Ионная смола. Ионообменная смола для умягчения воды

В этой статье мы рассмотрим почему и как применяются ионообменные смолы для умягчения воды. Купить ионообменные смолы можно на нашем сайте, достаточно пройти по ссылке. Теоретически разработаны и применяются практически следующие методы умягчения:

* термический метод. (кипячение, дистилляция или замораживании-размораживании)

* реагентный. (ионы кальция (II) и магния (II) деактивируются и связываются различными химическими реагентами в труднорастворимый осадок

* ионный обмен. (фильтрация водных растворов через ионообменные материалы, при котором происходит замена ионов Na (I) или Н (I) в ионите (катионит, анионит или сульфоуголь) на ионы водного раствора кальция (Са II) и магния (Mg II)

* комбинация различных методов.

Выбор метода умягчения определяется качеством воды, задаваемой степенью очистки, техническим потенциалом установки и технико-экономическим обоснованием выбора методики водоочистки.

История открытия и разработки метода ионного обмена был рассмотрен в .

Ионообменные смолы номализуют жесткость воды

Сразу нужно определиться какой параметр воды в теории водоподготовки в данном случае нас интересует прежде всего. Очевидно это ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ . Жесткость воды как параметр, а также другие - как цветность и нормальность . Здесь мы будем понимать под жесткостью то количество миллиграмм-эквивалентов ионов кальция Са2+ или магния Mg2+, которое содержится в 1 литре воды.

Как определить жесткая вода или мягкая без абстрактных цифр? Скажем так: единица жесткости - 1 мг/экв/л эквивалентна 20,03 мг кальция Са2+ или 12,15 мг магния Mg2+. Количественное содержание солей жесткости в мг в водном растворе теперь можно измерить и посчитать. По количественному содержанию соответственно по жесткости разделяем:

* очень мягкая вода (0–1,5 мг/экв/л)

* мягкая вода (1,5–3 мг/экв/л)

* вода со средней жесткостью (3–6 мг/экв/л)

* жесткая (6–9 мг/экв/л)

* очень жесткая (более 9 мг/экв/л).

Последняя даже не вода, а скорее рассол. Лучшими органолептическими свойствами обладает с показателями жесткости от 1,65 до 2,90 мг/экв/л, но требования СанПиН 2.1.4.1116–02 регламентируют жесткость как полноценной и физиологической с показателями от 1,6 до 6,9 мг/экв/л. Тут нужно пресечь спекуляции, что чем мягче вода, тем она полезнее для организма. Совсем не так. Если употреблять исключетильно деминерализованную воду, например, полученную с помощью , то можно заработать неустранимые проблемы со здоровьем, это связано с дефицитом магния и кальция.

Однако, при существенной минерализации (жесткость от 4,5 мг/экв/л) вода начинает приносить вред не организму человека, а его окружению, так или иначе связанному с водоснабжением. Накипь в чайнике, утюге, стиральной машине, водонагревательных приборах - вот неполный список устройств, подверженных вредному воздействию солей жесткости в водоснабжении.

Нормальным умягчением, на которое настроено подавляющее количество данных водоподготовительных систем - это нормализация жесткости на уровне 1,0–1,6 мг/экв/л. Ну а что с экстримально мягкой водой, с показателем ниже 0,5 мг/экв/л? Британские ученые доказали, что такая вода является активной и способной вымывать отложения в трубах систем водоснабжения, правда это может повлечь появление неприятного цвета и запаха воды.

Принцип умягчения воды ионообменными смолами

Умягчение воды или ее деминерализация с помощью ионообменных материалов основана на ионном обмене . Принцип состоит в возможности ионообменных засыпок для фильтров (катионитов и анионитов) улавливать из воды ионы в обмен на соответствующее количество ионов катионита или анионита. Ионообменная смола будь то катионит или анионит характеризуется показателем обменной емкости. Это характеризуется определенным количеством или положительных или отрицательных ионов, которые ионит может обменять с водным раствором в фильтроцикле. Обменную емкость ионитов измеряют в грамм-эквивалентах задержанных ионов на 1 метр кубический. Ионит при этом находится в набухшем состоянии после отмокания в воде. В этом состоянии ионит засыпан в фильтре. Стоит различать полную и рабочую обменную емкость ионообменной смолы.

