiekybiškai apibūdinti jonų mainų ir sorbcijos savybes, naudojamos šios reikšmės: bendras, dinaminis ir darbinis mainų pajėgumas.

Bendras mainų pajėgumas(POE) nustatomas pagal funkcinių grupių, galinčių keistis jonais, skaičių ore išdžiūvusio arba išbrinkusio jonų mainų vienete ir išreiškiamas mg-ekv/g arba me-ekv/l. Tai yra pastovi reikšmė, kuri yra nurodyta jonų keitiklio pase ir nepriklauso nuo keičiamo jono koncentracijos ar pobūdžio. OEU gali keistis (sumažinti) dėl terminio, cheminio ar radiacinio poveikio. Realiomis eksploatavimo sąlygomis OEC laikui bėgant mažėja dėl jonų mainų matricos senėjimo, negrįžtamo nuodingų jonų (organinių medžiagų, geležies ir kt.), kurie blokuoja funkcines grupes, absorbcijos.

Pusiausvyros (statinis) mainų pajėgumas priklauso nuo jonų koncentracijos vandenyje, pH ir jonų keitiklio bei tirpalo tūrių santykio matavimų metu. Jis reikalingas technologinių procesų skaičiavimams atlikti.

Dinaminis mainų pajėgumas (DOE) svarbiausias rodiklis vandens valymo procesuose. Realiomis sąlygomis pakartotinai naudojant jonų keitiklį sorbcijos-regeneravimo cikle, mainų pajėgumai nėra visiškai išnaudojami, o tik iš dalies. Panaudojimo laipsnį lemia regeneravimo būdas ir regeneruojančios medžiagos sunaudojimas, jonų keitiklio sąlyčio su vandeniu ir regeneruojančia medžiaga laikas, druskų koncentracija, pH, naudojamo aparato konstrukcija ir hidrodinamika. . Paveikslas tai rodo vandens valymo procesas nutraukiamastrobelė esant tam tikrai ribojančio jono koncentracijai, kaip taisyklė, dar gerokai prieš visišką jonų keitiklio prisotinimą. Šiuo atveju absorbuotų jonų skaičius, atitinkantis stačiakampio A plotą, atsižvelgiant į jonų keitiklio tūrį, bus DOE. Absorbuotų jonų skaičius, atitinkantis visišką prisotinimą, kai slydimas yra lygus 1, atitinkantis DOE sumą ir užtamsintos figūros plotą virš S formos kreivės, vadinamas bendru dinaminių mainų pajėgumu (TDC). . Įprastuose vandens valymo procesuose DOE paprastai neviršija 0,4–0,7 POU.

Selektyvumas... Selektyvumas suprantamas kaip gebėjimas selektyviai adsorbuoti jonus iš sudėtingos sudėties tirpalų. Selektyvumą lemia jonogeninių grupių tipas, jonų mainų matricos kryžminių jungčių skaičius, porų dydis ir tirpalo sudėtis. Daugumos jonų keitiklių selektyvumas yra mažas, tačiau buvo sukurti specialūs mėginiai, kurie pasižymi dideliu gebėjimu išskirti tam tikrus jonus.

Mechaninis stiprumas parodo jonų keitiklio gebėjimą atsispirti mechaniniam įtempimui. Jono keitiklių dilimas tikrinamas specialiuose malūnuose arba pagal apkrovos svorį, kuris sunaikina tam tikrą dalelių skaičių. Visi polimerizacijos jonų keitikliai pasižymi dideliu stiprumu. Polikondensacijos atveju jis yra žymiai mažesnis. Padidėjus polimero skersinio susiejimo laipsniui, padidėja jo stiprumas, tačiau sumažėja jonų mainų greitis.

