АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

В чём отличие сильнокислотных и слабокислотных катионитов?

Прочитайте:
  1. Iersinia enterocolitica, в отличие от Iersinia pseudotyberculosis, может явиться причиной внутрибольничной инфекции. Какое свойство возбудителя является тому причиной?
  2. В отличие от основ для мазей основы для суппозиториев должны
  3. В чем отличие в тактике ведения больных с опухолями и опухолевидными образованиями.
  4. Важным отличием антигенпредставляющих клеток иммунной системы от других клеток, обладающих фагоцитарной активностью является: (1)
  5. Клинические признаки папулы, её разновидности, отличие от бугорка
  6. Острый гастроэнтерит в отличие от острого аппендицита начинается с довольно сильных схваткообразных болей в верхних и средних отделах живота. При расспросе
  7. Отличие доброкачественных опухолей от злокачественных
  8. Отличие лейкемоидных реакций от лейкозов
  9. Отличие лейкозов от лейкемоидных реакций

Умягчение воды катионами и их свойства

Катионитный метод умягчения воды основан на способности некоторых практически нерастворимых в воде катионов – вступать в ионный обмен с растворёнными в воде солями, при этом происходит сорбция катионов и вытеснение в раствор эквивалентного количества катионов, которыми катионит периодически насыщается при регенерации.

Остановимся на катионитовых материалах, которые наиболее часто применяются в практике умягчения воды.

К ним относятся:

I: сильнокислотные катиониты, содержащие активные сульфогруппы R-SO3H, R-SO3Na.

В эту группу входят: катиониты КУ-1, КУ-2, сульфоуголь и др.

 

Реже применяются:

II: слабокислотные катиониты, содержащие активные карбоксильные группы R-COOH.

В эту группу входят: катиониты КБ-4, СГ-1, КБ-2, эмберлайт IR-50 и др.

Приведём характеристики некоторых марок катионитов.

 

Катиониты Размер зёрен, мм Объёмная масса в набухающем сос- тоянии, т/м3 Полная обменная способность, Еполн, г-экв/м3 Примечание
Сульфоуголь сфт 1, крупный Ку-1Г Ку-2-8 КБ-4П     0,4 - 1,8 0,3 - 2,0 0,3 - 1,2 0,3 - 1,0     0,42 0,47 0,65 0,40         Сильнокис-ый Сильнокис-ый Сильнокис-ый Слабокис-ый

В чём отличие сильнокислотных и слабокислотных катионитов?

Сильнокислотные катиониты мало изменяют обменную способность с понижением рН среды от 7 до 1.

Слабокислотные катиониты практически способны к обмену только при рН >7. При снижении рН <6 диссоциация карбоксильных групп уменьшается и, соответственно, обменная способность катионита также снижается.

При фильтровании воды через слой катионита, находящегося в Nа-вой форме, будут проходить следующие реакции обмена:

 

2R Na + Ca(HCO3) R2 Ca + 2NaHCO3

2R Na + Mg(HCO3) R2 Mg + 2NaCl

2R Na + CaCl2 R2 Ca + 2NaCl

2R Na + CaSO4 R2 Ca + Na2SO4

2R Na + MgSO4 R2 Mg + Na2SO4

 

R – нерастворимая матрица полимера катионита, условно считаемая однословной нерастворимой в воде кислотой.

При работе с катионитами необходимо учитывать их физические и химические свойства, полную и рабочую обменную ёмкость, способность к набуханию, фракционный состав и др. факторы.

В процессе умягчения Nа-катионированием содержание Са и Mg в воде может быть снижено до весьма малых величин, общая щёлочность воды не изменяется, а сухой остаток несколько возрастает, т.к. ион Са2+(ат.вес=40,08) из воды замещается двумя ионами Nа (2∙22,99=45,98):

При регенерации катионита раствором кислоты катионит переходит в Н-форму:

 

R2Ca + H2SO4 2RH + CaSO4

 

Теперь соли жесткости будут обмениваться на эквивалентное количество Н- ионов последующим уравнениям реакций:

При этом растворённые в воде соли превращаются в соответствующие кислоты

 

2RH + Ca(HCO3)2 R2Ca + 2H2CO3

2RH + CaCl2 R2Ca + 2HCl

2RH + MgSO4 R2Mg + H2SO4

RH + NaCl RNa + HCl

2RH + Na2SO4 2RNa + H2SO4

 

Если регенерация Н-катионитовых фильтров производится кислотой в количестве, недостаточном для полного удаления из катионита катионов жёсткостити, то регенерация называется «голодной»

При этом в верхней части фильтра катионит будет находиться в Н-форме и при умягчении воды будут происходить реакции типа:

 

2RH + CaCl2 R2Ca + 2HCl

2RH + Ca(HCO3)2 R2Ca + H2CO3

 

При этом необходимо учитывать, Н2СО3 соединение неустойчивое и оно будет распадаться на Н2О и СО2 и уходить из сферы реакции.

В нижней части ионообменного фильтра при «голодной» регенерации катионит находится в Са- и Mg- формах и в нижней части на катионите будут проходить реакции с кислотами, образующимися в верхних слоях ионообменной смолы по уравнению:

 

R2Ca + HCl 2RH + CaCl2

 

Т.е. в результате этих процессов из воды будут удаляться карбонатные соли, а некарбонатные оставаться.

Т.обр. фильтры, работающие в режиме «голодной» регенерации, удаляют только соли карбонатной жёсткости и снижают щёлочность воды до 0,4-0,5 мг-экв/л.

