Основные физико-химические характеристики ионитов

Основными свойствами ионитов, определяющими их качество как сорбентов, являются емкость, кислотно-основные свойства, селективность, набухаемость, химическая стойкость, механическая прочность.

Под емкостью понимают способность ионита обменивать противоионы. Емкость определяется числом ионогенных групп в ионите и поэтому теоретически является постоянной величиной. Однако практически она зависит от ряда условий. Различают статическую обменную емкость (СОЕ) и динамическую обменную емкость (ДОЕ). Статическая обменная емкость – полная емкость, характеризующая общее число ионогенных групп в миллиэквивалентах, приходящихся на единицу массы воздушно-сухого или на единицу объема набухшего ионита.

По кислотно-основным свойствам иониты делят на группы:

1) сильнокислотные катиониты (–SO H),

2) слабокислотные катиониты (–OH, –COOH, –SiOH),

3) слабоосновные аниониты (–NH , =NH, N ),

4) сильноосновные аниониты ,

5) полифункциональные иониты, в том числе амфолиты (амфотерные).

Характерным свойством ионитов является набухаемость при контакте сухого ионита с раствором. Особенно сильно набухают синтетические ионообменные смолы.

Набухание непосредственно связано с кинетическими характеристиками ионитов, особенно органических. Оно увеличивает скорость ионного обмена. При обсуждении кинетики процесса ионного обмена обычно рассматривают пять его стадий с учетом взаимной диффузии противоионов:

1) диффузия адсорбирующихся ионов из раствора к поверхности нонита,

2) диффузия внутри зерна ионита,

3) обмен ионов,

4) диффузия замещенных ионов к поверхности ионита,

5) диффузия от поверхности ионита в раствор.

Наиболее медленной является стадия диффузии внутри зерен ионита. Она и определяет, главным образом, скорость ионного обмена. Диффузия в растворе может быть ускорена, например, с помощью перемешивания. Скорость же диффузии внутри зерна может быть увеличена, если уменьшить его размеры и повысить температуру. Для увеличения скорости ионного обмена уменьшают степень сшивки полимера при его синтезе (увеличивается набухание) и придают ионитам макропористую структуру путем введения при синтезе растворителей, которые затем удаляют из образовавшихся пор вымыванием или нагреванием. В зависимости от природы ионитов и обменивающихся ионов, а также от их концентрации время установления ионообменного равновесия колеблется от нескольких минут до нескольких суток.

Важными характеристиками ионитов являются их химическая стойкость и механическая устойчивость. Практически ценной характеристикой является стойкость к кислотам, щелочам и окислителям, под действием которых может разрушаться структура ионита. Химическая стойкость оценивается по потере обменной емкости. Механическую прочность ионитов определяют по изменению фракционного состава после определенного числа циклов адсорбции-десорбции или после встряхивания на вибрационном аппарате [4].