Osmosinis stabilumas... Didžiausias jonų dalelių sunaikinimas vyksta tada, kai pasikeičia aplinkos, kurioje jos yra, charakteristikos. Kadangi visi jonų keitikliai yra struktūriniai geliai, jų tūris priklauso nuo druskos kiekio, terpės pH ir jonų keitiklio joninės formos. Pasikeitus šioms charakteristikoms, keičiasi ir grūdų tūris. Dėl osmosinio poveikio koncentruotuose tirpaluose grūdų tūris yra mažesnis nei atskiestuose. Tačiau šis pokytis nevyksta vienu metu, o „naujo“ tirpalo koncentracijoms susilyginus per grūdų tūrį. Todėl išorinis sluoksnis susitraukia arba plečiasi greičiau nei dalelės šerdis; atsiranda dideli vidiniai įtempimai ir atsiskiria viršutinis sluoksnis arba suskyla visas grūdas. Šis reiškinys vadinamas „osmosiniu šoku“. Kiekvienas jonų keitiklis gali atlaikyti tam tikrą tokių aplinkos savybių pokyčių ciklų skaičių. Tai vadinama jo osmosiniu stiprumu arba stabilumu. Didžiausias tūrio pokytis įvyksta silpnai rūgštiniuose katijonų keitikliuose. Makroporų buvimas jonų keitiklio grūdelių struktūroje padidina jo darbinį paviršių, pagreitina brinkimą ir leidžia „kvėpuoti“ atskiriems sluoksniams. Todėl osmosiškai stabiliausi yra stipriai rūgštūs makroporinės struktūros, o silpnai rūgštūs – mažiausiai. Osmosinis stabilumas apibrėžiamas kaip nesmulkintų grūdų skaičius, išreikštas bendru pradiniu jų skaičiumi, pakartotinai (150 kartų) apdorojus jonų keitiklį, pakaitomis pasvertą rūgšties ir šarmo tirpale, tarpinio plovimo metu demineralizuotu vandeniu.

Cheminis stabilumas... Visi jonų keitikliai turi tam tikrą atsparumą rūgščių, šarmų ir oksiduojančių medžiagų tirpalams. Visi polimerizacijos jonų keitikliai turi didesnį cheminį atsparumą nei polikondensaciniai. Katijonai yra stabilesni nei anijonai. Iš anionitų silpnai šarminiai yra atsparesni rūgščių, šarmų ir oksidantų poveikiui nei stipriai baziniai.

Atsparumas temperatūrai katijonų keitikliai yra aukštesni nei anijonai. Silpnai rūgštiniai katijono keitikliai yra veiksmingi esant temperatūrai iki 130 ° С, stipriai rūgštinio tipo KU-2-8 - iki 100–120 ° С, o dauguma anijonų keitiklių - ne aukštesnėje kaip 60, daugiausia 80 ° С. Šiuo atveju kaip taisyklė, Н- arba
Joninių OH formos yra mažiau stabilios nei druskos.

Frakcinė kompozicija. Polimerizacijos tipo sintetiniai jonų mainai gaminami sferinių dalelių pavidalu, kurių dydis svyruoja nuo 0,3 iki 2,0 mm. Polikondensaciniai jonų keitikliai gaminami netaisyklingos formos susmulkintų 0,4–2,0 mm dydžio dalelių pavidalu. Standartinių polimerizacijos tipo jonų keitiklių dydis yra nuo 0,3 iki 1,2 mm. Vidutinis polimerizacinių jonų keitiklių dydis yra nuo 0,5 iki 0,7 mm (pav.). Heterogeniškumo koeficientas yra ne didesnis kaip 1,9. Tai užtikrina priimtiną sluoksnio hidraulinį pasipriešinimą. Procesams, kai jonų mainai buvo naudojami verdančiame sluoksnyje, SSRS jie buvo gaminami 2 dydžio klasėmis: A klasė 0,6–2,0 mm dydžio ir B klasė 0,3–1,2 mm dydžio.

Užsienyje specialiomis technologijomis jie gamina monosferinio tipo Purofine, Amberjet, Marat h on jonų keitiklius, kurių dalelės labai mažos dydžių sklaidos: 0,35 ± 0,05; 0,5 ± 0,05; 0,6 ± 0,05 (pav.). Tokie jonų mainai pasižymi didesne mainų galia, osmosiniu ir mechaniniu stabilumu. Monosferinių jonų keitiklių sluoksniai turi mažesnę hidraulinę varžą, daug geriau atsiskiria tokių katijonų ir anijonų keitiklių mišrūs sluoksniai.

a	b

Ryžiai. Dalelių dydžio pasiskirstymo kreivės standartiniam ( 1 ) ir monosferinis ( 2 ) jonų keitikliai ( a) ir tokių jonų keitiklių nuotraukos ( b)

darbo tikslas- nustatyti vieną iš pagrindinių fizikinių ir cheminių jonų mainų charakteristikų – suminį dinaminį mainų pajėgumą (PDOE).

Kūrinio esmė... Didžiausias jonų skaičius, kurį gali sugerti jonų keitiklis, lemia jo bendrą mainų pajėgumą. Tai atitinka joninių grupių koncentraciją. Talpa išreiškiama pasikeitusių jonų milimolių ekvivalentų skaičiumi 1 g sauso (mmol ekv. / g) arba 1 ml išbrinkusio jonų keitiklio (mmol ekv. / ml), kai pH vertės atitinka jo visišką jonizaciją. Jonų keitiklių talpos nustatymas atliekamas statinėmis arba dinaminėmis sąlygomis (jonų mainų kolonėlėje).

