Een aanzienlijk aantal processen die in de natuur voorkomen en in de praktijk worden uitgevoerd, zijn ionenuitwisselingsprocessen. Ionenuitwisseling ligt ten grondslag aan de migratie van elementen in de bodem en het lichaam van dieren en planten. In de industrie wordt het gebruikt voor het scheiden en verkrijgen van stoffen, het ontzouten van water, het zuiveren van afvalwater, het concentreren van oplossingen, etc. De uitwisseling van ionen kan zowel in een homogene oplossing als in een heterogeen systeem plaatsvinden. In dit geval onder ionenuitwisseling het heterogene proces begrijpen waardoor de uitwisseling plaatsvindt tussen ionen in oplossing en in een vaste fase, genaamd ionenwisselaar of ionenwisselaar... De ionenwisselaar absorbeert ionen uit de oplossing en geeft in ruil daarvoor de ionen in zijn structuur af aan de oplossing.

3.5.1. Classificatie en fysisch-chemische eigenschappen van ionenwisselaars

Ionenuitwisselingssorptiemiddelen, ionenwisselaars dit zijn polyelektrolyten, die bestaan ​​uit: matrices- vaste groepen atomen of moleculen (ketens met hoog molecuulgewicht) met actieve ionogene groepen atomen die zorgen voor de ionenuitwisselingscapaciteit. Ionische groepen bestaan ​​​​op hun beurt uit stationaire ionen die door chemische interactiekrachten met de matrix zijn geassocieerd, en een equivalent aantal mobiele ionen met de tegenovergestelde lading - tegenreacties... Tegenionen kunnen bewegen onder invloed van een concentratiegradiënt en kunnen worden uitgewisseld voor ionen uit een oplossing met dezelfde lading. In de ionenwisselaar - elektrolytoplossing is er, naast de verdeling van de uitwisseling van ionen, ook een herverdeling van oplosmiddelmoleculen tussen deze fasen. Samen met het oplosmiddel wordt een bepaalde hoeveelheid coions(ionen van hetzelfde ladingsteken met vaste). Omdat de elektroneutraliteit van het systeem behouden blijft, wordt samen met de co-ionen bovendien een equivalente hoeveelheid tegenionen overgedragen naar de ionenwisselaar.

Afhankelijk van welke ionen mobiel zijn, worden ionenwisselaars onderverdeeld in kationen en anionenwisselaars.

Kationenwisselaars bevatten immobiele anionen en wisselen kationen uit, ze worden gekenmerkt door zure eigenschappen - een mobiel ion van waterstof of metaal. Bijvoorbeeld de kationenwisselaar R/SO 3 - H + (hier is R een structurele basis met een immobiele functionele groep SO 3 - en een tegenion H +). Vanwege het type kationen in de kationenwisselaar, wordt deze de H-kationenwisselaar genoemd als alle mobiele kationen alleen worden weergegeven door waterstof, of Na-kationenwisselaar, Ca-kationenwisselaar, enz. Ze worden aangeduid als RH, RNa, R2Ca, waarbij R een raamwerk is met een vast deel van de actieve groep van de kationenwisselaar. Kationenwisselaars met immobiele functionele groepen - SO 3 -, -PO 3 2-, -СОО -, -AsO 3 2-, etc. worden veel gebruikt.

anionieten bevatten immobiele kationen en wisselen anionen uit, ze worden gekenmerkt door basiseigenschappen - een mobiel hydroxide-ion of een ion van een zuurresidu. Bijvoorbeeld de anionenwisselaar R/N (CH 3) 3 + OH -, met de functionele groep -N (CH 3) 3 + en het tegenion OH -. Anionenwisselaar kan verschillende vormen hebben, zoals een kationenwisselaar: OH anionenwisselaar of ROH, SO 4 anionenwisselaar of RSO 4, waarbij R een raamwerk is met een vast deel van de actieve groep van de anionenwisselaar. De meest gebruikte anionieten met immobiele groepen - +, - +, NH 3 +, NH +, etc.

Afhankelijk van de mate van dissociatie van de actieve groep van de kationenwisselaar, en dienovereenkomstig, van het vermogen tot ionenuitwisseling, worden kationenwisselaars onderverdeeld in sterk zuur en zwak zuur... Dus de actieve groep –SO 3H is volledig gedissocieerd, daarom is ionenuitwisseling mogelijk in een breed pH-bereik, kationenwisselaars die sulfogroepen bevatten, worden geclassificeerd als sterk zuur. Kationenuitwisselaars met gemiddelde sterkte omvatten harsen met fosforzuurgroepen. Bovendien bezit voor dibasische groepen die in staat zijn tot stapsgewijze dissociatie, slechts één van de groepen de eigenschappen van een middelsterk zuur, de tweede gedraagt ​​zich als een zwak zuur. Aangezien deze groep praktisch niet dissociëert in een sterk zuur medium, is het daarom aan te raden deze ionenwisselaars in een zwak zuur of alkalisch medium toe te passen, bij pH 4. Zwak zure kationenwisselaars bevatten carboxylgroepen, die zelfs in zwakzure oplossingen weinig gedissocieerd zijn, hun werkbereik ligt bij pH 5. Er zijn ook bifunctionele kationenuitwisselaars die zowel sulfogroepen als carboxylgroepen of sulfo- en fenolgroepen bevatten. Deze harsen werken in zeer zure oplossingen en bij hoge alkaliteit verhogen ze hun capaciteit dramatisch.

Net als kationenwisselaars zijn anionenwisselaars onderverdeeld in: zeer basic en low basic... Zeer basische anionenuitwisselaars bevatten goed gedissocieerde quaternaire ammonium- of pyridinebasen als actieve groepen. Dergelijke anionieten zijn in staat anionen uit te wisselen, niet alleen in zure, maar ook in alkalische oplossingen. Medium en laagbasische anionenwisselaars bevatten primaire, secundaire en tertiaire aminogroepen, die zwakke basen zijn, hun werkbereik is bij pH -8-9.

Amfotere ionenwisselaars worden ook gebruikt - amfolyten, waaronder functionele groepen met eigenschappen van zowel zuren als basen, bijvoorbeeld organische zuurgroepen in combinatie met aminogroepen. Sommige ionenwisselaars hebben, naast ionenuitwisselingseigenschappen, complexerende of redox-eigenschappen. Zo geven ionenwisselaars met ionische aminogroepen complexen met zware metalen, waarvan de vorming gelijktijdig met ionenuitwisseling plaatsvindt. Ionenuitwisseling kan gepaard gaan met complexvorming in de vloeibare fase, door de pH-waarde aan te passen, waardoor de ionen kunnen worden gescheiden. Elektronenionenwisselaars worden in de hydrometallurgie gebruikt voor de oxidatie of reductie van ionen in oplossingen met hun gelijktijdige sorptie uit verdunde oplossingen.

Het proces van desorptie van een ion geabsorbeerd op een ionenwisselaar wordt genoemd elutie, in dit geval wordt de ionenwisselaar geregenereerd en overgebracht naar zijn oorspronkelijke vorm. Als gevolg van de elutie van geabsorbeerde ionen worden, mits de ionenwisselaar voldoende "geladen" is, eluaten verkregen met een ionenconcentratie van 100 keer groter dan in de initiële oplossingen.

