4. Свойства ионитов

Иониты характеризуются следующими специфическими свойствами: набухаемостью в воде, способностью к реакциям ионного обмена.

Механическая прочность и осмотическая стабильность зерен ионита влияют на потери материала в течении нескольких лет его эксплуатации. Под механической прочностью подразумевают избираемость ионитов. Осмотическая стабильность связана с периодическим набуханием и сжатием зерен ионитов в процессе их эксплуатации под воздействием осмотического давления воды, в результате которого зерна ионитов испытывают знакопеременные нагрузки, приводящие к образованию микротрещин и в пределе к раскалыванию зерна ионита.

Химическая стойкость матрицы ионитов определяется степенью межмолекулярных связей, достаточной для обеспечения ее нерастворимости. Присутствие окислителей в обрабатываемой воде может приводить к разрушению межмолекулярных связей и возникновению растворимой фазы. В этих условиях целесообразно использовать макропористые иониты. При нормальных условиях

1. Набухаемость

При погружении в воду все иониты в большей или меньшей степени разбухают с одновременным увеличением их объема.

Отношение объемов одной и той же массы ионита в набухшем и воздушно-сухом состояниях называется коэффициентом набухания, который равен отношению насыпной плотности воздушно-сухого ионита к насыпной плотности набухшего ионита (без учета веса поглощенной воды), т.е. к массе 1 м³ набухшего ионита после высушивания его воздушно-сухого состояния:

Рн

где р_с и р_н - насыпные плотности ионита в воздушно-сухом и набухшем состояниях, т.е. выраженные в килограммах сухого ионита массы 1 м³ воздушно-сухого и набухшего ионитов, кг/м³.

2. Обменная емкость ионитов

Иониты, при погружении в воду способны к электролитической диссоциации, в результате которой, вокруг нерастворимого в воде ядра образуется ионная атмосфера, представляющая собой ограниченное вокруг молекулы ионита пространство, в котором находятся подвижные и способные к обмену ионы.

Схематически диссоциацию ионитов в воде можно представить следующим образом:

где RTK - катионит, в котором подвижным обменным катионом является К⁴, а неподвижным анионом - высокомолекулярная часть RT; R⁺A~ - анионит, в котором подвижным обменным анионом является А^-, а неподвижным катионом - высокомолекулярная часть R⁺.

(1)

1. R~K⁺

2. R⁺A“

rr-f

*=* K⁺ + R' *=± A" + R⁺

Рис. 2. Схема структуры молекулы ионита: а) - схема матрицы ионита гелевой структуры; б) - схема матрицы ионита макропористой структуры; 1 - твердый многоатомный каркас ионита; 2 - связанные с каркасом неподвижные ионы активных групп; 3 - ограниченно подвижные ионы активных групп, способные к обмену.

Характеристикой ионообменной способности ионита является величина его рабочей обменной емкости, которая характеризуется количеством ионов, поглощенных ионитом, при пропускании раствора солей или кислот определенной концентрации через ионит. Рабочая обменная емкость является основной технологической характеристикой ионита, так как от нее зависит объем ионита, необходимый для загрузки фильтров, при заданных условиях, их эксплуатация. Она зависит от ряда факторов:

а) удельного расхода регенерирующего реагента;

б) вида извлекаемого из воды иона;

в) значение pH воды;

г) скорости фильтрования обрабатываемой воды;

д) режима эксплуатации ионитного фильтра.

В отличие от рабочей обменной емкости полная объемная емкость ионита характеризуется количеством ионов, которое может быть поглощено ионитом, при полной замене всех обменных ионов. Определение ее основано на полной нейтрализации кислотного катионита раствором NaOH, а щелочного анионита - раствором НС1. Величина полной обменной емкости данного ионита постоянна и выражается, как и рабочая обменная емкость, в моль-эквивалентов ионов, поглощенных 1 м³ набухшего ионита.

10