Jonų keitiklių talpa dinaminėmis sąlygomis nustatoma pagal išėjimo kreives, nubrėžtas koordinatėse „Pakeisto jono koncentracija kolonėlės išėjime – eliuato tūris“. Jie naudojami norint nustatyti bendrą dinaminio mainų pajėgumą (PDOE) ir dinaminį mainų pajėgumą prieš prasiskverbimą (DOE), kuris parodo absorbuotų jonų kiekį prieš jiems atsirandant eliuate (pralaužimas).

Laboratoriniuose darbuose būtina nustatyti stipriai rūgštinio katijonito KU-2 PDOE variu (II). Tam naudojamas CuSO 4 tirpalas nuolat Praleidžiama per kolonėlę, užpildytą H+ formos katijonu KU-2, ir surenkamos atskiros gauto tirpalo dalys ( eliuatas) į matavimo kolbas, kad vėliau kiekvienoje iš jų būtų nustatyta Cu 2+ koncentracija.

Kai CuSO 4 tirpalas praleidžiamas per jonų mainų sluoksnį, vyksta jonų mainų reakcija:

2 R – SO 3 H + CuSO 4 Û (R – SO 3) 2 Cu + H 2 SO 4.

Pirmosiose eliuato dalyse Cu 2+ jonų neturėtų būti, nes tirpalui prasiskverbiant jonų mainų sluoksnis palaipsniui bus prisotintas šiais jonais. Tada ateina paslysti Cu 2+ jonų į eliuatą, po to Cu 2+ koncentracija prie išėjimo iš kolonėlės padidės tol, kol taps lygi Cu 2+ koncentracijai prie įėjimo į kolonėlę, o tai rodo visiškas prisotinimas jonų keitiklio sluoksnis.

Cu 2+ jonų kiekio eliuate analizė atliekama fotometriškai. Nustatymas pagrįstas intensyviai mėlynos spalvos vario (II) amoniako susidarymu:

Cu 2+ + 4NH 3 ↔ 2+.

Didžiausia šio junginio šviesos sugertis atitinka λ = 620 nm. Norint rasti nežinomą koncentraciją, naudojamas kalibravimo kreivės metodas.

Įranga, indai, reagentai: kolonėlė su sulfoniniu katijonu KU-2 vandenilio pavidalu; fotoelektrinis kolorimetras; kiuvetės ( l= 3 cm); buteliukas Mariotte vienodam tirpalo tiekimui į kolonėlę; akiniai; 25,0 ml (3 vnt.) ir 50,0 ml (6 vnt.) talpos matavimo kolbos; graduotos pipetės; 25 ml talpos matavimo cilindras, 0,1 N. standartinis CuSO 4 tirpalas; 3 n. HCl tirpalas; reagentai Cu 2+ aptikti; 5% vandeninis NH 3 tirpalas; universalus indikatorinis popierius.

Darbo užbaigimas

1. Jonų keitiklio paruošimas darbui... Darbe naudojama iš anksto paruošta kolonėlė su katijonų keitikliu, kurios svorį būtina pasitikrinti su mokytoju.

Pirmiausia reikia katijonų keitiklį paversti vandenilio forma. Tam per kolonėlę leidžiama 80–100 ml 3 N HCl. HCl tirpalas, tikrinant, ar filtrate nėra Cu (II). Kaip analitinius reagentus vario (II) aptikimui galite naudoti NaOH arba KOH tirpalą ( susidaro mėlynos nuosėdos Cu (OH) 2), vandeninis tirpalas NH 3 ( susidaro intensyviai mėlynos spalvos vario (II) amoniako kompleksas) ir kt.

Nesant Cu (II) katijonų filtrate, katijonų keitiklis kolonėlėje plaunamas distiliuotu vandeniu iki neutralaus. Šioje formoje jonų keitiklis laikomas paruoštu darbui.

2. Jonų mainų vykdymas dinaminėmis sąlygomis... CuSO 4 tirpalas pilamas į Mariotte buteliuką, pritvirtintą prie kolonėlės viršaus. Tada jie pradeda jį praleisti per katijonų sluoksnį, išlaikydami pastovų (~ 1 ml / min) filtravimo greitį ir reguliuodami jį išleidimo angoje varžtu. Atliekant darbus būtina užtikrinti, kad tirpalo lygis kolonėlėje būtų pastovus. Filtratas atskiromis porcijomis surenkamas į 25,0 ml talpos matavimo kolbas ir kiekvienoje iš jų Cu (II) koncentracija. žr. žemiau).

CuSO 4 tirpalo praleidimas per katijonų mainų dervą sustabdomas, kai paskutiniuose dviejuose mėginiuose sočiųjų Cu (II) jonų kiekis išlieka pastovus.