Полная обменная емкость - количество ионов солей жесткости, которое может задержать 1 куб. метр ионообменной смолы, находящегося в набухшем - рабочем состоянии, вплоть до того момента, когда жесткость отфильтрованой (исходящей) воды сравнивается с жесткостью входящей в фильтр воды. Рабочей обменной емкостью ионитов называют то количество ионов жесткости, которое задерживает 1 куб. метр ионообменной смолы до момента «проскока» в фильтрованной воде ионов солей жесткости. Обменную емкость, соотнесенную к полному объему ионита в фильтре обычно называют емкостью поглощения.

В объем фильтра засыпается ионообменная смола. Это или . Отличие этих смол заключается в "знаке" обмениваемых ионов при водоподготовке. Катионит обменивается положительными ионами. Анионит обменивается отрицательными ионами. По временном снижении рабочей обменной способности ионита его подвергают процессу регенерации. Этот можно сравнить с аккумулятором телефона. При снижении заряда он требует подзарядки. Эта подзарядка ионообменной смолы и называется регенерацией. Но это проходит не от электрической розетки, а с помощью растворов солей или кислот, которые возвращают иониты в первоначальное состояние. Восстановление обменной емкости катионита как правило происходит пропуском 8% раствора поваренной соли через фильтрующий слой.

Но емкость аккумулятора не бесконечна. Ионит тоже рассчитан на определенное количество циклов регенерации. После этого ионообменная смола подлежит замене в фильтре и процесс водоподготовки - регенерации начинается снова.

*** Вы всегда можете купить ионообменные смолы для умягчения воды.

На сайте производителя заказать смолу для фильтров, получить рекомендации по применению в водоподготовке для коттеджа и в промышленности. Получить больше технической информации по самому популярной ионообменной смоле можно на нашем сайте.

Смола для фильтров - это ионообменная смола, которая представляет собой небольшие правильные гранулы круглой формы примерно 1 мм в диаметре. Смола для фильтров делится на пищевую и непищевую . Пищевая применяется в водоподготовке, как понятно из названия, для приготовления пищи и других личных целей, где необходима чистая вода. Непищевая - для подпиточной воды в бойлерах , котельных , там, где требования к воде ниже, там где единственным требованием выступает относительная мягкость воды для предотвращения образования отложений накипи на теплопередающих поверхностях. Уникальным применением смолы для фильтров является процесс получения эксклюзива - это . Основное назначение смолы для фильтров является умягчение воды до заданных значений . В фильтр с ионообменной смолой подается жесткая вода, с невысоким содержанием железа и на выходе из фильтра получается умягченная вода. Этот процесс получения мягкой воды называется умягчением.

Ионообменные смолы делятся на катиониты и аниониты по знаку улавливаемых ионов. дано описание и раскрыт принцип действия самой распространенной смолы для фильтров - катионита. Анионит в принципе похож и по внешнему виду и по принципу действия, только меняется знак улавливаемых ионов на противоположный. - это не одноразовый продукт. Есть ресурс по емкости и ресурс по количеству циклов перезарядки (регенерации). При заполнении поверхности ионообменной смолы ионами солей жесткости необходимо избавиться от них - провести регенерацию раствором обычной нейодированной поваренной соли. И все, смола вновь готова к работе.

Перед покупкой смолы для фильтров необходимо определиться с анализами воды и показателями, которые Вас не устраивают. Для этого нужно сделать отбор пробы воды как . Заказать анализ воды по основным показателям можно на нашем сайте сайт через форму обратной связи, или написав нам e-mail: [email protected] , привезти образец воды в наш офис и через день будет готов результат.

Наиболее распространенные варианты:

катионит КУ-2-8
катионит КУ-2-8чС

Отличие как описывалось выше в предназначении. КУ-2-8 - для технической воды и КУ-2-8чС - для питьевой воды . Оба вида катионита выпускаются по ГОСТ 20298-74 и проходят двойной анализ качества. на промежуточном и конечном цикле производства. В производстве данных катионитов исключены высокотоксичные реактивы.

Цены на смолу для фильтров на рынке могут быть совершенно заоблачными, если речь идет об импортной продукции.

