ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ

Ноябрь 2nd, 2012 admin

К главным свойствам ионитов, определяющим их качество как сорбентов, относятся емкость, кислотно-основные характеристики, се­лективность, набухаемость, хим стойкость, механиче­ская крепкость.

Емкость охарактеризовывает количественную способность иопита обменивать противоионы. Емкость определяется числом ионо­генных групп в ионите и потому на теоретическом уровне должна быть неизменной величиной. Но фактически она находится ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ в зависимости от ряда критерий. Различают статическую обменную емкость (СОЕ) и динамическую обменную емкость (ДОЕ). Статиче­ская обменная емкость — полная емкость, характеризующая полное количество ионогенных групп (в миллиэквивалентах),
приходящихся на единицу массы воздушно-сухого ионита либо на единицу объема набухшего ионита. Природные иониты име­ют маленькую статическую ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ обменную емкость, не превышаю­щую 0,2—0,3 мэкв/г. Для синтетических ионообменных смол она находится в границах 3—5 мэкв/г, а время от времени добивается 10,0 мэкв/г, к примеру, статическая обменная емкость аниони — та АВ-16 составляет 9,8—10,5 мэкв/г. Динамическая, либо ра­бочая, обменная емкость относится только к той части ионо­генных групп, которые участвуют ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ в ионном обмене, протекаю­щем в технологических критериях, к примеру, в ионообменной колонке при определенной относительной скорости движения ионита и раствора. Динамическая емкость находится в зависимости от скорости движения, размеров колонки и других причин и всегда мень­ше статической обменной емкости.

Для определения статической обменной емкости ионитов ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ используют разные способы. Все эти способы сводятся к на­сыщению ионита любым ионом, потом вытеснению его дру­гим ионом и анализу первого в растворе. К примеру, катионит комфортно стопроцентно перевести в Н+-форму (противоионами явля­ются ионы водорода), потом помыть его веществом хлорида натрия и приобретенный кислый раствор оттитровать веществом щелочи ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ. Емкость равна отношению количества перешедшей в раствор кислоты к навеске ионита.

Можно провести и прямое титрование ионита. КатионитвН -форме выступает в роли кислоты, а анионит в ОН~-фор — ме — в роли основания. При прямом титровании получают кри­вые титрования, характеризующие кислотно-основные свойст­ва ионитов. Как видно из рис ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ. 111.24, кривые титрования иони­тов подобны кривым титрования сильных (кривая /) и сла­бых (кривая 2) кислот либо оснований. Кривая для полифунк-

На титрование Рис. Ш.24. Кривые титрования ионитов:

/ — сильнокислотный (либо сильноосновный) ионит. 2 -•■ слабокислотный (либо слабооснов — ньій) ионит; .4 — нолифункциональный ионит

Рис. 111.25. Определение динамической емкости ионитов:

І концентрация адсорбирующегося иона в ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ растворе, выходящем из колонки; I — обт,- см раствора, выходящего Иі колонки
ционального иоиита (кривая 3) имеет два перегиба, соответст­вующих очень и слабо выраженным кислотно-основным свой­ствам многофункциональных групп.

По кислотно-основным свойствам иониты делят на следую­щие группы: 1) сильнокислотные катиопиты (—S03H), 2) сла­бокислотные катиониты (—ОН, —СООН, —SiOH), 3) слабо­основные аниониты (—NH ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ2, =NH, =N), 4) силыюосновные

Аниониты [—N(CH3)3C1~]. 5) полифункциональиые иониты, в том числе амфолиты (амфотерные). Кислотно-основные свой­ства ионитов, как и растворимых электролитов, характеризу­ются константой кислотно-основного равновесия (константой диссоциации). К примеру, для катионита константа кислотной диссоциации равна

Кл>к — _ ‘ (111.146)

(RH)

Где RH и R-—активности недиссоциированиых и диссоциированных ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ функ­циональных групп в ионите соответственно (заместо активностей нередко ис­пользуют концентрации); Н^ — активность ионов водорода в растворе.

Из кривых титрования (см. рис. 111.24) видно, что емкость ионитов, владеющих сильными кислотно-основными свойства­ми в широкой области рН, не находится в зависимости от рН раствора. У сла­бокислотных ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ катионитов наибольшая емкость достигается только при больших значениях рН, а у слабоосновных — толь­ко при низких значениях рН.