3. Analizė.

§ Kalibravimo grafiko sudarymas... Standartinės 0,1 N alikvotinės dalys. CuSO 4 tirpalas (1,00; 2,50; 4,00; 5,00; 6,00 ml) supilamas į 50,0 ml talpos matavimo kolbas, į kiekvieną kolbą įpilama 25 ml 5% amoniako tirpalo ir distiliuotas vanduo iki žymės. Tokios pat talpos matavimo kolboje paruošiamas etaloninis tirpalas, kuriame yra 25 ml amoniako tirpalo.

Matuojama šviesos sugertis ( A) vieno iš paruoštų tirpalų 3 cm sluoksnio storio kiuvetėje su visais šviesos filtrais ir pagal priklausomybę A = f(λ) atlieka šviesos filtro pasirinkimą.

Tada pasirinktu šviesos filtru išmatuokite visų standartinių tirpalų šviesos sugertį. Matavimo rezultatai apdorojami mažiausių kvadratų metodu, geriausia naudojant asmeninį kompiuterį, o koordinatėmis nubraižytas kalibravimo grafikas A – SU, mmol ekv./ml.

§ Filtrų analizė... Kiekviena surinkta eliuato dalis (25,0 ml) kiekybiškai perpilama į 50,0 ml talpos matavimo kolbą ir iki žymės praskiedžiama 5% amoniako tirpalu. Šviesos sugertis matuojama etaloninio tirpalo atžvilgiu, o Cu (II) koncentracija tirpale nustatoma pagal kalibravimo grafiką.

Jei išmatuota vertė A≥ 0,6, tada šio tirpalo alikvotinė dalis (10,0 ml) dedama į 50,0 ml talpos matavimo kolbą, įpilama 20 ml 5% NH 4 OH tirpalo ir praskiedžiama distiliuotu vandeniu iki žymės. Gautas sprendimas yra fotometrinis. Skaičiuojant vario (II) koncentraciją kiekvienoje eliuato dalyje, reikia atsižvelgti į atliktą praskiedimą.

4. Gautų duomenų apdorojimas.

4.1. Skaičiuojama PDOE:

Pagal išmatuotą šviesos sugerties vertę ( A) kiekvienam iš tirpalų Cu (II) jonų koncentracija nustatoma naudojant kalibravimo grafiką;

· Pagal ekvivalentų dėsnį apskaičiuokite Cu (II) jonų koncentraciją visose eliuato dalyse (25 ml), atsižvelgiant į visus anksčiau atliktus skiedimus;

Apskaičiuokite cheminį Cu (II) jonų kiekį (mmol ekv.) bendrame tūryje praleido tirpalas pagal formulę

kur V(Cu 2+) = 25 ml – vienos eliuato dalies tūris; p- porcijų skaičius.

Apskaičiuokite cheminį Cu (II) jonų kiekį (mmol ekv.) visose eliuato dalyse pagal formulę

kur C i(1/2 Cu 2+) - vario koncentracija in i eliuato dalis.

Pagal skirtumą raskite jonų keitiklio sugerto Cu (II) mmol ekvivalento skaičių:

Jonų keitiklio (PDOE) dinaminės mainų talpos vertė apskaičiuojama pagal formulę

Kai kuriais atvejais, mokytojo nurodymu, papildomai apskaičiuojamas DOE.

4.2. Išvesties kreivės braižymas... Remiantis gautais duomenimis, nubraižoma išėjimo kreivė, eliuato tūris (ml) nuo eksperimento pradžios išilgai abscisių ašies ir vario (II) koncentracija kiekvienoje eliuato dalyje (mmol ekv / l) išilgai ordinačių ašies.

Vandens minkštinimas atliekamas metodais: terminiu, pagrįstu vandens šildymu, jo distiliavimu arba užšaldymu; reagentas, kuriame vandenyje esantys Ca (II) ir Mg (II) jonai sujungiami įvairiais reagentais ir sudaro praktiškai netirpius junginius; jonų mainai, pagrįsti suminkštinto vandens filtravimu per specialias medžiagas, kurios savo sudėtyje esančius Na (I) arba H (I) jonus keičia į vandenyje esančius Ca (II) ir Mg (II) jonus; dializė; kombinuoti, atstovaujantys įvairiems išvardytų metodų deriniams.