Катиониты пищевого класса европейского производства начинаются от 8.000 рублей за 25 литровую упаковку. Цена на смолу для фильтров китайского производства немного ниже и оцениваются от 5.000 рублей за мешок в 25 литров. И те и другие не ГОСТированы, о чем тщательно умалчивают маркетологи.

При практически одинаковых характеристиках такой весомый разброс цен . Сводная таблица основных характеристик смол для фильтров будет размещена под этой ссылкой позже .

На нашем сайте можно заказать:

пищевого класса КУ-2-8чС по ГОСТ 20298-74 по цене 2.980 рублей за упаковку в 25 литров.
Купить катионит КУ-2-8 (непищевого класса) по ГОСТ 20298-74 стоит еще дешевле - 2.180 рублей (25 литров).

В 2015 году на базе производственной компании ООО "Смолы" создано подразделение сервисной службы . Основной вид деятельности которой заключается в поддержке и консультации по производимой продукции.

Мы можем помочь Вам в обслуживании фильтра со смолой, провести сервисное обслуживание и замену смолы исходя из экономической целесообразностью.

Cвязаться с сервисом можно по электронной почте: [email protected] или через форму обратной связи на нашем сайте.

Ионный обмен – процесс обмена между теми ионами, которые находится в растворе, и ионами, находящимися на поверхностях твердой фазы материалов (ионитов). Сущность метода ионообменной очистки воды определяется областью его применения.

Самым эффективным способом водоподготовки и умягчения воды сегодня считается именно ионный обмен. Данная методика широко применяется и в промышленности, и в быту. Жесткость воде придают растворенные в ней соли магния и кальция, а ионный обмен регулирует их содержание и, соответственно, нормализует состав. В итоге минеральные соли жесткости заменяются на другие химические структуры, и вода сохраняет нужные свойства. Для проведения водоподготовки путем ионного обмена используются специальные фильтрующие устройства – сначала их заполняют ионитами, а потом запускают воду.

Вода просачивается сквозь ионообменный материал, в результате чего в ней большая часть ионов электролитов заменяется на иониты, изменяется химическая структура и жидкости, и реагента, уходит жесткость. В отличие от аэрации, ионная очистка не приводит к выпадению солей жесткости в осадок, а значит, устанавливать дополнительные фильтрующие устройства не требуется.

Принципы и технология работы ионных умягчителей

Самый популярный химический реагент, используемый для водоподготовки ионным способом – это специальная смола. Она представляет собой твердое вещество неорганического происхождения с пористой структурой. В состав смолы входят различные функциональные добавки, которые и отвечают за протекание реакций ионного обмена. Форма выпуска – гранулы разных размеров (они являются произвольными). Если смола была получена в ходе полимеризации, она будет шаровидной, а если путем поликонденсации, то неправильной формы. При взаимодействии с водой смола набухает.

Смола в процессе замены ионов солей жесткости постепенно утрачивает первоначальный состав, рабочие характеристики в ходе эксплуатации безвозвратно изменяются. Чтобы восстановить работоспособность реагента, обычно используется раствор обычной поваренной соли, реже, но тоже может применяться лимонная кислота. Учтите, что восстановление солью не вернет смоле все первоначальные качества, поэтому со временем ионные фильтры меняют. Если все делать правильно и регулярно очищать вещество, оно прослужит вам около трех лет.

Ионообменный метод очистки воды: плюсы и минусы

К очистке ионообменным способом обычно прибегают в том случае, если нужно подготовить воду с высокой минерализацией – то есть около 100-200 мг солей на один литр. Ионообменные умягчители могут эффективно работать с очень высоким уровнем жесткости. Есть у них минусы? Да, как и у любых других систем, поэтому давайте рассмотрим преимущества и недостатки ионообменной технологии водоподготовки более подробно.

Достоинства:

Очень высокое качество очистки и умягчения воды.
Снижение содержания в жидкости не только солей жесткости, но и других вредных веществ.
Простота эксплуатации и обслуживания.

Недостатки:

Высокие расходы на восстановление химических реагентов.
Необходимость правильной утилизации использованных реагентов.
Низкий показатель гидрофильности смолы.

Впрочем, в передовых системах все минусы являются практически незаметными – расход реагентов в них медленный, а за счет специальных катализаторов процесс обработки воды возрастает в разы.

