12. Ионный обмен: сущность способа, природные и синтетические иониты. Технолог. Схемы ионообменной очистки природных и св и установки для их реализации.

Ионный обмен -это обратимая хим.реакция, при кот происх обмен ионами м/у тв. в-вом (ионитом) и р-ром электролита. Ион. обмен явл одним из основ. методов очистки воды от ион. загр-й, глубокого обессоливания воды. Наличие разнообр. ионообм. мат-лов позволяет решать задачи очистки вод разл. хим. состава с выс. эффектив-тью. Иониты- тв. нераствор. в-ва, имеющие в своем составе функциональные группы, способные к ионизации в р-рах и обмену ионами с электролитами. Иониты делятся по св-вам ионогенных групп на 4 основ.вида: 1) катиониты;2) аниониты; 3)амфолиты; 4)селективные иониты.

По природе матрицы их подразд-ют на:1) неорганич.; 2) органические.

Органич. иониты- это в основ. синтетич. ионообменные смолы. Органич. матрица изготав-ется путем поликонденсации мономерных органич. молекул, т.к стирол, дивинилбензол и т. д. В эту матрицу хим.путем вводятся ионогенные группы кислотного или основного типа. Традиц-но вводимыми группами кислотного типа явл -СООН; -SО3Н; и т. п., а основного типа: ≡N; =NH; -NH2; т. п. Иониты способ. к набуханию в воде, что обуслов. присутст. гидрофильных фиксированных групп, способ. к гидратации. Однако беспред. набуханию, т.е раствор-ю, препятствуют поперечные связи. Степень поперечной связанности задается при синтезе ионитов ч/кол-во вводимого сшивающего агента- дивинилбензола (ДВБ). Стандартные смолы, испол-ются д/умягчения, содержат 8 % ДВБ. Неорганич. иониты-это в основ. иониты природн. происхож, к кот относятся алюмосиликаты, гидроксиды и соли поливалентных металлов. Наиб. распростр. и прим. для очистки воды неорганич. природ. ионитами явл. цеолиты.

Цеолиты-это минералы из группы водных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов. Ионообменные св-ва цеолитов опр. особенностями хим. сродства ионов и кристаллич. стр-ры цеолита. Ионным обменом на цеолитах удается выделять ионы, извлеч-е кот. др.методом часто представ. большую сложность. Установлена способность цеолитов адсорбировать радиоактив. ионы цезия из р-ров, удалять NH4+, извлекать ионы Cu, Pb, Zn,и др. металлов, очищать прир. газы. Цеолиты м.б. испол. д/ удаления раствор. железа, марганца и жесткости. Катиониты–иониты с закрепл-ми на матрице анионами или анионообменными группами, обменивающиеся с внеш. средой катионами. Если катионит находился в водородной Н+-форме, то извлекаются все катионы, находящиеся в воде. Очищенный р-р имеет кислую реакцию. При движ-и ч/катионит р-ра, содер. смесь катионов, т.к Na, Ca, Mg, и т.д происх. формир-е в его слое фронтов сорбции каждого катиона и неодновременное начало проскока их в фильтрат. Очистку заканчивают при появлении в фильтрате основ. извлек. или контролир. иона.

Аниониты–иониты с закрепл. на матрице катионами или катионообм. группами, обменив. с внеш.средой анионами. Если анионит наход-лся в гидроксильной ОH – - форме, то на очистку от анионов подается р-р после контактирования с катионитом в Н+ - форме, имеющий кислую реакцию.В этом случае извлек. все наход. в р-ре анионы. Очищ. раствор имеет нейтральную реакцию. При пропуск. через анионит раствора, содерж. смесь анионов, таких как Cl, SO4 , PO4 , NO3 , происх. формир-е в его слое фронтов сорбции каждого иона и неодновременное начало проскока их в фильтрат. Очистка воды заканчивается при появлении в фильтрате извлекаемого иона.

Амфолиты содержат закрепл. катионообменные и анионообменные группы, и в опред. усл-ях выступ. либо как катионит, либо как анионит. Испол. для переработки технолог. растворов.

Селективные иониты содержат спец. подобранные ионогенные группы, имеющие высокое сродство к к-то одному или к группе ионов. М. использоваться для очистки воды от определенных ионов, #, бора, тяжелых металлов или от радионуклидов.

Основ. харак-ми ионитов явл:

• обменная емкость;

• селективность;

• мех.прочность;

• осмотич.стабильность;

• хим.стабильность;

• t-я устойчивость;

• гранулометрический (фракционный) состав.

Важнейшее свойство ионитов – поглотит. способность, так назыв. обменная ёмкость. Её выражают максим. числом мг-экв ионов, поглощаемых ед. массы или объёма ионита в усл-ях равновесия с р-ром электролита (статическая обменная ёмкость) или в усл-ях фильтрации р-ра ч/слой ионита до «проскока» ионов в фильтрат (динамич. обменная ёмкость). Значения обменной ёмкости больш-ва ионитов лежат в пределах 2—10 мг-экв/г. Динамич. (рабочая) обменная ёмкость всегда меньше статической.

13. Характеристики и области применения процессов баромембранного разделения загрязненных жидкостей. Механизмы гипер- и ультрафильтрационного разделения. Принципиальная технологическая схема очистки вод мембранным способом.

Баромембранные процессы (обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация) обуслов. градиентом давления по толщине мембран, в осн. полимерных, и испол-ются д/разделения р-ров и коллоидных систем при 5-30 °С. Первые 2 пр-са принцип. отл. от обычного фильтр-я. Если при нем продукт откладыв. в виде кристаллич. или аморфного осадка на пов-сти фильтра, то при обратн. осмосе и ультрафильтрации образ. 2 р-ра, один из к-рых обогащен раствор. в-вом. В этих пр-сах накопл. данного в-ва у пов-ти мембраны недопустимо, т.к. приводит к сниж. селектив-ти и прониц-ти мембраны. Обратн. осмос (гиперфильтрация)- раздел-е р-ров низкомол. соед-й благодаря разл. подвижности компонентов в порах мембран.

В случае самопроиз. перехода р-рителя че/мембрану в р-р (рис. 1,a) давление, при кот наступает равновесие (рис. 1, б), наз. осмотическим. Если со стороны р-ра приложить давление, превышающее осмотическое (рис. 1,в), р-ритель будет переноситься в обратном направлении. Поскольку мембраны обычно не обладают идеальной прониц., наблюд. некот. проникание ч/них раствор. в-ва.

Ультрафильтрация- процесс разделения жидких сред, путём продавливания их через полупроницаемую перегородку- мембрану, явл. третьей средой. Механизм разделения при ультрафильтрации в основном ситовый. Влияние взаимод-я м/у материалом мембраны и компонентами разделяемой смеси незначительно. Обычно, в установках ультрафильтр-ии исполются мембраны с размером пор около 0.02 микрон. Установки ультрафильтрации очищают воду от частиц, бактерий и вирусов, размеры кот превышают размеры пор мембраны. Системы микрофильтрации удаляют из воды лишь небольшое кол-во вирусов, не обеспечивая, т.о, эфф. вирусный барьер.