Yra žinoma, kad svarbiausia gėlo vandens savybė yra jo kietumas. Kietumas suprantamas kaip miligramų kalcio arba magnio jonų ekvivalentų skaičius 1 litre vandens. 1 mg-ekv/l kietumo atitinka 20,04 mg Ca2+ arba 12,16 mg Mg2+. Pagal kietumo laipsnį geriamasis vanduo skirstomas į labai minkštą (0-1,5 mg-ekv/l), minkštą (1,5-3 mg-ekv/l), vidutinio kietumo (3-6 mg-ekv/l), kietas (6-9 mg-ekv/l) ​​ir labai kietas (daugiau nei 9 mg-ekv/l). Geriausias skonio savybes turi vanduo, kurio kietumas yra 1,6–3,0 mg-ekv/l, o pagal SanPiN 2.1.4.1116-02 fiziologiškai aukštos kokybės vandenyje turi būti 1,5–7 mg kietumo druskų. ekv / l. Tačiau, kai vandens kietumas viršija 4,5 mg-ekv/l, vandens tiekimo sistemoje ir vandentiekyje intensyviai kaupiasi nuosėdos, sutrinka buitinių prietaisų veikimas. Paprastai minkštinimas atliekamas iki 1,0–1,5 mg-ekv / l likutinio kietumo, kuris atitinka užsienio buitinių prietaisų eksploatavimo standartus. Vanduo, kurio kietumas mažesnis nei 0,5 mg-ekv/l, yra korozinis vamzdžių ir katilų atžvilgiu, gali išplauti vamzdžių nuosėdas, kurios susikaupia ilgai stovint vandeniui vandens tiekimo sistemoje. Dėl to vandenyje atsiranda nemalonus kvapas ir skonis.

Vandens minkštinimas atliekamas metodais: terminiu, pagrįstu vandens šildymu, jo distiliavimu arba užšaldymu; reagentas, kuriame vandenyje esantys Ca (II) ir Mg (II) jonai sujungiami įvairiais reagentais ir sudaro praktiškai netirpius junginius; jonų mainai, pagrįsti suminkštinto vandens filtravimu per specialias medžiagas, kurios savo sudėtyje esančius Na (I) arba H (I) jonus keičia į vandenyje esančius Ca (II) ir Mg (II) jonus; dializė; kombinuoti, atstovaujantys įvairiems išvardytų metodų deriniams.

Minkštinimo būdo pasirinkimas priklauso nuo vandens kokybės, reikiamo minkštinimo gylio ir techninių bei ekonominių aplinkybių, pateiktų žemiau esančioje lentelėje.

Vandens minkštinimas katijonizuojant grindžiamas jonų mainų reiškiniu, kurio esmė – jonų mainų medžiagų arba jonų keitiklių gebėjimas sugerti teigiamus jonus iš vandens mainais į lygiavertį kiekį katijonitų jonų. Kiekvienas katijonų keitiklis turi tam tikrą mainų pajėgumą, kuris išreiškiamas katijonų skaičiumi, kuriuo katijonokaitis gali apsikeisti filtravimo ciklo metu. Katijoniuko mainų pajėgumas matuojamas sulaikytų katijonų gramų ekvivalentais 1m3 išbrinkusio (darbinio) katijono po buvimo vandenyje, t.y. tokioje būsenoje, kurioje filtrate yra katijonų keitiklis. Atskirkite pilną ir darbinį katijonų mainų pajėgumą. Bendras mainų pajėgumas – tai kalcio ir magnio katijonų kiekis, galintis išlaikyti 1 m3 katijonų keitiklio darbinėje būsenoje, kol filtrato kietumas bus lygus šaltinio vandens kietumui. Katijonito darbinė mainų talpa yra Ca + 2 ir Mg + 2 katijonų kiekis, kuris išlaiko 1m3 katijono iki "prasiveržimo" į kietumo druskų katijonų filtratą momento. Keitimo pajėgumas, reiškiantis visą į filtrą įdėto katijonito tūrį, vadinamas sugerties pajėgumu.

Kai vanduo iš viršaus į apačią teka per katijono sluoksnį, jis suminkštėja ir baigiasi tam tikrame gylyje. Vandenį minkštinantis katijonitų sluoksnis vadinamas darbiniu sluoksniu arba minkštinimo zona. Toliau filtruojant vandenį, viršutiniai katijonito sluoksniai išsenka ir praranda mainų galimybes. Apatiniai katijonų keitiklio sluoksniai patenka į jonų mainus ir minkštėjimo zona palaipsniui nusileidžia. Po kurio laiko stebimos trys zonos: veikiantis, išeikvotas ir šviežias katijonų keitiklis. Filtrato kietumas bus pastovus tol, kol apatinė minkštėjimo zonos riba sutaps su apatiniu katijonito sluoksniu. Sujungimo momentu prasideda Ca + 2 ir Mg + 2 katijonų "proveržis" ir liekamojo kietumo didėjimas, kol jis tampa lygus pradinio vandens kietumui, o tai rodo visišką katijono keitiklio išeikvojimą. Filtro darbinė mainų talpa Ер g ÷ eq / m3 gali būti išreikšta taip: Ер = QЖi; Ep = ep Vk.

