Москва, Высоковольтный пр-д, д.1
Режим работы Пн-Пт с 10:00 - 20:00
ЗАКАЗАТЬ ЗВОНОК

Ионообменные смолы

Ионообменная смола – фильтрующая загрузка, представляющая собой полимеры, состоящие из гранул небольшого диаметра (до 1 - 1,5 мм). В своем составе смола содержит множество свободных ионов, способных к активному взаимодействию с частицами противоположного заряда.

Ионообменные смолы получили широкое распространение. В настоящее время они применяются в фильтрах умягчения воды, в фильтрах смешанного действия, при Н-катионитном и ОН-анионитном методах обессоливания, в установках электродеионизации, при очистке сточных вод, а также в качестве катализатора для органического синтеза.

Классификация ионообменных смол 

В соответствии с задерживаемыми и замещаемыми ионами смолы делятся на аниониты (анионообменная смола) и катиониты (катионообменная смола).

Катиониты 

Катиониты способны обменивать положительно заряженные ионы. Например, в системах умягчения воды ионы Са2+ и Mg2+, находящиеся в исходной воде замещаются на ионы Na+.

В свою очередь катиониты можно разделить на две группы:

  1. Сильнокислотные;

  2. Слабокислотные.

Сильнокислотные катиониты

Содержат группу сульфоновой кислоты (НSO3-). Сильнокислотный катионит – самый используемый вид ионообменной смолы. Такая смола может работать при любом рН, эффективна для удаления ионов жесткости.

Слабокислотные катиониты 

Содержат карбоксильные группы (-СООН). Слабокислотный катионит, в отличие от сильнокислотного, способен работать только в щелочной и нейтральной среде (рН 7÷14). Из преимуществ можно отметить механическую прочность и стойкость к окислению (работают с перекисью водорода, хлором и др. окислителями).

Аниониты 

Аниониты способны обменивать отрицательно заряженные ионы. Например, сульфаты (SO42-) замещают гидрокид-ионом (ОН-).

В свою очередь аниониты также можно разделить на две группы:

  1. Высокоосновные (сильноосновные);

  2. Низкоосновные (слабоосновные).

Высокоосновные аниониты 

Содержат четвертичные аммониевые группы. Высокоосновные аниониты способны работать при любом рН. Их применяют для обессоливания и деминерализации, а также для удаления общего органического углерода и другой органики.

Низкоосновные аниониты 

Содержат первичные, вторичные и третичные аминогруппы. Слабоосновные аниониты могут работать только в кислой и нейтральной среде (рН 0÷7). Их эффективно использовать для извлечения хлоридов, сульфатов, нитратов и других анионов сильных кислот.

Принцип работы ионообменной смолы 

Ионный обмен – обратимая реакция замещения одних ионов в растворе на другие такого же заряда. В качестве примера возьмём уравнение процесса умягчения на Na-катионитных фильтрах.

2NaR+ Ca(HCO3)2 ↔ CaR2 + 2NaHCO3;

2NaR+ Mg(HCO3)2 ↔ MgR2 + 2NaHCO3;

где R – анионитный комплекс катионита.

Из уравнений мы видим как из гидрокарбонатов кальция и магния (Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2) получается гидрокарбонат натрия (NaHCO3), а ионы кальция и магния задерживаются в матрице ионообменного материала.

Регенерация ионообменной смолы 

По мере прохождения воды сквозь ионообменную смолу количество задержанных ионов Ca2+ и Mg2+ возрастает, а количество свободных ионов Na+ уменьшается, этот процесс называется «истощением» обменной емкости.

Чтобы восстановить обменную емкость ионообменной смолы следует провести её регенерацию. При умягчении воды на Na-катионитных фильтрых, регенерацию проводят раствором NaCl. Процесс регенерации описывается следующим упрощенным уравнением:

CaR2 + 2Na+ ↔ 2 NaR + Ca2+;

MgR2 + 2Na+ ↔ 2 NaR + Mg2+.

Происходит процесс обратного замещения ионов кальция и магния ионами натрия, а кальций и магний удаляются при промывке фильтров.

Н-катионитные фильтры регенерируются растворами соляной (HCl) или серной кислоты (H2SO4). ОН-анионитные фильтры – гидроксидом натрия (NaOH).

Характеристики ионообменной смолы 

Физические характеристики:

  1. Размер зёрен;

  2. Насыпная масса;

  3. Структура ионита;

  4. Прочность;

  5. Осмотическая стабильность.

Химические характеристики:

  1. Наличие той или иной функциональной группы;

  2. Химическая стойкость;

  3. Температурная стойкость;

  4. Динамическая обменная емкость;

  5. Рабочая обменная емкость;

  6. Основность – для анионитов;

  7. Кислотность – для катионитов.

Особо важным показателем является рабочая обменная емкость. Чем выше данный показатель, тем больше примесей способен удалить анионит или катионит до проведения регенерации.