Sommige natuurlijke materialen hebben ionenuitwisselingseigenschappen: zeolieten, hout, cellulose, gesulfoneerde kool, turf, enz., maar voor praktische doeleinden worden ze bijna nooit gebruikt, omdat ze niet voldoende hoge uitwisselingscapaciteit hebben, stabiliteit in de verwerkte media . De meest voorkomende zijn organische ionenwisselaars - synthetische ionenuitwisselingsharsen, dit zijn vaste polymeerverbindingen met een hoog molecuulgewicht, die functionele groepen bevatten die in staat zijn tot elektrolytische dissociatie, daarom worden ze polyelektrolyten genoemd. Ze worden gesynthetiseerd door polycondensatie en polymerisatie van monomeren die de noodzakelijke ionische groepen bevatten, of door toevoeging van ionische groepen aan individuele eenheden van een eerder gesynthetiseerd polymeer. Polymeergroepen zijn chemisch aan elkaar gebonden, in een raamwerk gestikt, dat wil zeggen in een driedimensionaal driedimensionaal netwerk dat een matrix wordt genoemd, met behulp van een stof die ermee in wisselwerking staat - een waterkersmiddel. Divinylbenzeen wordt vaak gebruikt als crosslink. Door de hoeveelheid divinylbenzeen aan te passen, kunt u de grootte van de harscellen wijzigen, waardoor het mogelijk wordt ionenwisselaars te verkrijgen die selectief elk kation of anion sorberen vanwege het "zeefeffect"; ionen groter dan de celgrootte worden niet geabsorbeerd door de hars. Om de celgrootte te vergroten, worden reagentia gebruikt met moleculen die groter zijn dan die van vinylbenzeen, bijvoorbeeld ethyleenglycol en bifenoldimethacrylaten. Door het gebruik van telogen, stoffen die de vorming van lange lineaire ketens voorkomen, wordt een verhoogde doorlaatbaarheid van ionenwisselaars bereikt. Op plaatsen waar de ketens worden verbroken, verschijnen poriën, hierdoor krijgen de ionenwisselaars een mobieler raamwerk en zwellen ze meer op bij contact met een waterige oplossing. Als telogenen worden tetrachloorkoolstof, alkylbenzenen, alcoholen enz. gebruikt. gel structuur of microporeus. Ontvangen macroporeus ionenwisselaars, organische oplosmiddelen worden aan het reactiemengsel toegevoegd, dit zijn hogere koolwaterstoffen, bijvoorbeeld isooctaan, alcoholen. Het oplosmiddel wordt opgevangen door de polymeriserende massa en na voltooiing van de vorming van het raamwerk wordt het afgedestilleerd, waarbij grote poriën in het polymeer achterblijven. Dus qua structuur zijn ionenwisselaars verdeeld in macroporeus en gel.

Macroporeuze ionenwisselaars hebben betere kinetische uitwisselingseigenschappen in vergelijking met gel-exemplaren, omdat ze een ontwikkeld specifiek oppervlak hebben van 20-130 m2 / g (in tegenstelling tot gel-ionen, met een oppervlakte van 5 m2 / g) en grote poriën - 20- 100 nm, wat de heterogene uitwisseling van ionen vergemakkelijkt, die plaatsvindt op het oppervlak van de poriën. De wisselkoers hangt in grote mate af van de porositeit van de korrels, hoewel dit meestal geen invloed heeft op hun uitwisselingscapaciteit. Hoe groter het volume en de grootte van de korrels, hoe sneller de interne diffusie.

Gelionenuitwisselingsharsen bestaan ​​uit homogene korrels, droog zonder poriën en ondoordringbaar voor ionen en moleculen. Ze worden permeabel na zwelling in water of waterige oplossingen.

Zwelling van ionenwisselaars

Zwelling wordt het proces genoemd van geleidelijke toename van het volume van een ionenwisselaar die in een vloeibaar oplosmiddel is geplaatst, vanwege de penetratie van oplosmiddelmoleculen diep in het koolwaterstofraamwerk. Hoe meer de ionenwisselaar opzwelt, hoe sneller de uitwisseling van ionen plaatsvindt. Zwelling gekarakteriseerd door gewichtszwelling- de hoeveelheid geabsorbeerd water per 1 g droge ionenwisselaar, of zwellingscoëfficiënt- de verhouding van de specifieke volumes van de gezwollen ionenwisselaar en droog. Heel vaak kan het harsvolume tijdens het zwellen met 10-15 keer toenemen. De zwelling van een hoogmoleculaire hars is des te groter, des te lager de mate van verknoping van de verbindingen die het vormen, dat wil zeggen, des te minder rigide zijn macromoleculaire netwerk. De meeste standaard ionenwisselaars bevatten 6-10% divinylbenzeen (soms 20%) in copolymeren. Wanneer in plaats van divinylbenzeen langketenige middelen worden gebruikt voor verknoping, worden goed permeabele macroreticulaire ionenwisselaars verkregen waarop de ionenuitwisseling met een hoge snelheid verloopt. Naast de structuur van de matrix wordt de zwelling van de ionenwisselaar beïnvloed door de aanwezigheid van hydrofiele functionele groepen daarin: hoe meer hydrofiele groepen, hoe meer hydrofiele groepen, hoe meer de ionenwisselaar opzwelt. Bovendien zwellen ionenwisselaars met enkelvoudig geladen tegenionen sterker op, in tegenstelling tot dubbel en drievoudig geladen.In geconcentreerde oplossingen treedt zwelling in mindere mate op dan in verdunde. De meeste anorganische ionenwisselaars zwellen niet of nauwelijks, hoewel ze wel water opnemen.

Capaciteit van ionenwisselaars

De ionenuitwisselingscapaciteit van sorptiemiddelen wordt gekenmerkt door hun uitwisselingscapaciteit: afhankelijk van het aantal functionele ionogene groepen per massa- of volume-eenheid van de ionenwisselaar. Het wordt uitgedrukt in milli-equivalenten per 1 g droge ionenwisselaar of in equivalenten per 1 m3 ionenwisselaar en ligt voor de meeste industriële ionenwisselaars in het bereik van 2-10 meq / g. Totale uitwisselingscapaciteit(POE) - de maximale hoeveelheid ionen die door de ionenwisselaar kan worden geabsorbeerd wanneer deze verzadigd is. Dit is een constante waarde voor een bepaalde ionenwisselaar, die zowel onder statische als dynamische omstandigheden kan worden bepaald.

Bepaal onder statische omstandigheden bij contact met een bepaald volume elektrolytoplossing: totale statische uitwisselingscapaciteit(PSOE), en evenwicht statische uitwisselingscapaciteit:(PCOE), die varieert afhankelijk van factoren die het evenwicht beïnvloeden (volume van de oplossing, samenstelling, concentratie, enz.). Evenwicht ionenwisselaar - oplossing komt overeen met de gelijkheid van hun chemische potentialen.