Išbrinkusio į filtrą įkeliamo katijonito tūris yra Vk = ahk.

Formulė katijonų mainų darbinei galiai nustatyti, g ÷ ekv / m3: ep = QLi / ahk; kur Zhi yra šaltinio vandens kietumas, g ÷ ekv / m3; Q – suminkštinto vandens kiekis, m3; a - katijonų mainų filtro plotas, m2; hk – katijonito sluoksnio aukštis, m.

Nustačius vandens filtravimo greitį katijonų mainų filtre vk, suminkštinto vandens kiekį galima rasti pagal formulę: Q = vk aTk = erahk / Zh; iš kur katijonų mainų filtro trukmė (tarp atsinaujinimo periodas) randama pagal formulę: Tk = erhk / vk Zhi.

Išnaudojus katijono mainų darbinę galią, jis yra regeneruojamas, t.y. išeikvoto jonų mainų pajėgumo atkūrimas praleidžiant natrio chlorido tirpalą.

Vandens minkštinimo technologijoje plačiai naudojamos jonų mainų dervos, kurios yra specialiai susintetintos polimerinės vandenyje netirpios medžiagos, kurių struktūroje yra jonogeninių rūgščių grupių —SO3Na (stipriai rūgštūs katijonai). Jonų mainų dervos skirstomos į heteroporines, makroporines ir izoporines. Divinilbenzeno pagrindu pagamintos heteroporinės dervos pasižymi nevienalyte gelio struktūra ir mažais porų dydžiais. Makroporos turi kempinę struktūrą ir didesnio molekulinio dydžio poras. Izoporinės turi vienalytę struktūrą ir yra visiškai sudarytos iš dervos, todėl jų mainų pajėgumas yra didesnis nei ankstesnių dervų. Katijonitų kokybę apibūdina jų fizinės savybės, cheminis ir terminis stabilumas, darbinė mainų talpa ir kt. Katijonų fizinės savybės priklauso nuo jų dalinės sudėties, mechaninio stiprumo ir tūrinio tankio (brinkimo). Frakcinė (arba grūdėta) sudėtis apibūdina katijonų keitiklių eksploatacines savybes. Jis nustatomas sieto analize. Čia atsižvelgiama į vidutinį grūdelių dydį, homogeniškumo laipsnį ir netinkamų naudoti dulkių dalelių kiekį.

Smulkaus grūdėtumo katijonių keitiklis, turintis labiau išvystytą paviršių, turi šiek tiek didesnį mainų pajėgumą nei stambiagrūdis. Tačiau mažėjant katijoninės dervos grūdelių kiekiui, didėja hidraulinis pasipriešinimas ir energijos sąnaudos vandens filtravimui. Optimalus katijoninės dervos grūdelių dydis, remiantis šiais samprotavimais, yra nuo 0,3 iki 1,5 mm. Rekomenduojama naudoti katijonų keitiklius, kurių heterogeniškumo koeficientas Кн = 2.

Štai kai kurių katijonų keitiklių charakteristikos. Iš labai rūgštinių buitinės gamybos katijonų keitiklių, patvirtintų naudoti buitiniam geriamojo vandens tiekimui, galima išskirti KU-2-8chS. Jis gaunamas sulfonuojant granuliuotą stireno kopolimerą su 8% divinilbenzenu. KU-2-8chS savo struktūra ir savybėmis yra artimas šiems užsienio, ypatingo grynumo sulfoninių katijonų mainams: Amberlight IRN-77 (JAV), Zerolite 325 NG (Anglija), Dowex HCR-SN (JAV), Duolite ARC-351 ( Prancūzija), vofatitou RH (Vokietija). Išvaizda - rutuliški grūdeliai nuo geltonos iki rudos spalvos, 0,4–1,25 mm dydžio, savitasis tūris ne didesnis kaip 2,7 cm3 / g. Visas statinis mainų pajėgumas yra ne mažesnis kaip 1,8 g-ekv / l, min, dinaminis mainų pajėgumas su visišku regeneravimu yra ne mažesnis kaip 1,6 g-ekv / l.