Технология умягчения воды с помощью ионов: необходимое для работы оборудование

Технические особенности оборудования и его стоимость определяются с учетом сферы применения – фильтры для стоков бывают очень габаритными, в то время как бытовые устройства максимально компактные и малошумные. Минимальный ценник на домашнюю систему подготовки воды составляет 300 долларов. Основные форм-факторы:

Маленькие стационарные устройства со сменными картриджами.
Ионообменные колонны – габаритные устройства, которые подключаются непосредственно к водопроводу.

Бытовая система ионного обмена оснащается несколькими баллонами и насосом. Фильтры колонного типа состоят из:

рабочей емкости – имеет вид герметичного бака или баллона, заполненного ионообменной смолой.
клапана с электронным процессором, управляющим подачей воды.
емкости для восстановительного материала – имеет вид бака, куда засыпается соль.

Работа умягчителей является полностью автоматизированной – процессор подает воду в колонну, та попадает в ионообменную среду и отдает смоле ионы солей жесткости, после чего очищенная вода через шланг вывода подается к устройствам водопотребления. Когда реагент истощается, устройство направляет немного жидкости в специальный бак, и после насыщения соляным раствором она снова возвращается в смоле. Циркуляция продолжается до тех пор, пока система не будет восстановлена. В принципе бытовые и промышленные системы между собой различаются только размерами рабочих емкостей и типами используемых реагентов – принцип действия у них один.

Очистка воды методом ионного обмена и правила восстановления смолы

В фильтрационных установках с картриджами восстановление смолы осуществляется строго вручную. Порядок действий:

Для начала нужно перекрыть подачу воды в фильтр, а затем сбросить внутреннее давление.
Достаньте картридж со смолой и промойте его под проточной водой.
Высыпьте смолу в отдельную посудину и покройте соляным раствором (если картридж разбирается) или опустите в раствор картридж целиком. Раствор готовьте из расчета 100 г соли на литр воды, воды нужно в среднем 2-4 л.
Оставьте смолу в растворе примерно на 6-8 часов, затем слейте раствор и промойте смолу предварительно отфильтрованной чистой водой 2-3 раза.
Установите картридж в исходное положение.

В первых литрах воды, пропущенных через только что очищенный фильтр, может ощущаться легкий вкус соли – это нормально.

Умягчение воды катионированием

Кроме ионной водоподготовки, процесс умягчения воды часто называется как катионирование. Под катионированием подразумевается процесс обработки жидкости с применением методики ионного обмена, в результате чего происходят процессы катионного обмена. С учетом типа ионов (Н+ или Na+), которые находятся объеме катионита, выделяют два вида катионирования – Н и Na.

Натрий-катионитовый метод

Натрий-катионитовый метод применяется для умягчения воды с процентным содержанием взвешенных веществ до 8 мг/л и цветностью воды не больше 30 град. снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, а при двухступенчатом до 0,01 мг-экв/л. Преимущества способа – доступность, низкая цена, простая утилизация продуктов регенерации.

Водород-катионитовый метод

Водород-катионитовый метод используется для глубокого умягчения воды. Он основывается на фильтровании жидкости через слой катионита. При Н-катионировании рН фильтрата снижается в значительной мере, происходит это за счет образующихся в ходе процесса кислот. Углекислый газ уделяется дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае производится 4 – 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4).

Другие физико-химические методы очистки воды

Все физико-химические способы очистки воды направлены на удаление растворенных в ней примесей, а в ряде случаев и взвешенных частиц. Многие методики физико-химической очистки также требуют глубокого предварительного выделения из стоков взвешенных включений, для чего применяется процесс коагуляции. Основные методики физико-химической очистки воды:

сорбция;
и ионообменная очистка;
нейтрализация;
гиперфильтрация;
экстракция;
эвапорация;
выпаривание, испарение, кристаллизация.

При этом самым востребованным способом является именно метод флотации, направленный на извлечение из водных масс нефтепродуктов и других гидрофобных частиц с помощью газовых пузырьков. В основе процесса очистки лежит молекулярное слипание частичек масла и пузырьков тонкодиспергированного газа. Образование пузырьков зависит от интенсивности их столкновения, а также химического взаимодействия веществ в воде, избыточного давления газа, прочих факторов.