Onder dynamische omstandigheden, met continue filtratie van de oplossing door een bepaalde hoeveelheid ionenwisselaar, wordt bepaald dynamische uitwisselingscapaciteit:- het aantal ionen dat door de ionenwisselaar is geabsorbeerd vóór de doorbraak van gesorbeerde ionen (DOE), volledige dynamische uitwisselingscapaciteit tot de volledige ontwikkeling van de ionenwisselaar (PDOE). De capaciteit vóór doorbraak (werkcapaciteit) wordt niet alleen bepaald door de eigenschappen van de ionenwisselaar, maar hangt ook af van de samenstelling van de initiële oplossing, de snelheid waarmee deze door de ionenwisselaarlaag gaat, de hoogte (lengte) van het ion wisselaarlaag, de mate van regeneratie en de grootte van de korrels.

De werkcapaciteit wordt bepaald aan de hand van de uitgangscurve in Fig. 3.5.1

S 1 - werkende uitwisselingscapaciteit, S 1 + S 2 - volledige dynamische uitwisselingscapaciteit.

Wanneer elutie wordt uitgevoerd onder dynamische omstandigheden, heeft de elutiecurve de vorm van de curve die wordt getoond in Fig. 3.5.2

Gewoonlijk overschrijdt DOE 50% van PDOE voor sterk zure en sterk basische ionenwisselaars en 80% voor zwak zure en zwak basische ionenwisselaars. De capaciteit van sterk zure en sterk basische ionenwisselaars blijft praktisch onveranderd in een breed scala aan pH-oplossingen. De capaciteit van zwakzure en zwakbasische ionenwisselaars hangt grotendeels af van de pH.

De mate van benutting van de uitwisselingscapaciteit van de ionenwisselaar is afhankelijk van de grootte en vorm van de korrels. Typisch ligt de korrelgrootte in het bereik van 0,5-1 mm. De vorm van de korrels hangt af van de bereidingswijze van de ionenwisselaar. Ze kunnen bolvormig of onregelmatig van vorm zijn. Bolvormige korrels hebben de voorkeur - ze zorgen voor een betere hydrodynamische omgeving en een hogere processnelheid. Ook gebruikt zijn ionenwisselaars met cilindrische korrels, vezelig en anderen. Hoe fijner de korrels, hoe beter de uitwisselingscapaciteit van de ionenwisselaar wordt gebruikt, maar tegelijkertijd, afhankelijk van de gebruikte apparatuur, ofwel de hydraulische weerstand van de sorptielaag of de overdracht van kleine korrels van de ionenwisselaar door de oplossing neemt toe. Versleping kan worden voorkomen door gebruik te maken van ionenwisselaars die een ferromagnetisch additief bevatten. Hierdoor kun je het fijnkorrelige materiaal in suspensie houden in de zone - het magnetische veld waar de oplossing doorheen beweegt.

Ionenwisselaars moeten mechanische sterkte en chemische bestendigheid hebben, dat wil zeggen, ze mogen niet bezwijken als gevolg van zwelling en werken in waterige oplossingen. Bovendien moeten ze gemakkelijk kunnen worden geregenereerd, waardoor ze hun actieve eigenschappen gedurende lange tijd behouden en gedurende meerdere jaren werken zonder te veranderen.

Ionenuitwisseling- het proces van uitwisseling van ionen van een vaste matrix ( ionenwisselaar ) met waterionen.

Ionenuitwisseling is een van de belangrijkste methoden voor waterzuivering van ionische verontreiniging, diep water demineralisatie... De aanwezigheid van een verscheidenheid aan ionenuitwisselingsmaterialen maakt het mogelijk om de problemen van het zuiveren van water met verschillende chemische samenstellingen met hoge efficiëntie op te lossen. Dit is de enige methode die het mogelijk maakt om selectief, selectief enkele componenten uit de oplossing te extraheren, bijvoorbeeld hardheidszouten, zware metalen.

Ionieten - vaste onoplosbare stoffen die functionele (ionogene) groepen bevatten die in staat zijn tot ionisatie in oplossingen en uitwisseling van ionen met elektrolyten. Tijdens de ionisatie van functionele groepen ontstaan ​​twee soorten ionen: sommige zijn star gefixeerd op het raamwerk (matrix) van de R ionenwisselaar, andere hebben het tegenovergestelde teken (tegenionen), in staat om in de oplossing over te gaan in ruil voor een equivalent hoeveelheid andere ionen met hetzelfde teken uit de oplossing.

Ionenwisselaars worden op basis van de eigenschappen van ionogene groepen onderverdeeld in vier hoofdtypen:

• amfolyten;
• selectieve ionenwisselaars.

Door de aard van de matrix zijn ze onderverdeeld in:

• anorganische ionenwisselaars;
• organische ionenwisselaars.

Kationenwisselaars- ionenwisselaars met anionen of anionenuitwisselingsgroepen gefixeerd op de matrix, die kationen uitwisselen met de externe omgeving.

Als de kationenwisselaar in de waterstof H+-vorm was, dan worden alle kationen in het water geëxtraheerd. De gezuiverde oplossing is zuur.

Wanneer een oplossing met een mengsel van kationen, zoals Na, Ca, Mg, Fe (natuurlijk water) door de kationenwisselaar beweegt, worden sorptiefronten van elk kation gevormd in zijn laag en begint hun doorbraak in het filtraat niet-gelijktijdig. De zuivering eindigt wanneer het belangrijkste extraheerbare of gecontroleerde ion in het filtraat verschijnt.

anionieten- ionenwisselaars met op de matrix gefixeerde kationen of kationenuitwisselingsgroepen, die anionen uitwisselen met de externe omgeving.

Bevindt de anionenwisselaar zich in de hydroxyl OH - - vorm, dan wordt in de regel een oplossing voor het reinigen van anionen geleverd na contact met de kationenwisselaar in de H + - vorm, die een zure reactie heeft.

In dit geval worden alle anionen in oplossing verwijderd. De gezuiverde oplossing is neutraal.

Wanneer een oplossing die een mengsel van anionen bevat, zoals Cl, SO 4, PO 4, NO 3, door de anionenwisselaar wordt geleid, worden sorptiefronten van elk ion gevormd in zijn laag en hun doorbraak in het filtraat begint op een niet- gelijktijdig starten. De waterzuivering stopt wanneer een extraheerbaar ion in het filtraat verschijnt.

Amfolyten bevatten vaste kationenuitwisselings- en anionenuitwisselingsgroepen, en werken onder bepaalde omstandigheden ofwel als kation of als anion. Gebruikt voor het verwerken van technologische oplossingen.

Selectieve ionenwisselaars bevatten speciaal geselecteerde ionogene groepen die een hoge affiniteit hebben voor één of een groep ionen. Ze kunnen worden gebruikt om bepaalde ionen uit water te verwijderen, zoals boor, zware metalen of radionucliden.

De belangrijkste kenmerken van ionenwisselaars zijn:

• uitwisselingscapaciteit;
• selectiviteit;
• mechanische kracht;
• osmotische stabiliteit;
• chemische stabiliteit;
• temperatuur stabiliteit;
• granulometrische (fractionele) samenstelling.

Uitwisselingscapaciteit

Om de ionenuitwisselings- en sorptie-eigenschappen van ionenwisselaars kwantitatief te karakteriseren, worden de volgende waarden gebruikt: totale, dynamische en werkende uitwisselingscapaciteit.

