Введение

Иониты в отличие от ионообменных неорганических сорбентов – высокомолекулярные вещества, практически нерастворимые в воде и в органических средах, обратимо обменивающие подвижные ионы, входящие в их состав, на эквивалентное количество других ионов того же знака, находящихся в растворе.

У катионитов (с положительно заряженными противоионами) обменными группами являются –SO₃H, –COOH, –PO(OH)₂. Замещением ионов водорода на катионы металлов получают различные солевые формы катионитов. У анионитов (с отрицательно заряженными противоионами) обменными группами являются первичные, вторичные, третичные аминогруппы, а также подвижные группы четвертичных аммониевых оснований. В водных средах они находятся в гидроксильной (ОН) или солевой форме. Амфотерные иониты – биполярные полиэлектролиты, одновременно содержат катионо- и анионообменные группы, обладая таким образом двойственными функциями. Катиониты и аниониты, в соответствии с природой ионогенных групп и степенью диссоциации входящих в их состав подвижных ионов, подразделяются на сильно-, средне- и слабокислотные или основные иониты. К сильнокислотным относятся катиониты, содержащие сульфогруппы –SO₃H, обычно присоединенные к бензольному кольцу. К катионитам средней силы относятся катиониты с группами фосфоновой кислоты –PO(OH)₂. К слабокислотным относятся иониты с карбоксильными –COOH и фенольными C₆H₅-ОН группами.

Одним из наиболее важных показателей свойств ионитов является обменная емкость. Обменная емкость определяется числом функциональных групп, способных к ионному обмену, в единице массы воздушно-сухого или единице объема набухшего ионита; она соответственно выражается в ммоль/г или ммоль/см³ .

Различают полную и равновесную обменные емкости. Под полной обменной емкостью (ПОЕ) понимают максимальную способность ионита к ионному обмену. Значение полной обменной емкости для данного образца

ионита является постоянной величиной. Процесс ионного обмена является равновесным и зависит от ряда условий: концентрации раствора, рН среды, температуры, характера подачи раствора и т. д.

Полную обменную емкость можно определить по результатам потенциометрического титрования, элементного анализа ионита.

Существуют два основных метода определения обменной емкости ионитов: статический и динамический. При статическом методе порцию вещества ионита приводят в контакт с определенным объемом раствора до установления равновесия, при динамическом – раствор пропускают через колонку, наполненную ионитом.

Для характеристики динамических показателей при сорбции в колонке используют полную динамическую обменную емкость (ПДОЕ), которая близка статической обменной емкости, и динамическую обменную емкость до проскока извлекаемого компонента (ДОЕ). ДОЕ/ПДОЕ < 1 и определяется геометрическими характеристиками колонки, скоростью подачи раствора, его концентрацией.

Величина обменной емкости ионита значительно зависит от рН среды.

Группы катионитов и анионитов характеризуются кажущимися значениями рК.

Для простейшего случая кислотно-основного обмена

RSO₃H + Na⁺ RSO₃Na + H⁺

зависимость обменной емкости от рН описывается уравнением Гендерсона – Гассельбаха

рК= рН + n ln , (1)

где рК – отрицательный логарифм кажущейся константы диссоциации ионита; n – постоянная, характеризующая степень структурирования полимера;

– степень диссоциации ионогениых групп. Величину можно выразить как C_R/S, где C_R – емкость при данном рН среды. Тогда выражение для рК примет вид:

рК= рН + n lg . (2)

Величины рК для сильнокислотных катионитов равны 1–2, для среднекислотных – приблизительно 3–4; для слабокислотных катионитов рК > 5.