Ионный обмен в растворах сточных вод
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод тяжёлых металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. [3]

Ионный обмен широко распространён при обессоливании в процессе водоподготовки. Сущность ионного обмена. Ионный обмен представляет процесс взаимодействия раствора с твёрдой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твёрдую фазу, называются ионитами. Они практически не растворимы в воде.

Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, являются катионитами, поглощать отрицательные ионы – анионитами. Катиониты обладают кислотными свойствами, а аниониты – основными свойствами. Если иониты обменивают и катионы, и анионы, их называют амфотерными. Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной ёмкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объёма ионита.

Иониты бывают неорганические (минеральные) и органические. Это могут быть природные вещества или искусственно полученные вещества. К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды. Их катионообменные свойства обусловлены содержанием алюмосиликатов типа Na2O⋅Al2O3⋅nSiO2⋅mH2O. К неорганическим синтетическим ионитам относятся силикагели, пермутиты, труднорастворимые оксиды и гидроксиды некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония). Органические природные иониты – это гуминовые кислоты почв и углей. Они проявляют слабокислотные свойства. Для усиления кислотный свойств и обменной ёмкости угли измельчают и сульфируют в избытке олеума. Сульфоугли являются дешёвыми полиэлектролитами, содержащими сильно- и слабокислотные группы. К недостаткам таких ионитов относится их малая химическая стойкость и низкая механическая прочность зёрен, а также небольшая обменная ёмкость, особенно в нейтральных средах.

К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы с развитой поверхностью. Они имеют наибольшее практическое значение для очистки сточных вод. Синтетические ионообменные смолы представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами. Пространственная углеводородная сетка (каркас) называется матрицей, а обменивающиеся ионы – противоионами. Каждый противоион соединён с противоположно заряженными ионами, называемыми фиксированными, или анкерными. Полимерные углеводородные цепи, являющиеся основой матрицы, связаны (сшиты) между собой поперечными связями, что придаёт прочность каркасу.

При нагревании ионитов в воде и на воздухе возможно разрушение их зёрен, отщепление активных групп, что приводит к уменьшению их ёмкости. Для каждой смолы имеется температурный предел, выше которого её использовать нельзя. Термическая устойчивость анионитов ниже, чем катионитов. Величина рН сточной воды, при которой происходит обмен ионами, зависит от константы диссоциации ионообменных групп смолы.  

Сильнокислотные катиониты позволяют проводить процесс в любых средах, а слабокислотные – в щелочных и нейтральных средах. Иониты в контакте с водой не растворяются, но поглощают некоторое количество воды и набухают, являясь гелями с ограниченной набухаемостью. При этом размер микропор возрастает, объем ионитов увеличивается в 1,5…3 раза. Степень набухания зависит от строения смолы, природы противоионов, от состава раствора. Набухание ионитов влияет на скорость и полноту обмена ионов, а также на селективность ионита. Оно прекращается после того, как разность осмотических давлений до и после обмена уравновесится силами растяжения и сжатия ионита.

Синтетические иониты набухают в воде больше и имеют большую обменную ёмкость, чем природные. Срок службы синтетических катионитов значительно больше, чем анионитов.

Дата: 2018-12-28, просмотров: 332.