Totale uitwisselingscapaciteit(POE) wordt bepaald door het aantal functionele groepen dat in staat is tot ionenuitwisseling per massa-eenheid luchtdroge of gezwollen ionenwisselaar en wordt uitgedrukt in mg-eq/g of me-eq/l. Het is een constante waarde, die wordt aangegeven in het paspoort van de ionenwisselaar, en is niet afhankelijk van de concentratie of aard van het uitgewisselde ion. OEU kan veranderen (afnemen) als gevolg van thermische, chemische of stralingseffecten. In reële bedrijfsomstandigheden neemt de OEC in de loop van de tijd af als gevolg van veroudering van de ionenwisselaarmatrix, onomkeerbare absorptie van giftige ionen (organisch materiaal, ijzer, enz.), die functionele groepen blokkeren.

Het evenwichts(statische) uitwisselingsvermogen hangt af van de ionenconcentratie in water, de pH en de verhouding van de volumes van de ionenwisselaar en de oplossing tijdens metingen. Het is noodzakelijk voor het uitvoeren van berekeningen van technologische processen.

Dynamische uitwisselingscapaciteit (DOE) de belangrijkste indicator in waterbehandelingsprocessen. Onder reële omstandigheden van herhaald gebruik van de ionenwisselaar in de sorptie-regeneratiecyclus, wordt de uitwisselingscapaciteit niet volledig, maar slechts gedeeltelijk gebruikt. De benuttingsgraad wordt bepaald door de regeneratiemethode en het verbruik van het regeneratiemiddel, de tijd van contact van de ionenwisselaar met water en met het regeneratiemiddel, de zoutconcentratie, pH, het ontwerp en de hydrodynamica van de gebruikte apparatuur . De figuur laat zien dat het proces van waterzuivering wordt beëindigdhut bij een bepaalde concentratie van het beperkende ion, in de regel lang voor de volledige verzadiging van de ionenwisselaar. Het aantal ionen dat in dit geval wordt geabsorbeerd, overeenkomend met het gebied van rechthoek A, verwezen naar het volume van de ionenwisselaar, is DOE. Het aantal geabsorbeerde ionen dat overeenkomt met volledige verzadiging wanneer de slip gelijk is aan 1, overeenkomend met de som van de DOE en het gebied van de gearceerde figuur boven de S-vormige curve, wordt de totale dynamische uitwisselingscapaciteit (TDC) genoemd. . In typische waterbehandelingsprocessen is de DOE meestal niet hoger dan 0,4-0,7 POU.

Selectiviteit... Onder selectiviteit wordt verstaan ​​het vermogen om selectief ionen te adsorberen uit oplossingen met een complexe samenstelling. De selectiviteit wordt bepaald door het type ionogene groepen, het aantal verknopingen van de ionenwisselaarmatrix, de poriegrootte en de samenstelling van de oplossing. Voor de meeste ionenwisselaars is de selectiviteit laag, maar er zijn speciale monsters ontwikkeld die een hoog vermogen hebben om bepaalde ionen te extraheren.

Mechanische kracht toont het vermogen van de ionenwisselaar om mechanische belasting te weerstaan. Ionenwisselaars worden getest op slijtage in speciale molens of door het gewicht van de lading die een bepaald aantal deeltjes vernietigt. Alle polymerisatie-ionenwisselaars hebben een hoge sterkte. Voor polycondensatie is het aanzienlijk lager. Een toename van de mate van verknoping van het polymeer verhoogt zijn sterkte, maar verslechtert de snelheid van ionenuitwisseling.

Osmotische stabiliteit... De grootste vernietiging van ionenwisselaardeeltjes vindt plaats wanneer de kenmerken van de omgeving waarin ze zich bevinden veranderen. Omdat alle ionenwisselaars gestructureerde gels zijn, hangt hun volume af van het zoutgehalte, de pH van het medium en de ionenvorm van de ionenwisselaar. Wanneer deze kenmerken veranderen, verandert het graanvolume. Door het osmotische effect is het korrelvolume in geconcentreerde oplossingen kleiner dan in verdunde. Deze verandering vindt echter niet gelijktijdig plaats, maar naarmate de concentraties van de "nieuwe" oplossing gelijk worden over het korrelvolume. Daarom trekt de buitenste laag sneller samen of zet uit dan de kern van het deeltje; er ontstaan ​​grote inwendige spanningen en de toplaag wordt afgesplitst of de gehele nerf wordt afgesplitst. Dit fenomeen wordt "osmotische shock" genoemd. Elke ionenwisselaar is bestand tegen een bepaald aantal cycli van dergelijke veranderingen in de kenmerken van de omgeving. Dit wordt de osmotische sterkte of stabiliteit genoemd. De grootste volumeverandering treedt op in zwakzure kationenwisselaars. De aanwezigheid van macroporiën in de structuur van de ionenwisselaarkorrels vergroot het werkoppervlak, versnelt het zwellen en maakt het mogelijk om voor afzonderlijke lagen te "ademen". Daarom zijn sterk zure kationieten met een macroporeuze structuur het meest osmotisch stabiel en zijn zwak zure kationieten het minst stabiel. Osmotische stabiliteit wordt gedefinieerd als het aantal volle granen, gerelateerd aan hun totale aanvankelijke aantal, na herhaalde (150 keer) behandeling van de ionenwisselaar, afwisselend ingewogen in een zure en alkalische oplossing met tussentijds wassen met gedemineraliseerd water.

Chemische stabiliteit... Alle ionenwisselaars hebben een zekere weerstand tegen oplossingen van zuren, logen en oxidatiemiddelen. Alle polymerisatie-ionenwisselaars hebben een grotere chemische weerstand dan polycondensatie-ionenwisselaars. Kationenwisselaars zijn stabieler dan anionenwisselaars. Van de anionieten zijn zwak basische stoffen beter bestand tegen de werking van zuren, basen en oxidatiemiddelen dan sterk basische.

Temperatuursbestendigheid kationenwisselaars zijn hoger dan anionenwisselaars. Zwak zure kationenwisselaars zijn efficiënt bij temperaturen tot 130 ° C, sterk zure type KU-2-8 - tot 100-120 ° C, en de meeste anionenwisselaars - niet hoger dan 60, maximaal 80 ° C. In dit geval, in de regel Н- of
OH-vormen van ionenwisselaars zijn minder stabiel dan zoute.

Fractionele samenstelling. Synthetische ionenwisselaars van het polymerisatietype worden geproduceerd in de vorm van bolvormige deeltjes met een grootte variërend van 0,3 tot 2,0 mm. Polycondensatie-ionenwisselaars worden geproduceerd in de vorm van gebroken deeltjes met een onregelmatige vorm met een grootte van 0,4-2,0 mm. Standaard ionenwisselaars van het polymerisatietype hebben een afmeting van 0,3 tot 1,2 mm. De gemiddelde grootte van polymerisatie-ionenwisselaars is van 0,5 tot 0,7 mm (Fig.). De heterogeniteitscoëfficiënt is niet meer dan 1,9. Dit zorgt voor een acceptabele hydraulische weerstand van de laag. Voor processen waarbij ionenwisselaars werden gebruikt in een wervelbed, werden ze in de USSR geproduceerd in de vorm van 2 grootteklassen: klasse A met een afmeting van 0,6-2,0 mm en klasse B met een afmeting van 0,3-1,2 mm.