 

 

Остановимся на кислотноосновных свойствах К+-в и А--в.

 

Катиониты по своим свойствам подразделяются на сильнокислотные и слабокислотные, а аниониты – на слабо и сильно основные.

Эти свойства ионитов связаны с тем, что существуют иониты, в которых подвергаются диссоциации практически все содержащиеся в их составе функциональные группы или только незначительный процент их.

А степень диссоциации функциональных групп, которые являются ионообменными центрами, зависит от рН раствора.

Так, степень диссоциации функциональных групп у слабоосновных анионитов и слабокислотных катионитов, и, следовательно, их обменная способность будет возрастать только с понижением рН и, наоборот, убывать с его повышением.

Степень диссоциации сильноосновных А--в и сильнокислотных К+-в и их обменная ёмкость практически не зависит от рН р-ра. (По аналогии есть слабые и сильные кислоты и сильные и слабые основания).

К слабоосновным А-там относятся следующие марки АН-2ФГ, АН-18-6, АН-31;

К сильноосновным: ЭДЭ-10П;

К среднеосновным: АВ-17-8, АМ.

 

Слабоосновные аниониты могут поглощать только сильных ионы кислот, например SO42-, Сl-.

Сильноосновные аниониты, как мы уже упоминали, отличаются от слабоосновных тем, что кроме ионов сильных кислот они могут поглащать ионы слабых кислот (угольной, кремниевой), заменяя их на ионы ОН-.

 

 

сильноосновные (SO42-, Сl-, СО22-, SiO32-)

Ан

слабоосновные (SO42-, Сl-)

 

 

Слабоосновные аниониты применяют для того, чтобы разгрузить сильноосновные. Причём первые имеют преимущества:

1. небольшая стоимость

2. высокая рабочая способность к поглощению

3. небольшой расход реагентов на регенерацию

 

Н-катионитовые фильтры обычно регенерируют 1-1,5%-м р-ром серной кислоты:

 

2[Кат]Na +Н2SO4 →2[Кат]Н +Na2SO4

 

Анионитовые фильтры регенерируют 2-4%-м р-ром NaOH или кальцинированной содой:

 

для слабоосновных анионитов:

 

н]2SO4 + 2NaOH 2AнOH + Na2 SO4

AнCl + Na2CO3 AнCO3 + Na2SO4

 

для сильноосновного катионита:

 

н]2СО3 + 2NaOH 2[Ан]OH + Na2CO3

 

Процесс регенерации ионитовых фильтров состоит из следующих основных операций:

1. взрыхление слоя ионита исходной или частично обессоленной водой снизу вверх с интенсивностью 3-5 л/с∙м2 в течение 20 мин. Это делается для устранения спрессованности ионита.

2. собственно регенерация – пропускание через слой смолы кислоты и щёлочи.

3. отмывка ионитов исходной или частично обессоленной водой от продуктов регенерации и неизрасходованного регенерационного раствора сверху вниз.

 

Регенерацию производят до тех пор, пока большая часть активных групп катионита будет замещена на обменивающийся ион (например, ион Na) и после этого катионитовый фильтр снова м.б. использован для умягчения воды.

Для сильнокислотных (R-SO3H-сульфогруппа) катионитов характерна высокая поглотительная пособность из промывочных вод в отношении следующих Меn+:

Ti, Cr3+, Al, Ba, Pb, Fe, Ca, Ni, Cd, Cu

Zn, Mg, Ag, Cu, K, NH4+, Na+

Ввиду высокой селективности в отношении катионов Ме они м.б. использованы и для переработки конур-х р-ров для извлечения Fe, Cr, Al.

 

Слабокислотные катиониты R-COOH имеют высокую сел-ть в отношении Cu, Pb, Fe, Zu, Ni, Cd, Ca, Mg, NH4+, K+, Na+ и неионогены ПАВ.

Их применяют на заключительной стадии иона обмена.

 

Сильноосновные аниониты – способны связывать анионы слабых кислот:

CrO42-,PO43-,C2O42-, NO2-, HCO3-, HsiO3-, CN-, H2BO3-, F-, цитратные, торторные и др.

Каждый катионит и анионит обладает определённой способностью, т.е тем количеством ионов, которое он может обменять в течение периода между двумя регенерациями или фильтроцикла.

Обменную способность катионитов и анионитов выражают в грамм-эквивалентах задержанных ионов на 1 м3 в разбухшем состоянии.

Различают полную и рабочую обменную способность катионитов.

Полной обменной ёмкостью (ПОЕ) называют то количество грамм-эквивалентов ионов, которое может задержать 1 м3 ионита, до того момента, когда к-ция (жёсткость) умягчённой воды сравняется с жёсткостью исходной воды.

Рабочей обменной емкостью (РОЕ) называют то количество грамм-эквивалентов ионов, которое задерживает 1 м3 катионита до момента, когда в фильтрат начинают «проскакивать» ионы жесткости.

Понятие рабочей и полной объёмной ёмкости можно проиллюстрировать следующим графиком:

 

 

 

Данная выходная кривая характеризует кинетику работы катионитового фильтра.

SAрабочая обменная ёмкость

SA+B – полная обменная ёмкость или способность

 

m = c ∙ v = мг-экв ∙ м3

м3


Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 5469 | Нарушение авторских прав



1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |



При использовании материала ссылка на сайт medlec.org обязательна! (0.01 сек.)