Šiuo metu „Purolyte“ stiprių rūgščių katijonų keitikliai plačiai naudojami: C100, S100E, S120E (buitinių dervų KU-2-8, KU-2-8chS analogai). Naudojama įmonės Purolyte S100E Ag jonų mainų derva (keitimo galia 1,9 g-ekv/l, tūrinis tankis 800–840 g/l), kuri yra sidabro turintis katijonų keitiklis vandeniui minkštinti, turintis baktericidinį poveikį. Yra buitinis KU-23S analogas - makroporinis katijonų keitiklis, turintis baktericidinį poveikį (statinis mainų pajėgumas 1,25 g-ekv / l, tūrinis tankis 830-930 g / l).

Naudojamas geriamojo vandens minkštinimui tiek pramonėje, tiek kasdieniame gyvenime katijonų keitiklis Purofine С100ЕF – turi nemažai pranašumų, palyginti su įprastomis vandenį minkštinančiomis dervomis. Jis turi daug didesnį darbinį pajėgumą esant normaliam srautui, padidintą darbingumą esant dideliam srautui, esant kintamam ir su pertrūkiais srautui. Minimalus bendras keitimo pajėgumas yra 2,0 g-ekv / l. Katijono keitiklio C100ЕF ypatumas yra tas, kad jam reikia mažesnio tūrio ir kiekio regeneranto (NaCl).

Stipriai rūgštus katijonų keitiklis IONAC / C 249 naudojamas buitiniam ir komunaliniam vandeniui minkštinti. Mainų talpa 1,9 g-ekv / l.

Vandens minkštinimas natrio katijonų mainų metodu ant nurodytų dervų (vandens kietumas sumažėja vienos pakopos natrio katijonizacija iki 0,05 ... 0,1, dviejų pakopų - iki 0,01 mg-ekv / l) aprašomas taip. mainų reakcijos:
(žr. spausdintą versiją)

Išnaudojus katijono keitiklio darbinę galią, jis praranda gebėjimą minkštinti vandenį ir turi būti regeneruojamas. Vandens minkštinimo ant katijonų mainų filtrų procesas susideda iš šių nuoseklių operacijų: vandens filtravimas per katijonų mainų dervos sluoksnį, kol pasiekiamas didžiausias leistinas filtrate kietumas (filtravimo greitis 10...25 m/h ribose); katijonų keitiklio sluoksnio atsipalaidavimas didėjančia suminkštinto vandens, panaudoto regenerato arba plovimo vandens srove (srauto greitis 3 ... 4 l / (cm2); vandens pagalvės nusileidimas, kad regeneruojantis tirpalas nepraskiestų; katijono regeneravimas šilumokaitį filtruojant atitinkamą tirpalą (filtravimo greitis 8 ... 10 Regeneracija paprastai trunka apie 2 val., iš kurių 10 ... 15 atpalaidavimui, 25 ... 40 regeneruojamojo tirpalo filtravimui ir 30 ... 60 min. plovimui.

Regeneracijos procesas apibūdinamas tokia reakcija:
(žr. spausdintą versiją)

Praktiškai jie apsiriboja vienu druskos pravedimu, kai suminkštinto vandens kietumas yra iki 0,20 mg-ekv/l, arba du kartus, kai kietumas mažesnis nei 0,05 mg-ekv/l.

C.O.K. N 10 | 2002 m
Kategorija: SANITARIJOS IR VANDENS TIEKIMAS
Lavrushina Yu.A., mokslų daktarė, Nepriklausomos akredituotos analizės bandymų laboratorijos vadovė

Iš anksto dėkojame už atsakymą.

C100E yra labai rūgšti gelio tipo katijonų mainų derva, pasižyminti dideliu mainų pajėgumu, cheminiu ir fiziniu stabilumu ir puikiomis savybėmis. С100Е efektyviai sulaiko suspenduotas daleles, o rūgštinėje (H +) formoje pašalina geležies ir mangano jonus.

Didelis mainų pajėgumas leidžia gauti vandens, kurio bendras kietumas yra 0,05 meq / l, o puiki jonų mainų kinetika - pasiekti didelius srautus. Kai naudojamas C100E, jonų, lemiančių vandens kietumą, proveržis normaliomis eksploatavimo sąlygomis paprastai neviršija 1 % viso šaltinio vandens kietumo. Šiuo atveju dervos mainų pajėgumas praktiškai nesikeičia, jei vienavalenčių jonų dalis neviršija 25%.

С100Е netirpsta rūgščių ir šarmų tirpaluose bei visuose įprastuose organiniuose tirpikliuose. Dėl vandenyje esančių oksidantų likučių (pavyzdžiui, laisvųjų chloro ar hipochlorito jonų) gali sumažėti katijonų mainų dervos dalelių mechaninis stiprumas. C100E yra termiškai stabilus iki 150 ° C temperatūros, tačiau esant aukštai temperatūrai, sumažėja katijonitinės dervos rūgštinės (H +) formos mainų talpa.