In het buitenland produceren ze met behulp van speciale technologieën ionenwisselaars van het monosferische type Purofine, Amberjet, Marat h on, met deeltjes met een zeer kleine spreiding van grootte: 0,35 ± 0,05; 0,5 ± 0,05; 0,6 ± 0,05 (afb.). Dergelijke ionenwisselaars hebben een hogere uitwisselingscapaciteit, osmotische en mechanische stabiliteit. De lagen van monosferische ionenwisselaars hebben een lagere hydraulische weerstand, de gemengde lagen van dergelijke kationen en anionenwisselaars zijn veel beter gescheiden.

een	B

Rijst. Deeltjesgrootteverdelingscurves voor standaard ( 1 ) en monosferisch ( 2 ) ionenwisselaars ( een) en foto's van dergelijke ionenwisselaars ( B)

doel van het werk- om een ​​van de belangrijkste fysisch-chemische kenmerken van de ionenwisselaar te bepalen - de totale dynamische uitwisselingscapaciteit (PDOE).

De essentie van het werk... Het maximale aantal ionen dat door een ionenwisselaar kan worden opgenomen, bepaalt de totale uitwisselingscapaciteit. Het komt overeen met de concentratie van ionische groepen. De capaciteit wordt uitgedrukt in het aantal millimol-equivalenten van het uitgewisselde ion per 1 g droge (mmol equiv/g) of 1 ml gezwollen ionenwisselaar (mmol equiv/ml) bij pH-waarden die overeenkomen met de volledige ionisatie. De bepaling van de capaciteit van ionenwisselaars gebeurt onder statische of dynamische omstandigheden (in een ionenwisselaarkolom).

De capaciteit van ionenwisselaars onder dynamische omstandigheden wordt bepaald door de outputcurves die zijn uitgezet in de coördinaten "Concentratie van het uitgewisselde ion aan de uitgang van de kolom - het volume van het eluaat". Ze worden gebruikt om de totale dynamische uitwisselingscapaciteit (PDOE) en de dynamische uitwisselingscapaciteit vóór doorbraak (DOE) te vinden, die de hoeveelheid geabsorbeerde ionen aangeeft voordat ze in het eluaat verschijnen (doorbraak).

Bij laboratoriumwerk is het noodzakelijk om de PDOE van de sterk zure kationenwisselaar KU-2 door koper (II) te bepalen. Hiervoor is een oplossing van CuSO 4 doorlopend wordt geleid door een kolom gevuld met KU-2 kationenwisselaar in H + -vorm, en afzonderlijke delen van de resulterende oplossing worden verzameld ( eluaat) in maatkolven voor latere bepaling van de concentratie van Cu 2+ in elk van hen.

Wanneer een CuSO4-oplossing door de ionenwisselaarlaag wordt geleid, vindt de ionenuitwisselingsreactie plaats:

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

In de eerste delen van het eluaat zouden Cu2+-ionen afwezig moeten zijn, aangezien de ionenwisselaarlaag geleidelijk met deze ionen verzadigd zal raken als de oplossing er doorheen gaat. Dan komt uitglijden ionen van Cu 2+ in het eluaat, waarna de concentratie van Cu 2+ aan de uitgang van de kolom zal toenemen totdat deze gelijk wordt aan de concentratie van Cu 2+ aan de ingang van de kolom, wat aangeeft volledige verzadiging laag ionenwisselaar.

Analyse van het eluaat op het gehalte aan Cu2+-ionen wordt fotometrisch uitgevoerd. De bepaling is gebaseerd op de vorming van koper (II) ammoniak, die een intens blauwe kleur heeft:

Cu 2+ + 4NH 3 ↔ 2+.

De maximale lichtabsorptie van deze verbinding komt overeen met λ = 620 nm. Om de onbekende concentratie te vinden, wordt de kalibratiecurvemethode gebruikt.

Apparatuur, gerechten, reagentia: kolom met sulfonzuurkationenwisselaar KU-2 in waterstofvorm; foto-elektrische colorimeter; cuvetten ( ik= 3cm); een fles Mariotte voor een gelijkmatige toevoer van de oplossing in de kolom; bril; maatkolven met een inhoud van 25,0 ml (3 stuks) en 50,0 ml (6 stuks); gegradueerde pipetten; maatcilinder met een inhoud van 25 ml, 0,1 N. standaard CuSO4-oplossing; 3 zn. HCl-oplossing; reagentia voor de detectie van Cu2+; 5% waterige NH3-oplossing; universeel indicatorpapier.

Voltooiing van het werk

1. De ionenwisselaar voorbereiden op het werk... Het werk maakt gebruik van een vooraf voorbereide kolom met een kationenwisselaar, waarvan het gewicht moet worden gecontroleerd met de leraar.

Allereerst is het noodzakelijk om de kationenwisselaar om te zetten in de waterstofvorm. Hiervoor wordt 80-100 ml 3 N HCl door de kolom geleid. oplossing van HCl, waarbij het filtraat wordt gecontroleerd op het gehalte aan Cu (II). Als analytische reagentia voor de detectie van koper (II) kunt u een oplossing van NaOH of KOH ( er vormt zich een blauwe neerslag Cu (OH) 2), waterige oplossing NH 3 ( er ontstaat een ammoniakcomplex van koper (II) met een intens blauwe kleur) en etc.

Bij afwezigheid van Cu(II)-kationen in het filtraat wordt de kationenwisselaar in de kolom gewassen met gedestilleerd water tot deze neutraal is. In deze vorm wordt de ionenwisselaar als bedrijfsklaar beschouwd.

2. Ionenuitwisseling uitvoeren onder dynamische omstandigheden... Een CuS04-oplossing wordt in een Mariotte-fles gegoten die aan de bovenkant van de kolom is bevestigd. Daarna beginnen ze het door de kationenwisselaarlaag te leiden, waarbij ze een constante (~ 1 ml / min) filtratiesnelheid handhaven en deze bij de uitlaat aanpassen met een schroefklem. Bij het uitvoeren van werkzaamheden moet ervoor worden gezorgd dat het oplossingsniveau in de kolom constant wordt gehouden. Het filtraat wordt in afzonderlijke porties verzameld in maatkolven met een inhoud van 25,0 ml en in elk van hen de concentratie van Cu (II) ( zie onder).

Het passeren van de CuSO4-oplossing door de kationenuitwisselingshars wordt gestopt wanneer het gehalte aan het verzadigende Cu(II)-ion in de laatste twee monsters constant blijft.

3. Analyse.

§ Een kalibratiegrafiek maken... Aliquots van standaard 0,1 N. CuS04-oplossing (1,00; 2,50; 4,00; 5,00; 6,00 ml) wordt in maatkolven met een inhoud van 50,0 ml gedaan, aan elke kolf wordt 25 ml 5% ammoniakoplossing toegevoegd en tot de maatstreep gedestilleerd water. Bereid in een maatkolf met dezelfde inhoud een referentieoplossing met 25 ml ammoniakoplossing.

Lichtabsorptie wordt gemeten ( EEN) van een van de bereide oplossingen in een cuvet met een laagdikte van 3 cm met alle lichtfilters en volgens de afhankelijkheid EEN = F(λ) voer de keuze van het lichtfilter uit.