Для определения константы диссоциации слабокислотных ионитов и построения нужных зависимостей нередко ис­пользуют уравнение Гендерсона — Гассельбаха, которое полу­чается при логарифмировании уравнения (111.146) и использо­вании степени диссоциации ос, т. е. [R]/[RH ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ]�i> =Aj (1—а) :

РЛ’днс — рН — f — (I II. 147)

К примеру, при 50%-ном насыщении ионами Na+ а = 0,5 и р/Сдис = рН0.5, т. е. рН раствора при степени наполнения иони — та, равной 0,5. Более четкие значения констант диссоциации получают при построении зависимостей lg[a/(l—а)]—>-рН при различных значениях ионной ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ силы раствора и следующей экст­раполяцией приобретенных значений констант на нулевую ионную силу либо изоэлектрическую точку.

Определение динамической емкости проводят последующим образом. Колонку заполняют определенным количеством ионита, стопроцентно переведенного, к примеру, в Ыа+-форму, за­тем пропускают через колонку хлороводородную кислоту (ноны Н+) и определяют ее содержание в растворе, выходя­щем ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ из колонки (рис. 111.25). В первых порциях выходящего раствора концентрация кислоты (ионов Н+) равна нулю. В порции, соответственной точке Е обнаруживаются ионы водорода (проскок). В следующих порциях раствора их кон­центрация безпрерывно увеличивается и добивается значения, рав­ного концентрации кислоты в начальном растворе. Количество поглощенных ионитом ионов водорода определяется ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ площадью ABDE. Разделив это количество на массу смолы, получают ста­тическую обменную емкость. Динамическую емкость (емкость до проскока) определяют по площади четырехугольника АБСЕ. Ход кривой AED, а как следует, динамическая емкость за­висит от скорости пропускания раствора через колонку.

Свойственное свойство ионитов — набухаемость при контак­те сухого ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ ионита с веществом. В особенности очень набухают син­тетические ионообменные смолы. Основная причина набуха­ния ионитов в воде связана с наличием гидрофильных функ­циональных групп. Умеренное набухание ионитов является положительным фактором, содействующим функционированию ионогенных групп, находящихся снутри зерна ионита. Количе­ственной чертой набухания служит степень набуха­ния, которая определяется отношением разности ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ объемов на­бухшего и сухого ионита к массе сухого ионита. Набуханию препятствуют силы упругости трехмерной структурной сетки (матрицы), которые вырастают с повышением степени сшивки по­лимера (т. е. с повышением количества вводимого при синте­зе мостикообразователя). Набуханию содействуют большая обменная емкость, гидратация противоионов и разбавление раствора (повышение термодинамической активности ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ раство­рителя). Неорганические иониты набухают очень слабо и удер­живают растворитель в полостях кристаллической структуры.

Набухаемость конкретно связана с кинетическими чертами ионитов, в особенности органических. Набухание наращивает скорость ионного обмена. При анализе кинетики процесса ионного обмена обычно рассматривают 5 его ста­дий с учетом обоюдной диффузии противоионов: 1) диффузия ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ адсорбирующихся ионов из раствора к поверхности ионита, 2) диффузия снутри зерна ионита, 3) обмен ионов, 4) диффу­зия замещенных ионов к поверхности ионита, 5) диффузия их от поверхности ионита в раствор. Более неспешная ста­дия— диффузия снутри зернышек ионита, она и определяет, глав­ным образом, скорость ионного обмена. Диффузия в растворе может быть ускорена, к ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ примеру, при помощи смешивания. Скорость диффузии снутри зерна может быть увеличена, если уменьшить его размеры и повысить температуру. Для увеличе­ния скорости ионного обмена уменьшают степень сшивки по­лимера при его синтезе (возрастает набухание) и присваивают ионитам макропористую структуру методом введения при синте­зе растворителей, которые потом убирают ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ из образовавшихся Пор вымыванием либо нагреванием. Зависимо от природы ионитов и обменивающихся ионов, также от их концентрации время установления ионообменного равновесия колеблется от нескольких минут до нескольких суток.

Необходимыми чертами ионитов являются их химиче­ская стойкость и механическая устойчивость. Фактически важ­ное значение имеет стойкость к кислотам, щелочам ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ и окисли­телям, под действием которых может разрушаться структура ионита. Хим стойкость оценивается по потере обменной емкости. Как ранее говорилось, из ионообменных смол наименее химически стойки поликонденсационные смолы. Еще наименее стойки к кислотам и щелочам неорганические иониты. Совместно с тем они владеют, к примеру, большой радиационной устой­чивостью. Механическую крепкость ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНИТОВ ионитов определяют по из­менению фракционного состава после определенного числа циклов адсорбции — десорбции либо после встряхивания на вибрационном аппарате.


osnovnie-funkcii-naibolee-rasprostranennih-antivirusov.html
osnovnie-funkcii-operacionnih-sistem.html
osnovnie-funkcii-pitaniya.html