Specifikacijos

Fizinės savybės
	skaidrios sferinės gelsvos spalvos dalelės
Pristatymo forma
Tūrinis svoris, g / cm3
Savitasis sunkis, g / cm3
Vienodumo koeficientas
Granulių dydis, mm (tinklelis)
Mainų talpa, g-ekv / l
Brinkimas Na + → H +, maks., %
Brinkimo talpa Ca 2+ → Na +, max, %
Naudojimo sąlygos
	6–10 (Na forma)
Maksimali darbinė temperatūra, оС
Sluoksnio aukštis cm (coliais)
Darbinis srautas, dervos tūris / val
Sluoksnio išsiplėtimas atgalinio plovimo režimu, %
NaCl tirpalo koncentracija, %
Druskos vartojimas regeneracijai, gr. NaCl / l derva

TRUMPAS APRAŠYMAS
laisvos vietos virš atsisiuntimo - 50%
grūdelių dydis nuo 0,6 mm iki 90 %
Tūrinis svoris 820gr / l
Vandens kiekis (drėgmė) 42-48 %
Bendra talpa iki 2 g ekv/l
darbinė temperatūra nuo 4 - 120 0 С
Vandens pH 0-14
Na jonų perėjimas į Н - 8%
sluoksnio aukštis nuo 0,8 - 2m
aptarnavimo greitis nuo 5 - 40m/val
specifinis aptarnavimo tarifas 20OZ / val
atgalinio plovimo greitis 20 C temperatūroje nuo 10 - 12 m/val
vandens tūris atgaliniam plovimui su nauja įkrova 20OZ
atgalinio plovimo vandens tūris 4ОЗ
vandens tūris lėtam druskos plovimui 4ОЗ
druskos suvartojimas regeneracijos metu 1 litrui pakrovimo - 150 g
liekamasis kietumas - 0,5 mg ekv / l
savitasis slėgio nuostolis kPa m 2 pakrovimo aukštis - 1
Slėgio praradimas 11 mbar esant 4 ° C 1 m pakrovimo aukščio
regeneracijos greitis – 5m/val
greitis plaunant druską vandeniu - 5m/val

TAIKYMO SĄLYGOS
oksiduotos geležies (Fe 3+) nebuvimas vandenyje
vandenyje ištirpusio deguonies trūkumas
organinių medžiagų trūkumas vandenyje
vandenyje nėra jokių oksiduojančių medžiagų
po natrio suminkštėjimo padidės bendras šarmingumas ir sausos liekanos.
stiprūs oksidatoriai, tokie kaip azoto rūgštis, gali sukelti smarkias reakcijas
skendinčių kietųjų dalelių pašarų vandenyje iki 8 mg/l
šaltinio vandens spalva iki 30 0 С
šaltinio vandens drumstumas iki 6 mg/l
bendras žaliavinio vandens kietumas iki 15 mg ekv/l

Žemiau pateikiami katijonų keitiklio mainų pajėgumo ir kitų parametrų skaičiavimo metodai.

Katijoniuko darbinį mainų pajėgumą E f g ÷ ekv / m3 galima išreikšti šia formule:

E f = Q x W; Ep = ep x Vk.

Į filtrą patinusio katijonito tūris išreiškiamas formule:

Formulė katijonų mainų darbinei galiai ep, g ÷ ekv / m 3 nustatyti:

ep = Q x W / S x h;

čia W yra šaltinio vandens kietumas, g ÷ ekv / m3; Q – suminkštinto vandens kiekis, m 2; S yra katijonų mainų filtro plotas, m 2; h – katijonito sluoksnio aukštis, m.

Paskyrus vandens judėjimo greitį katijonų mainų dervoje v k, suminkštinto vandens kiekį Q galima rasti pagal šią formulę:

Q = v k x S x Tk = ep x S x h / Ж;

iš kur galima apskaičiuoti katijonų filtro trukmę Tk:

Tk = ep x h / v k x J.

Katijono mainų pajėgumo skaičiavimas taip pat gali būti atliktas pagal koreliuojamus grafikus.

Remiantis apytiksliais praktiniais duomenimis, jūsų filtras galės išvalyti ne daugiau kaip 1500 litrų. vandens. Norėdami atlikti tikslesnius skaičiavimus, turite žinoti savo filtre esančios dervos kiekį (tūrį) ir dervos darbinį mainų pajėgumą (katijonų mainų dervų darbinis pajėgumas svyruoja nuo 600 iki 1500 mekv/l). Žinodami šiuos duomenis, pagal savo formules nesunkiai paskaičiuosite tikslų suminkštinto vandens kiekį.