Meet vervolgens de lichtabsorptie van alle standaardoplossingen met het geselecteerde lichtfilter. De meetresultaten worden verwerkt volgens de kleinste-kwadratenmethode, bij voorkeur met behulp van een pc, en een kalibratiegrafiek wordt uitgezet in coördinaten EEN – MET, mmol equivalent / ml.

§ Filtraatanalyse... Elke opgevangen portie van het eluaat (25,0 ml) wordt kwantitatief overgebracht in een maatkolf met een inhoud van 50,0 ml en tot de maatstreep verdund met 5% ammoniakoplossing. De lichtabsorptie wordt gemeten ten opzichte van de referentieoplossing en de concentratie van Cu (II) in de oplossing wordt gevonden in de ijkgrafiek.

Als de gemeten waarde EEN≥ 0,6, dan wordt een aliquot van deze oplossing (10,0 ml) in een maatkolf met een inhoud van 50,0 ml gebracht, wordt 20 ml 5% NH40H-oplossing toegevoegd en met gedestilleerd water tot de maatstreep verdund. De resulterende oplossing is fotometrisch. Bij de berekening van de koperconcentratie (II) in elk deel van het eluaat moet rekening worden gehouden met de uitgevoerde verdunning.

4. Verwerking van de ontvangen gegevens.

4.1. PDOE berekenen:

Volgens de gemeten waarde van lichtabsorptie ( EEN) voor elk van de oplossingen wordt de concentratie van Cu(II)-ionen bepaald met behulp van een ijkgrafiek;

· Bereken volgens de wet van equivalenten de concentratie van Cu (II) -ionen in alle delen van het eluaat (25 ml), rekening houdend met alle eerder gemaakte verdunningen;

Bereken de chemische hoeveelheid Cu (II)-ionen (mmol eq) in het totale volume gemist oplossing volgens de formule

waar V(Cu 2+) = 25 ml - het volume van één portie van het eluaat; P- het aantal porties.

Bereken de chemische hoeveelheid Cu(II)-ionen (mmol equiv) in alle delen van het eluaat volgens de formule

waar C i(1/2 Cu 2+) - koperconcentratie in l het deel van het eluaat.

Zoek door het verschil het aantal mmol-equivalent van Cu (II) dat door de ionenwisselaar wordt geabsorbeerd:

De waarde van de dynamische uitwisselingscapaciteit van de ionenwisselaar (PDOE) wordt berekend met de formule:

In sommige gevallen wordt in opdracht van de docent bovendien de DOE berekend.

4.2. Een uitgangscurve plotten... Op basis van de verkregen gegevens wordt een outputcurve uitgezet, waarbij het volume van het eluaat (ml) vanaf het begin van het experiment langs de as van de abscis en de concentratie van koper (II) in elk deel van het eluaat (mmol equiv / l) langs de ordinaat-as.

Waterontharding wordt uitgevoerd door methoden: thermisch, op basis van waterverwarming, destillatie of bevriezing; reagens, waarin de Ca (II) en Mg (II) ionen in water worden gebonden door verschillende reagentia om praktisch onoplosbare verbindingen te vormen; ionenuitwisseling op basis van de filtratie van onthard water door speciale materialen die de Na (I) of H (I) ionen in hun samenstelling uitwisselen voor Ca (II) en Mg (II) ionen in het water; dialyse; gecombineerd, die verschillende combinaties van de vermelde methoden vertegenwoordigen.

Het is bekend dat het belangrijkste kenmerk van zoet water de hardheid is. Onder hardheid wordt verstaan ​​het aantal milligram-equivalenten calcium- of magnesiumionen in 1 liter water. 1 mg-eq/l hardheid komt overeen met het gehalte van 20,04 mg Ca2+ of 12,16 mg Mg2+. Volgens de hardheidsgraad wordt drinkwater onderverdeeld in zeer zacht (0-1,5 mg-eq/l), zacht (1,5-3 mg-eq/l), gemiddelde hardheid (3-6 mg-eq/l), hard (6-9 mg-eq/l) en zeer hard (meer dan 9 mg-eq/l). De beste smaakeigenschappen worden gevonden in water met een hardheid van 1,6-3,0 mg-eq / l, en volgens SanPiN 2.1.4.1116-02 moet fysiologisch hoogwaardig water hardheidszouten bevatten op een niveau van 1,5-7 mg- gelijk / l. Bij een waterhardheid van meer dan 4,5 mg-eq / l treedt echter een intensieve ophoping van sediment op in het watertoevoersysteem en op het sanitair, en wordt de werking van huishoudelijke apparaten verstoord. Gewoonlijk wordt ontharding uitgevoerd tot een resthardheid van 1,0-1,5 mg-eq / l, wat overeenkomt met buitenlandse normen voor de werking van huishoudelijke apparaten. Water met een hardheid van minder dan 0,5 mg-eq/l is corrosief ten opzichte van leidingen en ketels, is in staat afzettingen in leidingen uit te spoelen die zich ophopen bij langdurige waterstagnatie in het waterleidingsysteem. Hierdoor ontstaat er een onaangename geur en smaak in het water.

Waterontharding wordt uitgevoerd door methoden: thermisch, op basis van waterverwarming, destillatie of bevriezing; reagens, waarin de Ca (II) en Mg (II) ionen in water worden gebonden door verschillende reagentia om praktisch onoplosbare verbindingen te vormen; ionenuitwisseling op basis van de filtratie van onthard water door speciale materialen die de Na (I) of H (I) ionen in hun samenstelling uitwisselen voor Ca (II) en Mg (II) ionen in het water; dialyse; gecombineerd, die verschillende combinaties van de vermelde methoden vertegenwoordigen.

De keuze van de onthardingsmethode wordt bepaald door de waterkwaliteit, de benodigde onthardingsdiepte en de technische en economische overwegingen zoals weergegeven in onderstaande tabel.

Waterontharding door kationisatie is gebaseerd op het fenomeen van ionenuitwisseling, waarvan de essentie het vermogen is van ionenuitwisselingsmaterialen of ionenwisselaars om positieve ionen uit water te absorberen in ruil voor een equivalente hoeveelheid kationenwisselaarionen. Elke kationenwisselaar heeft een bepaalde uitwisselingscapaciteit, die wordt uitgedrukt in het aantal kationen dat de kationenwisselaar kan uitwisselen tijdens de filtratiecyclus. De uitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar wordt gemeten in gramequivalenten vastgehouden kationen per 1 m3 van de kationenwisselaar in gezwollen (werkende) toestand na in water te zijn geweest, d.w.z. in de toestand waarin de kationenwisselaar zich in het filtraat bevindt. Maak onderscheid tussen volledige en werkende uitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar. De totale uitwisselingscapaciteit is de hoeveelheid calcium- en magnesiumkationen die 1 m3 van de kationenwisselaar in werkende staat kan houden totdat de hardheid van het filtraat gelijk is aan de hardheid van het bronwater. De werkende uitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar is de hoeveelheid Ca + 2 en Mg + 2 kationen, die 1 m3 van de kationenwisselaar vasthoudt tot het moment van "doorbraak" in het filtraat van hardheidszoutkationen. De uitwisselingscapaciteit, verwijzend naar het volledige volume van de kationenwisselaar die in het filter is geladen, wordt de absorptiecapaciteit genoemd.