Почему полезно умягчать воду методом ионного обмена? Перспективы применения метода

Ионный обмен – это, пожалуй, одна из самых популярных сегодня методик умягчения, опреснения и обессоливания воды, а также практичный способ рекуперации ионных компонентов. Он позволяет извлекать, а затем утилизировать ценные примеси, поэтому широко применяется в промышленности, аналитической химии. Посредством ионного обмена концентрируются следовые количества определяемых веществ, рассчитывается суммарное солесодержание растворов, удаляются мешающие анализу ионы, разделяют компоненты сложных смесей. Ионный обмен используется для получения обессоленной и умягченной воды в таких отраслях как цветная металлургия, электронная промышленность, атомная и тепловая энергетика, пищевая отрасль, очистка сточных вод, пр. Ведутся активные работы, направленные на создание станций для извлечения ценных компонентов из океанских глубин.

Синтетические высокомолекулярные (полимерные) органические иониты - высокомолекулярные синтетические соединения с трехмерной гелевой и макропористой структурой, которые содержат функциональные группы кислотного характера, способные к реакциям ионного обмена. Ионообменная смола представляет собой скопление достаточно мелких шариков, именуемых для простоты "смолой". Внешне такая смола может напоминать рыбью икру. Однако, эта "икра" обладает уникальными свойствами. Шарики смолы способны улавливать из воды ионы различных веществ и "впитывать" их в себя, отдавая взамен "запасенные" ранее ионы. Таким образом осуществляется ионный обмен - отсюда и обобщающее название этих смол - "ионообменные" или более по научному "иониты".

Свойства

Ионообменные смолы представляют собой твёрдые полимеры, нерастворимые, ограниченно набухающие в растворах электролитов и органических растворителях. Они способны к ионному обмену в водных и водноорганических растворах.

Макропористые смолы гетерогенны; их частицы имеют губчатую структуру, т. е. пронизаны системой сквозных пор, средний диаметр которых намного превышает размеры молекул растворителя и обменивающихся ионов. Раствор электролита свободно проникает по порам внутрь частиц таких ионообменных смол, что значительно облегчает ионный обмен, особенно в неводных средах.

Ионообменные смолы можно рассматривать как нерастворимые полиэлектролиты. Поливалентный (многозарядный) ион, образующий структурный каркас ионообменной смолы , практически неподвижен из-за огромной молекулярной массы. Этот ион-каркас, или ион-сетка, связывает малые подвижные ионы противоположного знака (противоионы), которые способны к эквивалентному обмену на ионы окружающего раствора. Средний размер частиц таких ионообменных смол составляет 0,2-2,0 мм , насыпная масса 0,5-0,9 т /м 3 .

Некоторые типы ионитов обладают способностью вступать в реакции комплексообразования, окисления-восстановления, а также способностью к физической сорбции ряда соединений.

Важнейшим показателем ионообменных смол является влажность, так как в силу гидрофильности функциональных групп ионообменных смол влага, содержащаяся в смоле, является "химически связанной". Причем специальное удаление этой влаги приведет при последующем использовании смолы только к физическому разрушению гранул. "Внешняя" же влага, не связанная химически с функциональной группой смолы, как правило, удаляется перед упаковкой или с помощью центрофугирования или фильтрования.

Следующей важной характеристикой ионообменных смол является ионообменная емкость - весовая, объемная и рабочая .

Весовая и объемная емкости являются стандартными показателями, определяются в лабораторных условиях по стандартным методикам и указываются в паспортных данных на готовую продукцию.

В то же время, рабочая ионообменная емкость не может быть измерена в лабораторных условиях, так как зависит от геометрических размеров слоя смолы и от конкретных характеристик обрабатываемых растворов (уровня регенерации, скорости потоков, концентрации растворенных веществ, требуемых показателей качества обрабатываемого раствора, точного размера частиц).

