Ионный обмен

Ионный обмен

Одним из типичных процессов в технологии водоочистки и водоподготовки и одним из перспективнейших сорбционных методов является ионный обмен, который осуществляется с использованием ионообменных материалов (ионитов). Иониты в основном – твердые, зернистые, порошкообразные фасованные или волокнистые материалы. Им свойственна механическая прочность, химическая стойкость. Это нерастворимые соединения, которые содержат в своем составе функциональные группы, способные к ионизации и обмену с электролитами. В результате ионизации функциональных групп образуется два вида ионов:

1)  фиксированные ионы, которые закреплены на каркасе (матрице) и не способны перейти из фазы ионита во внешний раствор;

2)  противоионы (обменные ионы) ионита, количество которых эквивалентна количеству фиксированных ионов и которые противоположны им по знаку. Эти ионы способны перейти во внешний раствор в обмен на точно эквивалентное количество других ионов того же знака,которые поступают в ионит из внешнего раствора (обменных ионов раствора).

Значит, эквивалентность обмена является главным признаком ионита и ионного обмена. Его условием является электронейтральность ионита, т.е. суммарный заряд всех противоионов должен равняться общему заряду фиксированных ионов, а общее количество эквивалентов противоионов – общему количеству эквивалентов фиксированных ионов, т.е.

                                  (1.1)

где n, m – количество видов противоионов и фиксированніх ионов в ионите;

,  - заряды противоионов и фиксированных ионов;

,  - молярные концентрации противоионов и фиксированных ионов в ионите.

Приведенное уравнение справедливо для разбавленных растворов, которые в большинстве характерны для разных категорий сточных вод.

Если ионит контактирует с концентрированным раствором, то наблюдается так называемаемая надэквивалентная сорбция электролита. Это означает, что ионы и недиссоциированные молекулы растворенных веществ, контактируя с ионитом, стремятся сровнять свою концентрацию во всей системе “ионит - раствор”. Равномерное разделение приводит к проникновению в ионит недиссоциируемых молекул и необменных ионов растворенных веществ, которые имеют одинаковый заряд с фиксированными ионами. Такие ионы называют коионами. Но условие электронейтральности ионита нуждается также и в поступлении в фазу ионита эквивалентного количества ионов противоположного знака, т.е. в ионит поступает больше противоионов, чем в этом нуждается условие электронейтральности. В этом случае условие электронейтральности ионита может быть определено так : общее количество эквивалентов фиксированных ионов плюс общее количество эквивалентов коионов должны быть равными общему количеству эквивалентов противоионов в ионите: