Wymiana jonów– proces wymiany jonów matrycy stałej ( jonit ) z jonami wody.

Wymiana jonowa jest jedną z głównych metod oczyszczania wody z zanieczyszczeń jonowych, głębokie odsalanie wody. Obecność różnorodnych materiałów jonowymiennych umożliwia rozwiązanie problemów oczyszczania wody o różnym składzie chemicznym z dużą wydajnością. Jest to jedyna metoda, która pozwala na selektywne wyodrębnienie z roztworu określonych składników, np. soli twardościowych i metali ciężkich.

Jonity – stałe, nierozpuszczalne substancje zawierające grupy funkcyjne (jonogenne), które są zdolne do jonizacji w roztworach i wymiany jonów z elektrolitami. Podczas jonizacji grup funkcyjnych pojawiają się dwa rodzaje jonów: niektóre są sztywno przymocowane do ramy (matrycy) wymieniacza jonowego R, inne mają przeciwny znak (przeciwjony), które mogą przejść do roztworu w zamian za równoważnik ilość innych jonów o tym samym znaku z roztworu.

Wymieniacze jonowe dzielą się według właściwości grup jonogennych na cztery główne typy:

• amfolity;
• selektywne wymieniacze jonowe.

Ze względu na charakter macierzy dzielimy je na:

• nieorganiczne wymieniacze jonowe;
• organiczne wymieniacze jonowe.

Wymienniki kationowe– wymieniacze jonowe z anionami lub grupami anionowymiennymi osadzonymi na matrycy, wymieniającymi kationy ze środowiskiem zewnętrznym.

Jeżeli wymieniacz kationowy był w postaci wodoru H+ -, wówczas ekstrahowane są wszystkie kationy obecne w wodzie. Oczyszczony roztwór jest kwaśny.

Gdy roztwór zawierający mieszaninę kationów takich jak Na, Ca, Mg, Fe (woda naturalna) przepływa przez wymieniacz kationowy, w jego warstwie tworzą się fronty sorpcyjne każdego kationu i następuje ich niejednoczesne przenikanie do filtratu. Oczyszczanie jest zakończone, gdy w przesączu pojawi się główny jon możliwy do ekstrakcji lub kontrolowany.

Wymienniki anionowe– wymieniacze jonowe z kationami lub grupami kationowymiennymi osadzonymi na matrycy, wymieniającymi aniony ze środowiskiem zewnętrznym.

Jeżeli wymieniacz anionowy występuje w postaci hydroksylowej OH – -, to z reguły dostarcza się roztwór do oczyszczania z anionów po kontakcie z kationitem w postaci H + -, która ma odczyn kwasowy.

W tym przypadku ekstrahowane są wszystkie aniony obecne w roztworze. Oczyszczony roztwór ma odczyn obojętny.

Kiedy przez wymieniacz anionowy przepuszcza się roztwór zawierający mieszaninę anionów, takich jak Cl, SO 4 , PO 4 , NO 3 , w jego warstwie tworzą się fronty sorpcyjne każdego jonu i następuje ich niejednoczesne przenikanie do filtratu. Oczyszczanie wody kończy się w momencie pojawienia się w filtracie ulegającego ekstrakcji jonu.

Amfolity zawierają stałe grupy kationowymienne i anionowymienne i pod pewnymi warunkami działają albo jako wymieniacz kationowy, albo jako wymieniacz anionowy. Stosowany do przetwarzania rozwiązań technologicznych.

Selektywne wymieniacze jonowe zawierają specjalnie wyselekcjonowane grupy jonogenne, które wykazują duże powinowactwo do jednego lub grupy jonów. Można je stosować do oczyszczania wody z określonych jonów, takich jak bor, metale ciężkie czy radionuklidy.

Główne cechy wymieniaczy jonowych to:

• zdolność wymiany;
• selektywność;
• siła mechaniczna;
• stabilność osmotyczna;
• stabilność chemiczna;
• stabilność temperatury;
• skład granulometryczny (ułamkowy).

Pojemność wymiany

Do ilościowego scharakteryzowania właściwości jonowymiennych i sorpcyjnych wymieniaczy jonowych wykorzystuje się wielkości: całkowitą, dynamiczną i roboczą pojemność wymiany.

Całkowita pojemność wymiany(PO) określa się na podstawie liczby grup funkcyjnych zdolnych do wymiany jonowej na jednostkę masy suchego na powietrzu lub spęcznionego wymieniacza jonowego i wyraża się w mEq/g lub mEq/L. Jest to wartość stała, która jest wskazana w paszporcie jonitu i nie zależy od stężenia ani charakteru wymienianego jonu. POE może ulec zmianie (zmniejszeniu) w wyniku narażenia termicznego, chemicznego lub radiacyjnego. W rzeczywistych warunkach pracy POE zmniejsza się z czasem ze względu na starzenie się matrycy wymiennika jonowego i nieodwracalną absorpcję trujących jonów (organicznych, żelaza itp.), które blokują grupy funkcyjne.

Równowagowa (statyczna) zdolność wymiany zależy od stężenia jonów w wodzie, pH i stosunku objętości wymieniacza jonowego do roztworu podczas pomiarów. Niezbędne do prowadzenia obliczeń procesów technologicznych.

Dynamiczna zdolność wymiany (DEC) najważniejszy wskaźnik w procesach uzdatniania wody. W rzeczywistych warunkach wielokrotnego użytkowania wymiennika jonowego w cyklu sorpcja-regeneracja, zdolność wymiany nie jest wykorzystywana w pełni, a jedynie częściowo. O stopniu wykorzystania decyduje sposób regeneracji i zużycie środka regenerującego, czas kontaktu wymieniacza jonowego z wodą i środkiem regenerującym, stężenie soli, pH, konstrukcja i hydrodynamika zastosowanej aparatury. Rysunek to pokazuje proces oczyszczania wody zostaje zatrzymanyut przy pewnym stężeniu jonu ograniczającego z reguły na długo przed całkowitym nasyceniem wymieniacza jonowego. Liczba zaabsorbowanych jonów w tym przypadku, odpowiadająca powierzchni prostokąta A, podzielona przez objętość wymieniacza jonowego, będzie DOE. Liczba zaabsorbowanych jonów odpowiadająca całkowitemu nasyceniu, gdy przebicie wynosi 1, co odpowiada sumie DEC i powierzchni zacienionej figury nad krzywą w kształcie litery S, nazywana jest całkowitą dynamiczną zdolnością wymiany (TDEC). W typowych procesach uzdatniania wody DFU zwykle nie przekracza 0,4–0,7 PFU.

Selektywność. Selektywność rozumiana jest jako zdolność do selektywnej sorpcji jonów z roztworów o złożonym składzie. Selektywność zależy od rodzaju grup jonogennych, liczby wiązań poprzecznych matrycy wymieniacza jonowego, wielkości porów i składu roztworu. W przypadku większości wymieniaczy jonowych selektywność jest niska, ale opracowano specjalne próbki, które mają wysoką zdolność ekstrakcji niektórych jonów.

Siła mechaniczna pokazuje zdolność wymieniacza jonowego do wytrzymywania naprężeń mechanicznych. Wymienniki jonowe badane są na ścieranie w specjalnych młynach lub pod ciężarem ładunku niszczącego określoną liczbę cząstek. Wszystkie polimeryzacyjne wymieniacze jonowe mają wysoką wytrzymałość. W przypadku polikondensacyjnych jest on znacznie niższy. Zwiększanie stopnia usieciowania polimeru zwiększa jego wytrzymałość, ale pogarsza szybkość wymiany jonowej.

Stabilność osmotyczna. Największe zniszczenie cząstek wymieniaczy jonowych następuje, gdy zmieniają się właściwości środowiska, w którym się znajdują. Ponieważ wszystkie wymieniacze jonowe są żelami strukturalnymi, ich objętość zależy od zawartości soli, pH ośrodka i postaci jonowej wymieniacza jonowego. Kiedy te cechy się zmieniają, zmienia się objętość ziarna. Ze względu na efekt osmotyczny objętość ziarna w roztworach stężonych jest mniejsza niż w roztworach rozcieńczonych. Zmiana ta nie następuje jednak jednocześnie, lecz w miarę wyrównywania się stężeń „nowego” roztworu w całej objętości ziarna. Dlatego warstwa zewnętrzna kurczy się lub rozszerza szybciej niż rdzeń cząstki; Powstają duże naprężenia wewnętrzne i następuje pęknięcie wierzchniej warstwy lub rozszczepienie całego ziarna. Zjawisko to nazywane jest „szokiem osmotycznym”. Każdy wymieniacz jonowy jest w stanie wytrzymać pewną liczbę cykli takich zmian właściwości środowiskowych. Nazywa się to jego siłą osmotyczną lub stabilnością. Największa zmiana objętości zachodzi w słabo kwaśnych wymieniaczach kationowych. Obecność makroporów w strukturze ziaren jonitu zwiększa jego powierzchnię roboczą, przyspiesza pęcznienie i umożliwia „oddychanie” poszczególnym warstwom. Dlatego silnie kwaśne kationity o makroporowatej strukturze są najbardziej stabilne osmotycznie, a słabo kwaśne kationity są najmniej osmotycznie stabilne. Stabilność osmotyczną definiuje się jako liczbę pełnych ziaren podzieloną przez ich całkowitą liczbę początkową po wielokrotnym (150-krotnym) traktowaniu próbki wymieniacza jonowego na przemian w roztworze kwasu i zasady z pośrednim przemywaniem wodą demineralizowaną.

Stabilność chemiczna. Wszystkie wymieniacze jonowe mają pewną odporność na roztwory kwasów, zasad i środków utleniających. Wszystkie polimeryzacyjne wymieniacze jonowe charakteryzują się większą odpornością chemiczną niż polikondensacyjne. Wymieniacze kationowe są bardziej odporne niż wymieniacze anionowe. Wśród anionitów słabo zasadowe są bardziej odporne na kwasy, zasady i utleniacze niż silnie zasadowe.

Stabilność temperatury wymieniacze kationowe są wyższe niż wymieniacze anionowe. Kationity słabo kwasowe pracują w temperaturze do 130°C, mocne kwasy typu KU-2-8 – do 100–120°C, a większość anionitów – nie wyższej niż 60, maksymalnie 80°C. z reguły H- lub
Formy OH wymieniaczy jonowych są mniej stabilne niż formy soli.

Skład frakcyjny. Syntetyczne wymieniacze jonowe typu polimeryzacji produkowane są w postaci kulistych cząstek o wielkości od 0,3 do 2,0 mm. Jonity polikondensacyjne produkowane są w postaci rozdrobnionych cząstek o nieregularnym kształcie i wielkości 0,4–2,0 mm. Standardowe wymieniacze jonowe typu polimeryzacyjnego mają rozmiary od 0,3 do 1,2 mm. Średnia wielkość polimeryzacyjnych wymieniaczy jonowych wynosi od 0,5 do 0,7 mm (ryc.). Współczynnik heterogeniczności nie przekracza 1,9. Zapewnia to akceptowalny opór hydrauliczny warstwy. Do procesów, w których stosowano wymieniacze jonowe w złożu fluidalnym, w ZSRR produkowano je w postaci 2 klas wielkości: klasy A o wielkości 0,6–2,0 mm i klasy B o wielkości 0,3–1,2 mm.

Za granicą, stosując specjalne technologie, produkują jonity typu monosferycznego Purofine, Amberjet, Marathon, które posiadają cząstki o bardzo małym zakresie wielkości: 0,35 ± 0,05; 0,5 ± 0,05; 0,6 ± 0,05 (ryc.). Takie wymieniacze jonowe charakteryzują się większą pojemnością wymienną, stabilnością osmotyczną i mechaniczną. Warstwy monosferycznych wymieniaczy jonowych mają niższy opór hydrauliczny, mieszane warstwy takich kationitów i anionitów są znacznie lepiej rozdzielone.

Ryż. Krzywe rozkładu wielkości cząstek dla standardu ( 1 ) i monosferyczny ( 2 ) jonity ( A) i fotografie takich wymienników jonowych ( B)

Znacząca liczba procesów zachodzących w przyrodzie i praktyce to wymiana jonowa. Wymiana jonowa leży u podstaw migracji pierwiastków w glebie oraz w organizmie zwierząt i roślin. W przemyśle stosuje się go do separacji i produkcji substancji, odsalania wody, oczyszczania ścieków, zatężania roztworów itp. Wymiana jonowa może zachodzić zarówno w roztworze jednorodnym, jak i w układzie niejednorodnym. W tym przypadku pod wymiana jonów zrozumieć heterogeniczny proces wymiany pomiędzy jonami w roztworze i fazie stałej, tzw wymieniacz jonowy lub wymieniacz jonowy. Wymieniacz jonowy absorbuje jony z roztworu i w zamian oddaje do roztworu jony zawarte w jego strukturze.

3.5.1. Klasyfikacja i właściwości fizykochemiczne wymieniaczy jonowych

Sorbenty jonowymienne, wymieniacze jonowe Są to polielektrolity składające się z matryce– stacjonarne grupy atomów lub cząsteczek (łańcuchy wielkocząsteczkowe) z dołączonymi do nich grupami aktywnymi grupy jonogenne atomy zapewniające jej zdolność wymiany jonowej. Grupy jonowe z kolei składają się z nieruchomych jonów związanych z matrycą siłami oddziaływania chemicznego oraz równoważnej liczby ruchomych jonów o przeciwnych ładunkach - przeciwjony. Przeciwjony mogą poruszać się pod wpływem gradientu stężeń i można je wymienić na jony z roztworu o tym samym ładunku. W układzie wymieniacz jonowy – roztwór elektrolitu wraz z rozkładem wymienianych jonów następuje także redystrybucja cząsteczek rozpuszczalnika pomiędzy tymi fazami. Wraz z rozpuszczalnikiem pewna ilość przedostaje się do wymieniacza jonowego. koiony(jony o tym samym znaku ładunku i jony stałe). Ponieważ zachowana jest neutralność elektryczna układu, do wymieniacza jonowego dodatkowo przechodzi równoważna ilość przeciwjonów wraz z kojonami.

W zależności od tego, które jony są ruchliwe, wymieniacze jonowe dzielą się na wymieniacze kationowe i wymieniacze anionowe.

Wymienniki kationowe zawierają nieruchome aniony i wymieniają kationy, charakteryzują się właściwościami kwasowymi - mobilnym jonem wodoru lub metalu. Na przykład wymieniacz kationowy R / SO 3 - H + (tutaj R jest podstawą strukturalną ze stałą grupą funkcyjną SO 3 - i przeciwjonem H +). W zależności od rodzaju kationów zawartych w wymieniaczu kationowym nazywa się go wymiennikiem kationowym H, jeśli wszystkie jego ruchome kationy są reprezentowane tylko przez wodór, lub wymiennik kationowy Na, wymiennik kationowy Ca itp. Są one oznaczone jako RH, RNa, R2Ca, gdzie R jest ramką ze stałą częścią grupy aktywnej żywicy kationowymiennej. Powszechnie stosowane są kationity ze stałymi grupami funkcyjnymi –SO 3 -, -PO 3 2-, -COO -, -AsO 3 2- itp.

Wymienniki anionowe zawierają nieruchome kationy i wymieniają aniony; charakteryzują się podstawowymi właściwościami mobilnego jonu wodorotlenkowego lub jonu reszty kwasowej. Na przykład wymieniacz anionowy R / N(CH 3) 3 + OH - z grupą funkcyjną -N(CH 3) 3 + i przeciwjonem OH -. Wymieniacz anionowy może występować w różnych postaciach, np. wymieniacz kationowy: OH-anionit lub ROH, SO 4 -anionit lub RSO 4, gdzie R jest ramką ze stałą częścią grupy aktywnej wymieniacza anionowego. Najczęściej stosowane są wymieniacze anionowe ze stałymi grupami – +, - +, NH3+, NH+ itp.

W zależności od stopnia dysocjacji grupy aktywnej wymieniacza kationowego i w związku z tym od zdolności do wymiany jonowej, wymieniacze kationowe dzielą się na mocny kwas i słaby kwas. Tym samym grupa aktywna –SO3H ulega całkowitej dysocjacji, dlatego wymiana jonowa możliwa jest w szerokim zakresie pH; kationity zawierające grupy sulfonowe zaliczane są do silnie kwaśnych. Do wymieniaczy kationowych średniej mocy zaliczają się żywice z grupami kwasu fosforowego. Ponadto w przypadku grup dwuzasadowych zdolnych do stopniowej dysocjacji tylko jedna z grup ma właściwości kwasu o średniej mocy, druga zachowuje się jak słaby kwas. Ponieważ grupa ta praktycznie nie dysocjuje w środowisku silnie kwaśnym, dlatego wskazane jest stosowanie tych jonitów w środowisku lekko kwaśnym lub zasadowym, przy pH ~4. Słabo kwaśne wymieniacze kationowe zawierają grupy karboksylowe, które nawet w słabo kwaśnych roztworach ulegają lekkiej dysocjacji; ich zakres działania mieści się w pH ~5. Istnieją również dwufunkcyjne wymieniacze kationowe zawierające zarówno grupy sulfo, jak i karboksylowe lub grupy sulfo i fenolowe. Żywice te pracują w roztworach silnie kwaśnych, a przy wysokiej zasadowości radykalnie zwiększają swoją pojemność.

Podobnie jak wymieniacze kationowe, wymieniacze anionowe dzielą się na wysokozasadowy i niskozasadowy. Wysoce zasadowe wymieniacze anionowe zawierają dobrze zdysocjowane czwartorzędowe zasady amoniowe lub pirydynowe jako grupy aktywne. Takie wymieniacze anionowe są zdolne do wymiany anionów nie tylko w roztworach kwaśnych, ale także zasadowych. Średnio i niskozasadowe anionity zawierają pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe grupy aminowe, które są słabymi zasadami, a ich zakres roboczy wynosi pH ~89.

Stosowane są również amfoteryczne wymieniacze jonowe - amfolity, które obejmują grupy funkcyjne o właściwościach zarówno kwasów, jak i zasad, na przykład grupy kwasów organicznych w połączeniu z grupami aminowymi. Niektóre wymieniacze jonowe, oprócz właściwości jonowymiennych, mają właściwości kompleksujące lub redoks. Na przykład wymieniacze jonowe zawierające jonogenne grupy aminowe dają kompleksy z metalami ciężkimi, których powstawanie następuje jednocześnie z wymianą jonową. Wymianie jonowej może towarzyszyć kompleksowanie w fazie ciekłej poprzez dostosowanie jej wartości pH, co pozwala na separację jonów. Wymienniki elektronowo-jonowe stosowane są w hydrometalurgii do utleniania lub redukcji jonów w roztworach z jednoczesną ich sorpcją z roztworów rozcieńczonych.

Nazywa się proces desorpcji jonu zaabsorbowanego na wymieniaczu jonowym elucja w tym przypadku wymieniacz jonowy jest regenerowany i przywracany do postaci wyjściowej. W wyniku wymywania zaabsorbowanych jonów, pod warunkiem odpowiedniego „obciążenia wymiennika jonowego”, otrzymuje się eluaty o stężeniu jonów 100 razy większym niż w roztworach pierwotnych.

Niektóre naturalne materiały mają właściwości jonowymienne: zeolity, drewno, celuloza, węgiel sulfonowany, torf itp., Ale prawie nigdy nie są one wykorzystywane do celów praktycznych, ponieważ nie mają wystarczająco dużej zdolności wymiany ani stabilności w przetwarzanych środowiskach. Najpowszechniej stosowanymi organicznymi wymieniaczami jonowymi są syntetyczne żywice jonowymienne, które są stałymi wielkocząsteczkowymi związkami polimerowymi zawierającymi grupy funkcyjne zdolne do dysocjacji elektrolitycznej, dlatego nazywane są polielektrolitami. Syntezuje się je poprzez polikondensację i polimeryzację monomerów zawierających niezbędne grupy jonowe lub przez dodanie grup jonowych do poszczególnych jednostek wcześniej zsyntetyzowanego polimeru. Grupy polimerów są ze sobą połączone chemicznie i zszyte w ramę, czyli w trójwymiarową przestrzenną sieć zwaną matrycą, przy użyciu wchodzącej z nimi substancji - rzeżuchy. Jako środek sieciujący często stosuje się diwinylobenzen. Dostosowując ilość diwinylobenzenu, można zmieniać wielkość ogniw żywicznych, co pozwala na otrzymanie wymieniaczy jonowych, które selektywnie absorbują dowolny kation lub anion na skutek „efektu sita” jonów o rozmiarze większym niż ogniwo; rozmiar nie jest wchłaniany przez żywicę. Aby zwiększyć rozmiar komórki, stosuje się odczynniki o większych cząsteczkach niż winylobenzen, na przykład dimetakrylany glikoli etylenowych i bifenoli. Dzięki zastosowaniu telogenów, substancji zapobiegających tworzeniu się długich łańcuchów liniowych, osiąga się zwiększoną przepuszczalność wymieniaczy jonowych. Pory pojawiają się w miejscach przerwania łańcuchów, dzięki czemu wymieniacze jonowe uzyskują bardziej mobilną ramę i silniej pęcznieją w kontakcie z roztworem wodnym. Jako telogeny stosuje się czterochlorek węgla, alkilobenzeny, alkohole itp. Otrzymane w ten sposób żywice mają żel strukturze lub mikroporowaty. Za zdobycie makroporowaty Do mieszaniny reakcyjnej dodaje się rozpuszczalniki organiczne, takie jak wyższe węglowodory, na przykład izooktan i alkohole. Rozpuszczalnik jest wychwytywany przez masę polimeryzującą i po zakończeniu tworzenia szkieletu jest oddestylowywany, pozostawiając w polimerze duże pory. Zatem, zgodnie z ich budową, wymieniacze jonowe dzielą się na makroporowate i żelowe.

Makroporowate wymieniacze jonowe mają lepszą charakterystykę wymiany kinetycznej w porównaniu do żelowych, ponieważ mają rozwiniętą powierzchnię właściwą 20-130 m 2 /g (w przeciwieństwie do żelowych, które mają powierzchnię właściwą 5 m 2 /g) oraz duże pory – 20-100 nm, co ułatwia niejednorodną wymianę jonów zachodzącą na powierzchni porów. Kurs wymiany zależy w dużym stopniu od porowatości ziaren, chociaż zwykle nie wpływa na ich zdolność wymiany. Im większa objętość i wielkość ziaren, tym szybsza dyfuzja wewnętrzna.

Żelowe żywice jonowymienne składają się z jednorodnych ziaren, które po wyschnięciu nie mają porów i są nieprzepuszczalne dla jonów i cząsteczek. Stają się przepuszczalne po spęcznieniu w wodzie lub roztworach wodnych.

Obrzęk wymienników jonowych

Obrzęk to proces stopniowego zwiększania objętości wymieniacza jonowego umieszczonego w ciekłym rozpuszczalniku w wyniku wnikania cząsteczek rozpuszczalnika w głąb struktury węglowodorowej. Im bardziej wymieniacz jonowy pęcznieje, tym szybciej zachodzi wymiana jonowa. Obrzęk scharakteryzowany obrzęk wagi- ilość wchłoniętej wody na 1 g suchego wymieniacza jonowego lub współczynnik pęcznienia- stosunek objętości właściwych spęcznionego i suchego wymieniacza jonowego. Często objętość żywicy podczas procesu pęcznienia może wzrosnąć 10-15 razy. Pęcznienie żywicy wielkocząsteczkowej jest tym większe, im niższy jest stopień usieciowania jej jednostek składowych, to znaczy im mniej sztywna jest jej sieć makrocząsteczkowa. Większość standardowych wymieniaczy jonowych zawiera 6-10% diwinylobenzenu (czasami 20%) w kopolimerach. Gdy do sieciowania zamiast diwinylobenzenu stosuje się środki długołańcuchowe, otrzymuje się wysoce przepuszczalne makromeshowe wymieniacze jonowe, na których wymiana jonowa zachodzi z dużą szybkością. Oprócz struktury matrycy na pęcznienie wymieniacza jonowego wpływa obecność w nim hydrofilowych grup funkcyjnych: im więcej jest grup hydrofilowych, tym bardziej pęcznieje wymieniacz jonowy. Ponadto wymieniacze jonowe zawierające pojedynczo naładowane przeciwjony pęcznieją silniej, w przeciwieństwie do podwójnie i potrójnie naładowanych przeciwjonów. W roztworach stężonych pęcznienie występuje w mniejszym stopniu niż w roztworach rozcieńczonych. Większość nieorganicznych wymieniaczy jonowych w ogóle lub prawie nie pęcznieje, chociaż pochłaniają wodę.

Pojemność wymiennika jonowego

Zdolność wymiany jonowej sorbentów charakteryzuje się ich zdolność wymiany, w zależności od liczby funkcjonalnych grup jonogennych na jednostkę masy lub objętości wymieniacza jonowego. Wyraża się go w miliekwiwalentach na 1 g suchego wymieniacza jonowego lub w ekwiwalentach na 1 m 3 wymieniacza jonowego i dla większości przemysłowych wymienników jonowych mieści się w przedziale 2-10 meq/g. Całkowita pojemność wymiany(POE) – maksymalna liczba jonów, jaką może wchłonąć wymieniacz jonowy w stanie nasycenia. Jest to wartość stała dla danego wymieniacza jonowego, którą można wyznaczyć zarówno w warunkach statycznych, jak i dynamicznych.

W warunkach statycznych, po kontakcie z określoną objętością roztworu elektrolitu, oznaczyć całkowita statyczna pojemność wymiany(PSOE) i równowaga statyczna zdolność wymiany(PCOE), który zmienia się w zależności od czynników wpływających na równowagę (objętość roztworu, jego skład, stężenie itp.). Równowaga między jonitem a roztworem odpowiada równości ich potencjałów chemicznych.

W warunkach dynamicznych, przy ciągłej filtracji roztworu przez pewną ilość wymieniacza jonowego, dynamiczna zdolność wymiany– liczba jonów pochłoniętych przez wymiennik jonowy przed przebiciem sorbowanych jonów (DOE), pełna dynamiczna zdolność wymiany aż do całkowitego wyczerpania się wymieniacza jonowego (PDOE). Pojemność przed przebiciem (pojemność robocza) zależy nie tylko od właściwości wymieniacza jonowego, ale także zależy od składu roztworu początkowego, prędkości jego przejścia przez warstwę jonitu, wysokości (długości) jonu warstwę wymiennika, stopień jej regeneracji oraz wielkość ziaren.

Wydajność roboczą określa krzywa wyjściowa pokazana na ryc. 3.5.1

S 1 – czynna zdolność wymiany, S 1 + S 2 – całkowita dynamiczna zdolność wymiany.

Podczas przeprowadzania elucji w warunkach dynamicznych krzywa elucji wygląda jak krzywa pokazana na ryc. 3.5.2

Zazwyczaj DOE przekracza 50% PDOE dla silnie kwaśnych i silnie zasadowych wymieniaczy jonowych oraz 80% dla słabo kwaśnych i słabo zasadowych wymieniaczy jonowych. Pojemność silnie kwaśnych i silnie zasadowych wymieniaczy jonowych pozostaje praktycznie niezmieniona w szerokim zakresie roztworów pH. Wydajność słabo kwaśnych i słabo zasadowych wymieniaczy jonowych zależy w dużej mierze od pH.

Stopień wykorzystania zdolności wymiennej wymieniacza jonowego zależy od wielkości i kształtu ziaren. Zazwyczaj wielkość ziaren mieści się w zakresie 0,5-1 mm. Kształt ziaren zależy od sposobu przygotowania wymieniacza jonowego. Mogą mieć kształt kulisty lub nieregularny. Preferowane są ziarna kuliste – zapewniają lepsze warunki hydrodynamiczne i większą prędkość procesu. Stosuje się również wymieniacze jonowe o ziarnach cylindrycznych, włóknistych i innych. Im drobniejsze ziarna, tym lepiej wykorzystywana jest zdolność wymienna wymieniacza jonowego, ale jednocześnie, w zależności od zastosowanego sprzętu, albo opór hydrauliczny warstwy sorbentu, albo porywanie drobnych ziaren wymieniacza jonowego przez roztwór wzrasta. Porywania można uniknąć, stosując wymieniacze jonowe zawierające dodatek ferromagnetyczny. Pozwala to na utrzymanie drobnoziarnistego materiału w zawieszeniu w strefie pola magnetycznego, przez które przemieszcza się roztwór.

Wymieniacze jonowe muszą charakteryzować się wytrzymałością mechaniczną i stabilnością chemiczną, to znaczy nie ulegać zniszczeniu w wyniku pęcznienia i pracy w roztworach wodnych. Ponadto powinny łatwo ulegać regeneracji, dzięki czemu przez długi czas zachowują swoje właściwości aktywne i mogą pracować bez wymiany przez kilka lat.

Wyznaczanie dynamicznej zdolności wymiany

oraz całkowitą dynamiczną zdolność wymiany wymieniacza kationowego

Zdolność wymieniaczy jonowych do wymiany jonowej charakteryzuje się zdolnością wymiany, tj. liczba grup funkcyjnych biorących udział w wymianie, wyrażona w jednostkach równoważnych i odnosi się do jednostki liczby wymienników jonowych. Zdolność wymiany można określić zarówno w warunkach statycznych, jak i dynamicznych, dlatego też istnieją pojęcia statycznej zdolności wymiany i dynamicznej zdolności wymiany.

Cel pracy: określić zdolność wymienną wymieniacza kationowego w warunkach dynamicznych (DOE i PDOE).

DEC (dynamiczna pojemność wymienna) – zdolność wymienna wymieniacza jonowego, określona przez pojawienie się danego jonu w roztworze wypływającym z kolumny (przez „przebicie”) (mg-eq/dm 3).

PDEC (całkowita dynamiczna zdolność wymienna) określana jest poprzez całkowite zaprzestanie ekstrakcji danego jonu z roztworu, tj. w momencie wyrównania stężenia zaabsorbowanego jonu w roztworze i filtracie podczas przepuszczania roztworu przez kolumnę z wymiennikiem jonowym (mg-eq/dm 3).

Istota dynamicznej metody wyznaczania pojemności wymiennej polega na tym, że roztwór jonu nasycającego przepuszcza się w sposób ciągły przez zagęszczoną warstwę wymieniacza jonowego znajdującego się w kolumnie, aż do ustalenia się równowagi sorpcyjnej pomiędzy roztworem początkowym a sorbentem. Gdy roztwór przechodzi przez kolumnę, tworzy się w niej warstwa sorpcyjna, tj. w jej górnej części następuje całkowite nasycenie wymieniacza jonowego, następnie czoło sorpcji przesuwa się w dół kolumny. Kiedy czoło dotrze do końca kolumny, jon nasycający „przecieka” do filtratu.

Od momentu powstania warstwy nasyconej sorpcja zachodzi w trybie równoległego przenoszenia frontu sorpcji. Dalsze przejście roztworu początkowego prowadzi do tego, że uzyskuje się całkowite nasycenie na całej grubości sorbentu, tj. przychodzi równowaga. Od tego momentu stężenie filtratu staje się równe stężeniu roztworu pierwotnego.

W tej pracy jako jon nasycający zastosowano jon miedzi (siarczan miedzi). W tym przypadku reakcja wymiany jonowej w kolumnie wygląda następująco:

CuSO4 + 2HR = CuR2 + H2SO4

„Przebicie” jonu miedzi do filtratu określa się za pomocą jakościowej reakcji Cu 2+ z roztworem amoniaku. W tym przypadku zachodzi reakcja:

2CuSO 4 + 2NH 4 OH = ↓ (CuOH) 2 SO 4 + (NH 4) 2 SO 4

(

jasnoniebieski kompleks

Odczynniki i sprzęt

Siarczan miedzi, roztwór 0,05 N.

Jodek potasu KJ, roztwór 20%.

Tiosiarczan sodu Na 2 S 2 O 3,

Roztwór 0,05N.

Skrobia, 1% roztwór.

Kwas siarkowy, roztwór 2N

Żywica kationowymienna KU-2.

Szklana kolumna chromatograficzna z kurkiem o długości 20 cm i średnicy 1 - 1,5 cm.

Statyw chemiczny z nogami.

Cylinder miarowy na 25 ml – 10 szt.

Kolba stożkowa do miareczkowania 250 ml – 2 szt.

Biureta miareczkowa o pojemności 25 ml.

Pipety 2, 5 i 10 ml

Postęp analizy

Kolumnę napełnia się wstępnie przygotowanym wymieniaczem kationowym, ściśle przestrzegając wymagań równomiernego i gęstego wypełnienia. Głośnik montowany jest ściśle pionowo na statywie. Obracając kran, ustawia się żądany przepływ (3...4 ml/min). Podczas przeprowadzania analizy należy zwrócić uwagę, aby nad warstwą kationitu zawsze znajdowała się warstwa cieczy, w kolumnie nie tworzyły się pęcherzyki powietrza i wymiennik kationowy nie unosił się do góry.

1. Określenie objętości roztworu przechodzącego przez wymieniacz jonowy do momentu przebicia

Roztwór siarczanu miedzi przepuszcza się w sposób ciągły przez kolumnę, zbierając filtrat wypływający z kolumny do zlewki. Okresowo na płytkę kroplową pobiera się kilka kropli przesączu i przeprowadza się jakościową reakcję na obecność jonów miedzi. Pojawienie się jasnoniebieskiego koloru wskazuje na „przebicie” jonów miedzi do filtratu. Za pomocą cylindra miarowego zmierzyć objętość filtratu zebranego przed „przebiciem” jonów miedzi i zapisać ją (przebicie V).

2. Wyznaczanie objętości roztworu przechodzącego przez wymieniacz jonowy

aż do wyrównania stężeń

Po „przebiciu” roztwór siarczanu miedzi nadal płynie, ale filtrat wypływający z kolumny zbiera się w cylindrach miarowych w porcjach po 25 ml. W każdej porcji filtratu zawartość jonów miedzi oznacza się metodą miareczkowania jodometrycznego.

W tym celu należy pobrać porcję przesączu (10 ml), przenieść do kolby miareczkowej, dodać 4 ml 2N roztworu kwasu siarkowego i 10 ml 20% roztworu jodku potasu. Miareczkować 0,05 N roztworem tiosiarczanu sodu, aż roztwór zmieni kolor na jasnożółty, następnie dodać 3-4 krople skrobi i kontynuować miareczkowanie, aż niebieski roztwór zmieni kolor. (Jeśli roztwór po dodaniu jodku potasu ma jasnożółty kolor, należy natychmiast dodać skrobię).

Przepuszczanie roztworu siarczanu miedzi przez kolumnę zatrzymuje się, gdy zawartość jonów miedzi w przesączu zrówna się z jego stężeniem w roztworze pierwotnym. Rejestrować objętość roztworu przechodzącego przez kolumnę aż do wyrównania stężeń (V pełna).

Na koniec doświadczenia regeneruje się wymieniacz kationowy przepuszczając przez kolumnę 150 ml 5% roztworu kwasu solnego. Kompletność regeneracji sprawdza się poprzez jakościową reakcję na jony miedzi (jeżeli próbka filtratu nie zmieni koloru na niebieski po dodaniu amoniaku, regenerację uważa się za zakończoną). Po przejściu roztworu regeneracyjnego kolumnę przemywa się wodą destylowaną do momentu, aż filtrat będzie obojętny (można to sprawdzić dodając oranż metylowy lub błękit bromotymolowy).

Obliczenia

1. Obliczenie stężenia jonów miedzi w filtracie przeprowadza się według wzoru:

Mg-ekw./dm 3

2. Na podstawie wyników analizy konstruuje się chromatogram wyjściowy (wykres we współrzędnych: C – f (roztwór V)), nanosząc na osi odciętych objętość przesączu (w mililitrach) oraz stężenie jonów miedzi w porcjach filtratu (w mEq/) na osi rzędnych dm 3).

3. Oblicz DOE i PDOE korzystając ze wzorów:

,

gdzie: C to stężenie jonów (kationów dla wymieniacza kationowego, anionów dla wymieniacza anionowego) w przepuszczanym roztworze, mEq/dm 3 ;V przebicie to ilość wody, która przeszła przez filtr przed przebiciem zaabsorbowanego jonu , dm 3 ;V suma to ilość wody, która przeszła przez filtr do momentu wyrównania stężeń, dm 3;V ioniter – objętość wymieniacza jonowego, dm 3.

Objętość wymieniacza jonowego oblicza się ze wzoru:

,

gdzie: r – promień kolumny, dm; h – wysokość warstwy jonitu, dm.

Pytania dotyczące ochrony:

Na czym polega wymiana jonowa? Co to są jonity?

Jakie wymieniacze jonowe nazywane są makroporowatymi, żelowymi, izoporowatymi?

Jakie grupy wymienne zawierają w swojej strukturze kationity i anionity?

Co to są żywice jonowymienne klasy nuklearnej?

Opisać wskaźniki jakości wymieniaczy jonowych (rozkład wielkości cząstek, wytrzymałość mechaniczna, odporność chemiczna, stabilność osmotyczna, odporność termiczna, pęcznienie).

Dlaczego właściwości jonowymienne wymieniaczy jonowych pogarszają się w wysokich temperaturach? Jakie substancje powstają w wyniku zniszczenia kationitu KU-2-8 i anionitu AV-17-8 w wysokich temperaturach?

Zdolność sorpcyjną wymieniaczy jonowych charakteryzuje współczynnik podziału K. Co to jest?

Co to są wymienniki jonowe POE?

Zdefiniuj DOE. W jakich jednostkach wyraża się DOE? Jak oblicza się DOE wymieniacza jonowego?

Zdefiniuj PDOE. W jakich jednostkach wyraża się PDOE? Jak oblicza się PDOE wymiennika jonowego?

Jaka pojemność wymienna jest równa roboczej pojemności wymiennej i dlaczego?

Jakie czynniki wpływają na zdolność wymienną wymieniacza jonowego?

Jak przebiega regeneracja kationitów i anionitów?

Dlaczego nad warstwą jonitu w kolumnie zawsze powinna znajdować się warstwa cieczy?

Podaj obliczenia potrzebne do przygotowania 0,05 N roztworu siarczanu miedzi.

Zapisz reakcję zachodzącą w kolumnie pomiędzy wymieniaczem kationowym a przepuszczonym przez niego roztworem.

Kiedy następuje „przebicie” jonów do filtratu? Jak sprawdza się „wyciek” jonów miedzi do filtratu? Napisz swoją reakcję.

Do jakiego momentu roztwór siarczanu miedzi przepuszcza się przez kolumnę po wystąpieniu „przebicia”? Jak charakteryzuje się ten moment?

Jaką metodą określa się zawartość miedzi w filtracie? Zapisz równania reakcji zachodzących, stosując metodę równowagi jonowo-elektronowej. Nazwij titrant i wskaźnik. Jaka jest rola 2N kwasu siarkowego? Na jakiej zasadzie działa wskaźnik? Dlaczego pod koniec miareczkowania dodaje się skrobię?

Jak regeneruje się wymieniacz kationowy po eksperymencie? Podaj obliczenia dotyczące przygotowania roztworu regeneracyjnego.

Pojemność wymiany

Do ilościowego scharakteryzowania właściwości jonowymiennych i sorpcyjnych wymieniaczy jonowych wykorzystuje się wielkości: całkowitą, dynamiczną i roboczą pojemność wymiany.

Całkowita pojemność wymiany(PO) określa się na podstawie liczby grup funkcyjnych zdolnych do wymiany jonowej na jednostkę masy suchego na powietrzu lub spęcznionego wymieniacza jonowego i wyraża się w mEq/g lub mEq/L. Jest to wartość stała, która jest wskazana w paszporcie jonitu i nie zależy od stężenia ani charakteru wymienianego jonu. POE może ulec zmianie (zmniejszeniu) w wyniku narażenia termicznego, chemicznego lub radiacyjnego. W rzeczywistych warunkach pracy POE zmniejsza się z czasem ze względu na starzenie się matrycy wymiennika jonowego i nieodwracalną absorpcję trujących jonów (organicznych, żelaza itp.), które blokują grupy funkcyjne.

Równowagowa (statyczna) zdolność wymiany zależy od stężenia jonów w wodzie, pH i stosunku objętości wymieniacza jonowego do roztworu podczas pomiarów. Niezbędne do prowadzenia obliczeń procesów technologicznych.

Dynamiczna zdolność wymiany(ŁANIA) - najważniejszy wskaźnik w procesach uzdatniania wody. W rzeczywistych warunkach wielokrotnego użytkowania wymiennika jonowego w cyklu sorpcja-regeneracja, zdolność wymiany nie jest wykorzystywana w pełni, a jedynie częściowo.

O stopniu zużycia decyduje sposób regeneracji i zużycie środka regenerującego, czas kontaktu wymieniacza jonowego z wodą i środkiem regenerującym, stężenie soli, pH, konstrukcja i hydrodynamika zastosowanej aparatury. Z rysunku wynika, że ​​proces oczyszczania wody zatrzymuje się przy pewnym stężeniu jonu ograniczającego, z reguły na długo przed całkowitym nasyceniem wymieniacza jonowego. Liczba zaabsorbowanych jonów w tym przypadku, odpowiadająca powierzchni prostokąta A, podzielona przez objętość wymieniacza jonowego, będzie DOE.

Liczba zaabsorbowanych jonów odpowiadająca całkowitemu nasyceniu, gdy przebicie wynosi 1, co odpowiada sumie DEC i powierzchni zacienionej figury nad krzywą w kształcie litery S, nazywana jest całkowitą dynamiczną zdolnością wymiany (TDEC). W typowych procesach uzdatniania wody DOE zwykle nie przekracza 0,4-0,7 PFU.

Ryż. 1

część eksperymentalna

Odczynniki i roztwory: sole MgCl2*6H2O w wodzie destylowanej w kolbie miarowej o pojemności 250 cm3

Roztwór 1 azotanu wapnia (0,02 M) przygotowano przez rozpuszczenie próbki (1,18 g) soli Ca(NO3)2 · 4H20. Po rozpuszczeniu próbki roztwór rozcieńczono wodą destylowaną w kolbie miarowej o pojemności 250 cm3.

Roztwór 2 azotanu wapnia (0,1 M) przygotowano rozpuszczając próbkę (5,09 g) soli Ca(NO3)2 · 4H20. Po rozpuszczeniu próbki roztwór rozcieńczono wodą destylowaną w kolbie miarowej o pojemności 250 cm3.

Roztwór początkowy Complexone III przygotowany z fixanalu. Standaryzację przeprowadzono przy użyciu siarczanu magnezu.

Roztwory buforowe przygotowano z „gatunku analitycznego” NH4Cl. i NH4OH.

Resztkowe stężenie jonów Mg 2+ oznaczono kompleksometrycznie za pomocą wskaźnika czerni eriochromowej T.

Resztkowe stężenie jonów Ca 2+ oznaczono kompleksometrycznie ze wskaźnikiem mureksydem.

Stężenie zasorbowanego określono na podstawie różnicy pomiędzy stężeniem początkowym i resztkowym.

Jako sorbent wykorzystano skałę zawierającą zeolit ​​ze stanowiska Atyashevsky.

Przygotowanie sorbentu.

DSP manifestacji Atyashevsky'ego rozdrobniono, przesiano, zebrano frakcje granulatu o wielkości 1 - 2 - 3 mm i wysuszono w suszarce.

Zbiornik jonowymienny w trybie statycznym. Do 20 cm W roztworu zawierającego jony Ca 2+, w innym przypadku Mg 2+, o znanym stężeniu i

Do określonej wartości pH dodano 5,0 g sorbentu, wytrząsano przez określony czas i fazę stałą oddzielono przez filtrację. W

Selektywność miareczkowania chelatometrycznego względem wapnia można zwiększyć przeprowadzając oznaczenie w środowisku silnie zasadowym (w filtracie magnezu oznaczono resztkowe stężenie jonów Ca 2+, w innym przypadku Mg 2+. Stężenie zasorbowanego stwierdzono na podstawie różnicy pomiędzy wartością początkową i rezydualną.

Wskaźnik metalochromowy - mureksyd.

EDTA, roztwór 0,05 M; mieszanina buforu amoniakalnego pH=9; NaOH, 2M roztwór; wskaźniki - czerń eriochromowa T i mureksyd - ciało stałe (mieszanina z NaCl w stosunku 1:100).

Metoda oznaczania

1. Próbkę analizowanego roztworu przeniesiono do kolby miareczkowej, dodano 10 cm 3 mieszaniny buforu amoniakalnego (pH 9), 25 cm 3 wody destylowanej, na końcówkę kolby odważono 30 - 40 mg czerni eriochromowej TI. szpatułką aż do całkowitego rozpuszczenia wskaźnika. Roztwór nabrał koloru wina czerwonego. Miareczkowanie roztworem EDTA prowadzono kropla po kropli z biurety, ciągle mieszając, aż kolor zmienił się na wyraźnie niebieski.

2. Próbkę analizowanego roztworu przeniesiono do kolby miareczkowej, na końcu szpatułki dodano 5 cm3 2M roztworu NaOH, 30 cm3 wody destylowanej i 30 mg mureksydu. Roztwór zmienił kolor na czerwony. Miareczkowanie prowadzono roztworem EDTA aż do zmiany koloru na fioletowy.

Obliczanie warunków statystycznych w odniesieniu do jonów wapnia i magnezu.

Oznaczanie zdolności wymiany magnezu

Do 20 cm3 roztworu chlorku magnezu o stężeniu molowym równoważnym 0,02 mol/l dodano 5,0 g sorbentu, uprzednio suszonego w temperaturze 105°C przez 1 godzinę i wytrząsanego przez zadany czas (0,5 godziny). W innym przypadku 1 godzina i tak dalej. Po pewnym czasie roztwór przesączono. Do analizy pobrano 5 cm 3 przesączu i metodą kompleksometryczną oznaczono resztkowe stężenie jonów Mg 2+.

2. Do 20 cm3 roztworu chlorku wapnia o stężeniu molowym 0,1 mol/l dodano 5,0 g sorbentu, uprzednio suszonego w temperaturze 1050°C przez 1 godzinę i wytrząsano przez określony czas (0,5 godziny). W innym przypadku 1 godzina i tak dalej. Po pewnym czasie roztwór przesączono. Do analizy pobrano 5 cm3 filtratu i metodą kompleksometryczną oznaczono resztkowe stężenie jonów Ca2+.

Wpływ czasu kontaktu CBPB z roztworem CaCl2*4H2O na zdolność wymienną CBPB w warunkach statycznych.

(C(Ca2+)in = 0,1 mol/l; mcsp = 5,0 g.)

Wraz ze wzrostem czasu kontaktu faz obserwuje się wzrost stężenia równowagowego. A po 3 godzinach ustala się dynamiczna równowaga mobilna.

Z góry dziękuję za odpowiedź.

C100E to silnie kwasowa żywica kationowymienna typu żelowego o dużej zdolności wymiany, stabilności chemicznej i fizycznej oraz doskonałych właściwościach użytkowych. C100E skutecznie zatrzymuje cząstki zawieszone, a także w formie kwasowej (H+) usuwa jony żelaza i manganu.

Wysoka pojemność wymienna pozwala uzyskać wodę o twardości całkowitej około 0,05 mEq/l, a doskonała kinetyka wymiany jonowej pozwala na osiągnięcie wysokich prędkości przepływu. Podczas stosowania C100E wyciek jonów powodujących twardość wody w normalnych warunkach pracy z reguły nie przekracza 1% całkowitej twardości wody źródłowej. W tym przypadku zdolność wymienna żywicy praktycznie się nie zmienia, pod warunkiem, że udział jonów jednowartościowych nie przekracza 25%.

C100E jest nierozpuszczalny w roztworach kwasów i zasad oraz we wszystkich popularnych rozpuszczalnikach organicznych. Obecność w wodzie pozostałości środków utleniających (na przykład wolnego chloru lub jonów podchlorynu) może prowadzić do zmniejszenia wytrzymałości mechanicznej cząstek żywicy kationowymiennej. C100E jest stabilny termicznie do temperatury 150°C, jednakże w wysokich temperaturach zdolność wymienna żywicy kationowymiennej w postaci kwasowej (H+) maleje.

Dane techniczne

KRÓTKI OPIS
wolna przestrzeń nad ładunkiem - 50%
wielkość ziarna 0,6mm do 90%
Masa nasypowa 820g/l
Zawartość wody (wilgotność) 42-48%
Całkowita wydajność do 2 g eq/l
temperatura pracy od 4 – 120 0 C
Woda pH 0 - 14
przejście jonów Na do H - 8%
wysokość warstwy od 0,8 - 2m
prędkość serwisowa od 5 - 40 m/godz
konkretna prędkość usługi 20 uncji/godzinę
prędkość płukania wstecznego w temperaturze 20 C od 10 - 12 m/godz
objętość wody do płukania wstecznego przy nowym ładunku 20 OZ
objętość wody do płukania wstecznego 4OZ
objętość wody do powolnego płukania solą 4OZ
zużycie soli podczas regeneracji na 1 litr wsadu - 150g
twardość resztkowa - 0,5 mg równ./l
właściwy spadek ciśnienia w kPa m 2 wysokość załadunku - 1
strata ciśnienia 11 mbar przy 4 o C na wysokości załadunku 1 m
prędkość podczas regeneracji - 5m/godz
prędkość mycia soli wodą - 5m/godz

WARUNKI KORZYSTANIA
brak utlenionego żelaza (Fe 3+) w wodzie
brak rozpuszczonego tlenu w wodzie
brak materii organicznej w wodzie
brak jakichkolwiek środków utleniających w wodzie
po zmiękczeniu sodu wzrośnie całkowita zasadowość i sucha pozostałość.
silne utleniacze, takie jak kwas azotowy, mogą powodować silną reakcję
substancje zawieszone w wodzie źródłowej do 8 mg/l
barwa wody źródłowej do 30 0 C
zmętnienie wody źródłowej do 6 mg/l
Twardość całkowita wody źródłowej do 15 mg eq/l

Poniżej przedstawiono metody obliczania pojemności wymiennej i innych parametrów wymieniacza kationowego.

Roboczą pojemność wymienną wymieniacza kationowego E f g÷eq/m3 można wyrazić wzorem:

mi fa = Q x F; Ep = Ep x Vk.

Objętość żywicy kationowymiennej załadowanej do filtra w stanie spęcznionym wyraża się wzorem:

Wzór na określenie roboczej pojemności wymiennej wymieniacza kationowego ep, g÷eq/m3:

ер = Q x Ж/S x h;

gdzie F jest twardością wody źródłowej, g÷eq/m3; Q - ilość wody zmiękczonej, m2; S to powierzchnia filtra kationowymiennego, m2; h jest wysokością warstwy kationitu, m.

Wyznaczając prędkość ruchu wody w wymieniaczu kationowym jako v k, ilość wody zmiękczonej Q można wyznaczyć korzystając ze wzoru:

Q = v k x S x Tk = ер x S x h / Ж;

skąd można obliczyć czas pracy filtra kationowymiennego Tk:

Tk = ер x h/v k x Ж.

Możliwe jest również obliczenie pojemności wymiennej wymieniacza kationowego za pomocą wykresów korelacyjnych.

W oparciu o przybliżone dane praktyczne Twój filtr będzie w stanie oczyścić nie więcej niż 1500 litrów. woda. Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, musisz znać ilość (objętość) żywicy w filtrze i roboczą pojemność wymienną żywicy (w przypadku żywic kationowymiennych pojemność robocza waha się od 600 do 1500 mg-eq/l). Znając te dane, możesz łatwo obliczyć dokładną ilość zmiękczonej wody, korzystając z podanych wzorów.