Классификация

В соответствии с общей классификацией ионитов ионообменные смолы делят на катионообменные (поликислоты), анионообменные (полиоснования) и амфотерные, или биполярные (полиамфолиты). Катионообменные смолы бывают сильно- и слабокислотные, анионообменные - сильно- и слабоосновные. Если носителями электрических зарядов молекулярного каркаса ионообменной смолы являются фиксированные ионы (функциональные, или ионогенные, группы) только одного типа, например сульфогруппы, то такие ионообменные смолы называются монофункциональными. Если же смолы содержат разнотипные ионогенные группы, они называются полифункциональными. По структурному признаку различают микропористые, или гелевидные, и макропористые ионообменные смолы . Частицы гелевидных смол гомогенны; ионный обмен в системе гелевидная смола - раствор электролита возможен лишь благодаря диффузии обменивающихся ионов сквозь молекулярную сетку набухшего ионита.

Иониты имеют гелевую, макропористую и промежуточную структуру.

Гелевые иониты лишены истинной пористости и способны к ионному обмену только в набухшем состоянии.

Макропористые иониты обладают развитой поверхностью из-за наличия пор и поэтому способны к ионному обмену как в набухшем, так и в ненабухшем состоянии.

Гелевые иониты характеризуются большей обменной емкостью, чем макропористые , но уступают им по осмотической стабильности, химической и термической стойкости.

Иониты представлены анионитами - материалами, способными к обмену анионов, и катионитами - материалами, обменивающими катионы.

Ионообменные смолы относятся к следующим классам:

Катионнообменные смолы (катиониты) - содержат кислотные группы
Анионообменные смолы (аниониты) - содержат основные группы
Амфотерные ионообменные смолы - содержат одновременно и кислотные, и основные группы
Селективные ионообменные смолы - содержат комплексообразующие группы
Окислительно-восстановительные смолы - содержат функциональные группы, способные к изменению зарядов ионов

АНИОНИТЫ подразделяются на:

сильноосновные , способные к обмену анионов любой степени диссоциации в растворах при любых значениях рН;
слабоосновные , способные к обмену анионов из растворов кислот при рН 1-6;
промежуточной и смешанной активности .

КАТИОНИТЫ подразделяются на:

сильнокислотные , обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН;
слабокислотные , способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.

Кроме того, ионообменные смолы могут содержать группы различных классов, относясь к полифункциональным смолам.

По структуре матрицы ионообменные смолы делятся на:

гелевые - микропоры имеют молекулярные размеры. Они представляют собой гомогенные поперечносвязанные полимеры. Фиксированные ионы равномерно распределены по всему объему полимера. Гелевые ионообменные смолы обладают высокой обменной емкостью, однако характеризуются невысокой скоростью обмена
макропористые - размеры пор смолы имеют размеры в десятки нанометров. Имеют фиксированную систему пор и каналов, определяемую условиями синтеза. Обменная ёмкость таких смол меньше, чем гелевых при высокой скорости обмена

Методы получения ионообменных смол

Получают ионообменные смолы полимеризацией, поликонденсацией или путём полимераналогичных превращений, так называемой химической обработкой полимера, не обладавшего до этого свойствами ионита. Среди промышленных ионообменных смол широкое распространение получили смолы на основе сополимеров стирола и дивинилбензола. В их числе сильнокислотные катиониты, сильно- и слабоосновные аниониты. Основным сырьём для промышленного синтеза слабокислотных катионообменных смол служат акриловая и метакриловая кислоты и их эфиры. В больших количествах производят также ионообменные смолы на основе феноло-альдегидных полимеров, полиаминов и др. Направленный синтез ионообменных смол позволяет создавать материалы с заданными технологическими характеристиками.

Как правило, ионообменные смолы получают методами полимеризации или полимераналогичных превращений.

Для получения ионообменных смол методом полимеризации используют мономеры, содержащие ионогенные группы. В случае полимераналогичных превращений ионогенные группы вводятся в инертный полимер.

Возможен синтез ионообменных смол способом поликонденсации, однако эти ионообменные смолы имеют менее однородную структуру, меньшую осмотическую стабильность и химическую стойкость.

Чаще всего используются сетчатые полимеры. Их получают суспензионной полимеризацией стирола, производных акриловой кислоты, винилпиридинов с диенами.

Как правило, иониты выпускаются в солевых (натриевая, хлористая) или смешанно-солевых формах (натрий-водородная, гидроксильно-хлоридная). Кроме того, выпускаются иониты, практически полностью переведенные в рабочую форму (водородную, гидроксильную и др.). Выпускаются также готовые смеси ионитов для использования в фильтрах смешанного действия.

