Физико-химические свойства и методы

Определение емкости можно  отнести и к единице объема набухшего слоя ионита. Обменная емкость, полученная в статических условиях, когда навеску ионита помещают в  раствор насыщающего иона определенной концентрации и выдерживают при  встряхивании до полного насыщения  ионита, называется статической ( СОЕ ). Величина ее отличается от величины обменной емкости, полученной в динамических условиях при пропускании насыщающего раствора через колонку с ионитом. Динамическая обменная емкость характеризуется двумя показателями: динамической обменной емкостью до проскока (ДОЕ) и полной динамической емкостью (ПДОЕ). ДОЕ представляет собой емкость ионита,определяемую по появлению данного иона в вытекающем из колонки растворе. ПДОЕ определяется по полному прекращению извлечения данного иона из раствора. ДОЕ определяется площадью прямоугольника, основанием которого является объем раствора, вытекающего из колонки до наступления проскока иона, а высотой - исходная концентрация обменивающегося иона. ПДОЕ выражается площадью над выходной хроматографической кривой.

ДОЕ всегда меньше, чем полная динамическая обменная ем-кость, и зависит от ряда факторов: от типа ионита, состава раствора, размера зерен ионита и скорости протекания раствора.

От вида функциональных групп, входящих в состав ионита, зависит, насколько сильно выражены кислотные  или основные его свойства. В зависимости  от этого различают четыре группы ионитов.

1. Сильнокислотные катиониты имеют в качестве функциональных групп сульфогруппу - SO3- и фосфорную группу - РО3- . Они используются в кислых, нейтральных и щелочных средах. Это сульфокислотные катиониты полистирольного типа марок КУ - 2, КУ-23, СДВ, СБС. К фосфорнокислым относятся катиониты марок КФ - 2, КФ - 11. Катиониты полистирольного типа выпускаются в виде сферических гранул и имеют либо янтарную, либо светло-желтую окраску.

Катиониты фенольного типа, например, КУ - 1, окрашены в черный цвет, их частицы имеют неправильную форму. Такие катиониты бифункциональны, т.е. наряду с группой - SO3- имеют в  своем составе группу -ОН- . Преимущество полистирольных катионитов - их монофункциональность, высокая обменная емкость, высокая термическая устойчивость.

2. Слабокислотные катиониты  имеют в качестве функцио-нальных групп карбоксильные группы - СОО- , - ОН- . Это катиониты марок КБ - 1, КБ - 4, КФУ - 1. Катиониты с карбоксильными группами окрашены в белый или светло-зеленый цвет. Важным свойством подобных катионитов является их высокое сродство к иону водорода. Даже небольшого количества разбавленной соляной кислоты достаточно для полной регенерации катионита. Слабокислотные катиониты работают в щелочных и нейтральных средах.

3. Сильноосновные (высокоосновные) аниониты имеют в качестве  функциональных групп четвертичные  аммониевые группы. Это аниониты  марок АВ - 16, АВ - 17, АВ - 18, АВ - 20. Они  могут применяться для хроматографирования в кислых, щелочных и нейтральных средах. Сильноосновные аниониты имеют желтую или светло-желтую окраску. Они часто используются для разделения большинства ионов металлов. Ионы щелочных, щелочноземельных, редкоземельных элементов, алюминия, никеля, меди и др. не сорбируются анионитами при любой концентрации соляной кислоты. Остальные ионы металлов в пределах концентрации НСl от 0,1 до 12 моль/ л сорбируются анионитами в различной степени, т.к. образуют анионные хлоркомплексы, имеющие сильно отличающиеся константы нестойкости.

4. Слабоосновные (низкоосновные) аниониты в качестве функциональных групп имеют аминогруппы разной степени замещения : - NH2+, = NH+,  N+. Это аниониты марок АН - 2Ф, АН - 1,

АН - 23 и др. Они работают в кислых и нейтральных средах. Анионит ЭДЭ - 10 П содержит несколько активных аминогрупп вторичного, третичного и четвертичного аммониевых оснований. Поэтому он обладает и слабоосновными, и в некоторой степени сильноосновными свойствами.

Синтетические иониты нашли  широкое применение в различных областях промышленности:

В водоподготовке - для умягчения  воды, для обессоливания морской  воды;

В гидрометаллургии и гальванотехнике - для селективного извлечения ценных металлов из производственных растворов  и сточных вод (например, для извлечения Ni2+, Co2+, Zn2+, Cu2+ из сбросных вод электролизных  цехов различных предприятий);

В пищевой и гидролизной  промышленности ( например, для очистки плодово-ягодных соков и сахаросодержащих растворов, в производстве дрожжей, для очистки глюкозы, желатина и т.д.);

Рассмотренные области применения ионообменных смол не исчерпывают всего  многообразия, однако они показывают широкие возможности, которые открывают  использование ионитов в аналитической  химии и технологии.