Wanneer water van boven naar beneden door een laag kationenwisselaar wordt geleid, wordt het zachter en eindigt het op een bepaalde diepte. De kationenwisselaarlaag die het water onthardt, wordt de werklaag of de onthardingszone genoemd. Bij verdere filtratie van water raken de bovenste lagen van de kationenwisselaar uitgeput en verliezen ze hun uitwisselingscapaciteit. De onderste lagen van de kationenwisselaar komen de ionenwisseling binnen en de verwekingszone daalt geleidelijk. Na een tijdje worden drie zones waargenomen: werkende, uitgeputte en verse kationenwisselaar. De hardheid van het filtraat zal constant zijn tot het moment dat de ondergrens van de verwekingszone samenvalt met de onderlaag van de kationenwisselaar. Op het moment van combineren begint de "doorbraak" van Ca + 2 en Mg + 2 kationen en een toename van de resthardheid totdat deze gelijk wordt aan de hardheid van het initiële water, wat wijst op de volledige uitputting van de kationenwisselaar. De werkende uitwisselingscapaciteit van het filter Ер g ÷ eq / m3 kan als volgt worden uitgedrukt: Ер = QЖi; Ep = ep Vk.

Het volume van de kationenwisselaar die in gezwollen toestand in het filter wordt geladen, is Vk = ahk.

Formule voor het bepalen van de werkende uitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar, g ÷ eq / m3: ep = QLi / ahk; waarbij Zhi de hardheid van het bronwater is, g ÷ eq / m3; Q is de hoeveelheid onthard water, m3; a - oppervlakte van het kationenuitwisselingsfilter, m2; hk is de hoogte van de kationietlaag, m.

Nadat de waterfiltratiesnelheid in het kationenuitwisselingsfilter vk is aangegeven, kan de hoeveelheid onthard water worden gevonden met de formule: Q = vk aTk = erahk / Zh; vandaar de duur van het kationenuitwisselingsfilter (inter-regeneratieperiode) wordt gevonden door de formule: Tk = erhk / vk Zhi.

Bij uitputting van de werkuitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar wordt deze onderworpen aan regeneratie, d.w.z. herstel van de uitwisselingscapaciteit van een uitgeputte ionenwisselaar door een oplossing van natriumchloride door te laten.

In de technologie van waterontharding worden ionenuitwisselingsharsen veel gebruikt, die speciaal gesynthetiseerde polymere in water onoplosbare stoffen zijn die ionogene zure groepen in hun structuur bevatten -SO3Na (sterk zure kationenwisselaars). Ionenuitwisselingsharsen worden ingedeeld in heteroporeus, macroporeus en isoporeus. Op divinylbenzeen gebaseerde heteroporeuze harsen worden gekenmerkt door een heterogene gelachtige structuur en kleine poriegroottes. Macroporeuze hebben een sponsachtige structuur en poriën van meer dan moleculaire grootte. Isoporeuze hebben een homogene structuur en zijn volledig samengesteld uit hars, daarom is hun uitwisselingscapaciteit hoger dan die van eerdere harsen. De kwaliteit van kationenwisselaars wordt gekenmerkt door hun fysische eigenschappen, chemische en thermische stabiliteit, werkuitwisselingscapaciteit, enz. De fysische eigenschappen van kationenwisselaars zijn afhankelijk van hun fractionele samenstelling, mechanische sterkte en bulkdichtheid (zwelling). Fractionele (of korrel) samenstelling kenmerkt de operationele eigenschappen van kationenwisselaars. Het wordt bepaald door zeefanalyse. Hierbij wordt rekening gehouden met de gemiddelde korrelgrootte, de mate van homogeniteit en de hoeveelheid onbruikbare stofdeeltjes.

Een fijnkorrelige kationenwisselaar, met een meer ontwikkeld oppervlak, heeft een iets hogere uitwisselingscapaciteit dan een grofkorrelige. Met een afname van de kationharskorrels nemen echter de hydraulische weerstand en het energieverbruik voor waterfiltratie toe. De optimale grootte van de kationharskorrels, gebaseerd op deze overwegingen, wordt genomen in het bereik van 0,3 ... 1,5 mm. Het wordt aanbevolen om kationenwisselaars te gebruiken met een heterogeniteitscoëfficiënt Кн = 2.

Hier zijn de kenmerken van sommige kationenwisselaars. Onder de zeer zure kationenwisselaars van de binnenlandse productie, goedgekeurd voor gebruik voor huishoudelijke drinkwatervoorziening, kan men KU-2-8chS onderscheiden. Het wordt verkregen door granulair styreencopolymeer te sulfoneren met 8% divinylbenzeen. KU-2-8chS komt qua structuur en eigenschappen dicht in de buurt van de volgende vreemde sulfon-kationenwisselaars van speciale zuiverheid: Amberlight IRN-77 (VS), Zerolite 325 NG (Engeland), Dowex HCR-SN (VS), Duolite ARC-351 ( Frankrijk), vofatitou RH (Duitsland). Uiterlijk - bolvormige korrels van geel tot bruin, 0,4-1,25 mm groot, specifiek volume niet groter dan 2,7 cm3 / g. Volledige statische uitwisselingscapaciteit is niet minder dan 1,8 g-eq / l, min, dynamische uitwisselingscapaciteit met volledige regeneratie is niet minder dan 1,6 g-eq / l.

Op dit moment hebben sterk zure kationenwisselaars van Purolyte een brede toepassing gevonden: C100, S100E, S120E (analogen van huishoudelijke harsen KU-2-8, KU-2-8chS). De ionenwisselaarhars van het bedrijf Purolyte S100E Ag wordt gebruikt (uitwisselingscapaciteit 1,9 g-eq / l, bulkdichtheid 800-840 g / l), een zilverhoudende kationenwisselaar voor waterontharding met een bacteriedodend effect. Er is een binnenlandse analoog van KU-23S - een macroporeuze kationenwisselaar met bacteriedodende werking (statische uitwisselingscapaciteit 1,25 g-eq / l, bulkdichtheid 830-930 g / l).

Het wordt gebruikt voor het ontharden van drinkwater, zowel in de industrie als in het dagelijks leven kationenwisselaar Purofine С100ЕF - het heeft een aantal voordelen ten opzichte van conventionele wateronthardingsharsen. Het heeft een veel hogere werkcapaciteit bij normale stroomsnelheden, verhoogde werkcapaciteit bij hoge stroomsnelheden, met variërende en intermitterende stroom. De minimale totale uitwisselingscapaciteit is 2,0 g-eq / l. De eigenaardigheid van de C100ЕF kationenwisselaar is dat deze een kleiner volume en een kleinere hoeveelheid regeneratiemiddel (NaCl) nodig heeft.

Sterk zure kationenwisselaar IONAC / C 249 wordt gebruikt voor het ontharden van water voor huishoudelijk en gemeentelijk gebruik. Wisselcapaciteit 1,9 g-eq / l.

Waterontharding door de natrium-kation-uitwisselingsmethode op de aangegeven harsen (waterhardheid neemt af met eentraps natriumkationisering tot 0,05 ... 0,1, met tweetraps - tot 0,01 mg-eq / l) wordt door het volgende beschreven uitwisselingsreacties:
(zie gedrukte versie)

Na uitputting van de werkende uitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar, verliest het zijn capaciteit om water te ontharden en moet het worden geregenereerd. Het proces van waterontharding op kationenuitwisselingsfilters bestaat uit de volgende opeenvolgende bewerkingen: waterfiltratie door een laag kationenuitwisselingshars tot het bereiken van de maximaal toelaatbare hardheid in het filtraat (filtratiesnelheid binnen 10 ... 25 m / h); losmaken van de kationenwisselaarlaag met een oplopende stroom onthard water, verbruikt regenereer- of waswater (stroomsnelheid 3 ... 4 l / (cm2); afdaling van een waterkussen om verdunning van de regenererende oplossing te voorkomen; regeneratie van het kation warmtewisselaar door een geschikte oplossing te filtreren (filtratiesnelheid 8 ... 10 Regeneratie duurt gewoonlijk ongeveer 2 uur, waarvan 10 ... 15 voor het losmaken, 25 ... 40 voor filtratie van de regenererende oplossing en 30 ... 60 minuten voor het wassen.

Het regeneratieproces wordt beschreven door de reactie:
(zie gedrukte versie)

In de praktijk zijn ze beperkt tot een enkele zoutpassage met een hardheid van onthard water tot 0,20 mg-eq / l, of tweemaal - met een hardheid van minder dan 0,05 mg-eq / l.

C.O.K. N 10 | 2002
Categorie: SANITATIE EN WATERVOORZIENING
Lavrushina Yu.A., Ph.D., hoofd van het onafhankelijke geaccrediteerde testlaboratorium voor analyse

Bij voorbaat dank voor uw reactie.

C100E is een zeer zure gel-type kationenuitwisselingshars met een hoge uitwisselingscapaciteit, chemische en fysische stabiliteit en uitstekende prestaties. С100Е houdt effectief zwevende deeltjes vast en verwijdert ook, in zure (H +) vorm, ijzer- en mangaanionen.

De hoge uitwisselingscapaciteit maakt het mogelijk om water te verkrijgen met een totale hardheid in de orde van 0,05 meq / l, en de uitstekende ionenuitwisselingskinetiek - om hoge stroomsnelheden te bereiken. Bij gebruik van C100E is de doorbraak van ionen die de waterhardheid bepalen onder normale bedrijfsomstandigheden in de regel niet groter dan 1% van de totale hardheid van het bronwater. In dit geval verandert de uitwisselingscapaciteit van de hars praktisch niet, op voorwaarde dat het aandeel eenwaardige ionen niet groter is dan 25%.

С100Е is onoplosbaar in oplossingen van zuren en logen en in alle gangbare organische oplosmiddelen. De aanwezigheid van resterende oxidatiemiddelen in het water (bijvoorbeeld vrije chloor- of hypochlorietionen) kan leiden tot een afname van de mechanische sterkte van des. C100E is thermisch stabiel tot een temperatuur van 150°C, echter bij hoge temperaturen neemt de uitwisselingscapaciteit van de kationenuitwisselingshars in de zure (H+) vorm af.

Specificaties:

Fysieke eigenschappen
	transparante bolvormige deeltjes van gelige kleur
Pakbon
Bulkgewicht, g / cm3
Soortelijk gewicht, g / cm3
Uniformiteitscoëfficiënt
Korrelgrootte, mm (mesh)
Uitwisselingscapaciteit, g-eq / l
Zwelling Na + → H +, max,%
Zwelling capaciteit Ca 2+ → Na +, max,%
Gebruiksvoorwaarden
	6 - 10 (Na-vorm)
Maximale bedrijfstemperatuur, оС
Laaghoogte cm (inch)
Werkstroomsnelheid, harsvolume / uur
Uitbreiding van de laag in de terugspoelmodus,%
Concentratie van NaCl-oplossing,%
Zoutverbruik voor regeneratie, gr. NaCl / l hars

EEN KORTE BESCHRIJVING VAN:
vrije ruimte boven download - 50%
korrelgrootte 0,6 mm tot 90%
Bulkgewicht 820gr / l
Watergehalte (vocht) 42-48%
Totale capaciteit tot 2 g eq / l
werktemperatuur van 4 - 120 0
pH van water 0 - 14
overgang van Na-ionen naar Н - 8%
laaghoogte van 0,8 - 2m
servicesnelheid van 5 - 40m / uur
specifiek servicetarief 20OZ / uur
terugspoelsnelheid bij 20 C van 10 - 12 m / h
hoeveelheid water voor terugspoelen met een nieuwe lading 20OZ
terugspoelwatervolume 4ОЗ
volume water voor langzaam wassen van zout 4ОЗ
zoutverbruik tijdens regeneratie per 1 liter belading - 150g
resterende hardheid - 0,5 mg eq / l
specifiek drukverlies in kPa m 2 laadhoogte - 1
drukverlies van 11 mbar bij 4 ° C per 1 m laadhoogte
regeneratiesnelheid - 5m / uur
snelheid bij het wassen van zout met water - 5m / uur

TOEPASSINGSVOORWAARDEN
afwezigheid van geoxideerd ijzer (Fe 3+) in water
gebrek aan opgeloste zuurstof in water
gebrek aan organisch materiaal in water
afwezigheid van oxidatiemiddelen in water
na natriumverzachting zullen de totale alkaliteit en het droge residu toenemen.
sterke oxidanten zoals salpeterzuur kunnen heftige reacties veroorzaken
zwevende stoffen in voedingswater tot 8 mg/l
kleur van bronwater tot 30 0 С
troebelheid van bronwater tot 6 mg/l
totale ruwwaterhardheid tot 15 mg eq/l

Hieronder staan ​​de methoden voor het berekenen van de uitwisselingscapaciteit en andere parameters van de kationenwisselaar.

De werkende uitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar E f g ÷ eq / m3 kan worden uitgedrukt door de volgende formule:

Ef = Q x W; Ep = ep x Vk.

Het volume van de kationenwisselaar die in gezwollen toestand in het filter wordt geladen, wordt uitgedrukt door de formule:

Formule voor het bepalen van de werkende uitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar ep, g ÷ eq / m 3:

ep = Q x W / S x h;

waarbij W de hardheid van het bronwater is, g ÷ eq / m3; Q is de hoeveelheid onthard water, m 2; S is het gebied van het kationenuitwisselingsfilter, m 2; h is de hoogte van de kationietlaag, m.

Nadat de bewegingssnelheid van water in de kationenuitwisselingshars is aangeduid als v k, kan de hoeveelheid onthard water Q worden gevonden met de volgende formule:

Q = v k x S x Tk = ep x S x h / Ж;

van waaruit het mogelijk is om de duur van het kationfilter Tk te berekenen:

Tk = ep x h / v k x J.

De berekening van de uitwisselingscapaciteit van de kationenwisselaar kan ook worden uitgevoerd volgens de gecorreleerde grafieken.

Op basis van geschatte praktische gegevens kan uw filter niet meer dan 1500 liter reinigen. water. Voor nauwkeurigere berekeningen moet u de hoeveelheid (volume) hars in uw filter en de werkuitwisselingscapaciteit van uw hars weten (voor kationenuitwisselingsharsen varieert de werkcapaciteit van 600 tot 1500 meq / l). Als u deze gegevens kent, kunt u eenvoudig de exacte hoeveelheid onthard water berekenen volgens uw formules.