Применение

Ионообменные смолы применяются в водоочистке с 60-х годов XX века, но особенное распространение получили в конце 80-х - в 90-х годах.

Ионообменные смолы используют для обессоливания воды, извлечения и разделения редких элементов, очистки продуктов органического и неорганического синтеза и др.

Ионообменные смолы в основном применяются:

для умягчения и обессоливания воды в теплоэнергетике и других отраслях;
для разделения и выделения цветных и редких металлов в гидрометаллургии;
при очистке возвратных и сточных вод;
для регенерации отходов гальванотехники и металлообработки;
для разделения и очистки различных веществ в химической промышленности;
в качестве катализатора для органического синтеза.

Ионообменные смолы используются в котельных, теплоэлектростанциях, атомных станциях, пищевой промышленности (при производстве сахара, алкогольных, слабоалкогольных и других напитков, пива, бутилированной воды), фармацевтической промышленности и других отраслях.

Ионообменные смолы представляют собой мелкие полупрозрачные гранулы сферической формы. Цвет гранул смолы как правило зависит от состава смолы: так, например, сильнокислотные катионообменные смолы обладают ярко-желтым или коричневым цветом, в то время как слабоосновные аниониты представляют собой белые непрозрачные гранулы.Основная сфера применения ионообменных смол - удаление жесткости в установках водоподготовки для энергетических предприятий. Ионный обмен основан на удалении из воды, пропускаемой через слой смолы, ионов, которые замещают находящиеся на активных группах смолы катиона натрия, протоны или гидроксильные группы.

Смолы различаются как по принципу действия (катионообменные, анионообменные), так и по своей структуре (гелевые, макропористые). Выбор для конкретного процесса той или иной смолы определяется характером удаляемой из воды примеси.

Классификация ионообменных смол

1. По составу. Различают аниониты и катиониты. Как и следует из названий, катиониты имеют в качестве функциональной группы катионную, аниониты - анионную. Соответственно, катиониты обменивают (и извлекают из воды) катионы, аниониты - анионы.

2. По типу и силе функциональных групп и степени смолы подразделяются на:

Сильнокислотные катионообменные смолы - используются для умягчения воды и ее обессоливания.

Слабокислотные катионообменные смолы - используются для устранения временной жесткости, а также повышенной щелочности воды.

Сильноосновные анионообменные смолы применяются в основном для обессоливания воды с очень высоким содержанием солей и кремния, что обуславливается высокой скоростью обмена сильноосновных анионитов. Этот способ по скорости и затрачиваемой энергии превосходит обратный осмос.

Слабоосновные анионообменные смолы используются чаще всего для обессоливания органических соединений, в числе которых сахароза, молочная сыворотка, глюкоза и другое.

Афолиты имеют в одной смоле сразу несколько типов функциональных групп (анионных и катионных) в разных или одинаковых пропорциях - используются в основном для обессоливания воды в одну ступень. Соотношение тех или иных функциональных групп определяется соотношением в исходной воде удаляемых ионов.

3. По структуре гранул : полистирольные, гелевые и макропористые. Также возможны смешанные структуры такие как полистирольная-гелевая и полистирольная-макропористая. Возможно применение для очистки воды от извести.

Смолы гелевого типа при контакте с водой набухают сильнее, чем другие, в это время их объем увеличивается в полтора-два раза. Ионный обмен в смолах гелевого типа происходит довольно быстро, однако в скорости эти смолы однозначно уступают смолам с макропористой структурой, которые в отличии от гелевых смол не так сильно набухает.

4. По обмениваемому иону в исходной форме : натриевая, водородная и др. Чаще всего в исходной форме смолы обмениваемыми катионами являются для катионообменной смолы натрий или протон, а в анионообменниках - хлор или гидроксильная группа.

5. По степени однородности размеров гранул различают монодисперсные (бОльшая часть гранул имеет одинаковый размер) и полидисперсные (размер гранул распределен в широких пределах).

Для регенерации ионообменных смол используют: регенерационную соль (для смол в натриевой форме), кислоту (для смол в Н-форме), раствор гидроксида натрия (для смол в ОН-форме).