ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общие сведения о ионитах и закономерностях ионообменных процессов из "Водоподготовка в энергетике " Рассмотрев положения, определяющие технологию удаления из природных вод и конденсатов грубодисперсных и коллоидных примесей, отметим, что предварительная очистка недостаточна при подготовке воды, потребляемой в качестве добавочной для котлов и подпиточной для тепловых сетей. Заключительная стадия подготовки воды, связанная с изменением ее ионного состава, вплоть до полного удаления растворенных примесей, реализуется с помощью ионообменной технологии, а также мембранными или термическими методами. [c.104] Некоторые типы ионитов получают методом поликонденсации, например анионит марки АН-31. В процессе поликонденсации ионит образуется вначале в форме монолита, который затем измельчают механически, в результате чего зерна такого ионита имеют неправильную форму, пронизаны микротрещинами и обладают меньщей механической прочностью. [c.105] Учитывая изложенное, ионит можно представить как твердый электролит, неподвижный каркас которого представляет одну его часть, а подвижные противоионы — другую. Следовательно, реакция ионного обмена подчиняется правилам, действующим для реакций обычных электролитов, а именно, правилам эквивалентности обмена ионов и обратимости этого процесса. Кроме того, в ионообменной технологии большую роль играют способность к преимущественной адсорбции одних ионов по сравнению с другими, получившая название селективности (избирательности), и скорость установления ионообменного равновесия (кинетика ионного обмена). [c.106] Обратимость процессов обмена ионов позволяет многократно использовать дорогостоящие иониты в технологии обработки воды, что можно показать на примере катионообменной реакции (4.1). [c.107] При обработке многокомпонентного раствора, каким является природная вода, больщое значение имеет преимущественная адсорбция ионитами одних ионов по сравнению с другими. Причиной, вызывающей селективность ионного обмена, является различие энергий притяжения различных ионов твердой фазой, обусловленной значениями радиусов адсорбируемых ионов и их зарядов. Последнее вытекает из закона Кулона, если принять, что адсорбируемый ион непосредственно взаимодействует с противоположно заряженными потенциалообразующими ионами, фиксированными на матрице. С уменьщением радиуса должна возрастать энергия притяжения, но при этом необходимо учитывать, что ионы, взаимодействующие с ионитами, находятся в растворе в гидратированном состоянии, т.е. окружены прочно связанной с ними оболочкой из ди-польных молекул воды, диаметр которых равен 0,276 нм. [c.107] При увеличении заряда иона (т.е. при повышении его валентности) увеличивается энергия притяжения его по закону Кулона противоположно заряженной твердой фазой. Поэтому с повышением валентности ионов селективность адсорбции их ионитами возрастает. Соответственно этому двухвалентные ионы адсорбируются преимущественно перед одновалентными, трехвалентные — преимущественно пред двухвалентными. [c.108] Для сильно диссоциирующих катионитов ион помещается между Li и Na , смещаясь в глубину ряда для слабокислотных катионитов. [c.108] Основные катионы природных вод могут быть выделены в следующий ряд селективности Na Mg Са . [c.108] Основные анионы природных вод характеризуются следующим рядом селективности HSiO НСО3 l SO4, т.е. анионы слабых кислот сорбируются анионитами слабее, чем анионы сильных кислот. [c.108] Более медленный процесс контролирует общую скорость ионного обмена. При высоких концентрациях ионов в растворе (более 0,2 н) лимитирующей является внутридиффузионная кинетика, при обработке природных вод с солесодержанием менее 1 г/дм, т.е. при низком градиенте концентраций в неподвижной пленке Нернста, скорость ионного обмена определяется внешнедиффузионной кинетикой. Скорость ионного обмена (скорость истощения) при исчерпании 50 % обменной емкости обычно составляет несколько десятков секунд. [c.110] Протекая через ионит, первоначально насыщенный ионами А (рис. 4.6), обрабатываемый раствор, содержащий ионы В, будет постоянно контактировать с новыми слоями свежего (неиспользованного) ионита. Со временем верхние слои ионита отдадут все ионы А и потеряют свою ионообменную способность, они как бы истощатся (зона а). Вследствие этого переходная зона, в которой происходит ионный обмен (зона Ь), будет все дальше и дальше перемещаться вниз по слою. При определенных условиях эта зона достигает стационарной ширины. Распределение концентраций обменивающихся ионов в этой зоне носит название фронта фильтрования. В нижних слоях (зона с) ионит еще полностью насыщен ионами Л. Когда нижняя граница переходной зоны достигнет конца слоя ионита, наступит проскок иона В в фильтрат, что служит обычно сигналом для отключения фильтра на регенерацию. [c.110] Вернуться к основной статье