3.11. Определение рабочей обменной емкости анионита

Цель работы – освоение методики получения выходной кривой сорбции ионов и расчет рабочей и полной обменной емкости анионита.

Аниониты предназначены для удаления анионов кислот. Высокоионизированные ионообменники способны поглощать анионы сильных и слабых кислот из растворов кислот:

НСI CI

R-OH + H₂SO₄  RSO₄ + H₂O

H₂SiO₃ SiO₃

или из растворов солей:

NaСI CI

R-OH + Na₂SO₄  R SO₄ + NaOH

Na₂SiO₃ SiO₃

Низкоосновные аниониты могут сорбировать анионы сильных кислот только из растворов кислот.

Оборудование и реактивы

1. Металлический штатив.

2. Стеклянная колонка с дренажом диаметром 10 -15 мм.

3. Металлические зажимы.

4. Анионит АВ-17-8 или АВ-17-2П в ОН-форме.

5. Резиновые шланги диаметром 5 мм.

6. Колбы мерные объемом 100 и 1000 мл (ГОСТ 1770-74).

7. Микробюретка на 5 мл.

8. Индикаторы - метилоранж или смешанный индикатор с РТ=6,7 и фенолфталеин.

9. Секундомер.

10. Цилиндры мерные объемом 10 и 25 мл.

11. Промывалка.

12. Раствор 3 ммоль/л НС1.

13. Раствор аминокислоты 3 ммоль/л

14. Склянка с тубусом объемом 2-3 л.

Порядок выполнения работы

а) Определение емкости по минеральным анионам.

Набухший анионит (фракцию 0,5-1,0 мм) помещают в мерный цилиндр объемом 10 мл, уплотняют слой постукиванием о крышку стола в течение 1 мин (60 ударов), доводят объем ионита точно до 10 мл. Затем его струей воды переносят в стеклянную колонку, взрыхляют противоточной подачей воды из промывалки, сливают воду до уровня анионита.

Проводят регенерацию загрузки раствором 1 моль/л КОН. Для чего пропускают 100 мл раствора в течение 60 мин, промывают дистиллированной водой до отрицательной реакции по фенолфталеину.

Раствор НС1 с концентрацией 3 ммоль/л заливают в склянку с тубусом, соединяют с колонкой. Сливают воду из колонки до уровня смолы, заполняют ее рабочим раствором НСI и открывают кран на выходе из колонки. Сбрасывают промывную воду, находящуюся между гранулами ионита (примерно 1/2 от его объема). Собирают фильтрат в мерные колбы объемом 100 мл, периодически проверяя установленную объемную скорость фильтрации с помощью секундомера и мерного цилиндра на 10 или 25 мл в зависимости от принятой скорости потока жидкости.

В фильтрате определяют содержание НС1, фиксируя объем титрующего раствора 0,1 моль/л КОН в рабочем журнале.

Линейную скорость потока можно принять равной 10 или 20 м/ч. Зная площадь сечения колонки, легко рассчитать объемную скорость потока:

V=100Su/60, мл/мин,

где u – задаваемая линейная скорость потока, м/ч;

S – площадь сечения колонки, см².

Для удобства обработки результатов опыта данные сводят в табл. 4.

Таблица 4

Результаты опыта в динамических условиях

Количество фракций (N)	W, мл	Объем 0,1 моль/л КОН	Сi ммоль/л	F=Ci/Co
1	100	V1	?	?
I	100 х n	Vi	3,00	1,0

Строят выходную кривую сорбции хлорид-ионов анионитом в координатах F=С/С₀ - W (рис. 3).

Рис. 3. Выходная кривая сорбции хлорид-ионов аниони-том АВ-17-2П

По кривой находят объем фильтрата до заданной величины проскока (С/С₀) хлорид-ионов. Рассчитывают рабочую обменную емкость ионита, например, при величине проскока анионов С/С₀, равном 0,03.

Е_р=W_фC₀/v,

где W_ф - объем фильтрата до достижения заданного проскока ионов, л;

C₀ - концентрация сорбтива в исходном растворе, ммоль/л;

v - объем анионита в ОН - форме, мл.

Рассчитывают полную (или восстановленную) обменную емкость анионита по уравнению (объем каждой из n фракций - 100 мл):

,

где W_{Ф -} суммарный объем раствора, пропущенного через колонку от проскокового отношения F=0 до F=1,0;

C_i – концентрация ионов в фильтрате, соответствующая проскоковому отношению F в данной фракции фильтрата, ммоль/л;

n – число фракций фильтрата.

По предложенным выше методикам проведено исследование физико-химических свойств ряда отечественных и зарубежных анионитов, результаты которых сведены в табл. 5. Определены характеристики, которые наиболее важны при реализации ионообменных процессов в водоподготовке.

Таблица 5

Физико-химические свойства анионитов

Марка анионита	Влагоемкость, В±0,02 г Н2О/г абсолют. сух.		Обменная емкость (±0,03) ммоль-экв/г сухого анионита		Доля низко- основных групп, %
	ОН-форма	Сl- форма	по NaCl	по НСI (ПОЕ)
АВ-17-2П	3,00	2,85	0,54	3,16	17,0
АВ-29-12П	1,22	1,10	2,25	2,75	19,1
Purolite A400	1,14	0,85	2,22	2,72	18,4
АРА-5П	1,93	1,64	1,69	2,09	19,1
Wofatit АD-41	1,40	1,59	0,58	8,14	92,9
Purolite A100	0,42	1,23	0,34	4,83	93,0
ЭДЭ-10П	1,14	0,83	1,01	7,72	86,9
АН-31	1,20	1,15	0,28	10,05	2,85
АН-1	0,29	0, 86	0	0,89	100,0
АН-2Ф	0,70	0,78	0,18	4,68	100,0