- •Иониты в водоподготовке и водоотведении
- •Введение
- •1. Иониты и ионный обмен
- •1.1. Общие свойства ионитов
- •1.2. Классификация ионитов
- •1.3. Органические синтетические иониты
- •1.4. Неорганические иониты
- •2. Основные физико-химические свойства ионитов
- •2.1. Обменная емкость
- •2.2. Ионизация ионитов
- •2.3. Сольватационные свойства ионитов
- •2.4. Способность ионитов к регенерации
- •3. Применение ионообменных материалов
- •3.1. Умягчение природной воды
- •3.2. Обессоливание природных вод
- •3.3. Обескислороживание воды редокситами
- •3.4. Нейтрализация кислотно-щелочных стоков
- •3.5. Получение оловянной кислоты и двуокиси олова из отходов производства
- •3.6. Утилизация аммиака
- •3.7. Очистка сточных вод гальванических производств
- •3.8. Очистка воды от поверхностно-активных веществ
- •1 ‑ Адсорбер с анионитом; 2, 3 ‑ баки раствора нс1;
- •4 ‑ Бак раствора щелочи; 5 ‑ электродиализная установка
- •3.9. Ионообменная очистка и возврат в производство
- •3.10. Применение ионитов для защиты воздушной среды
- •3.11. Антимикробная обработка воздуха
- •Библиографический список
- •Иониты в водоподготовке и водоотведении
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Иониты в водоподготовке и водоотведении
Методические указания
к внеаудиторной самостоятельной работе по дисциплине
«Химия и микробиология воды» для студентов дневной (3 курс)
и заочной (4 курс) форм обучения по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение»
Воронеж 2012
УДК 544.723.21
ББК 24.5
Составители Г.В. Славинская, О.В. Куренкова
Иониты в водоподготовке и водоотведении: метод. указания к внеаудиторной самостоятельной работе по дисциплине «Химия и микробиология воды» для студ. дневной (3 курс) и заочной (4 курс) форм обучения спец. 270112 / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т.; сост.: Г.В. Славинская, О.В. Куренкова. - Воронеж, 2011. – 34 с.
Приведены данные о неорганических ионообменных материалах природного происхождения, а также органических ионитах, полученных синтезом мономеров. Описаны их наиболее существенные свойства, знание которых необходимо для практического применения ионитов в технологии водоподготовки и при очистке сточных вод. Даны примеры использования сорбентов с целью предотвращения загрязнения окружающей среды, извлечения ценных компонентов из сточных вод, умягчения и обессоливания воды.
Предназначены для студентов, аспирантов, магистрантов, обучающихся по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».
Ил. 6 . Табл. 1. Библиогр.: 9 назв.
УДК 544.723.21
ББК 24.5
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Рецензент – В.Н. Яценко., канд. биол. наук, доцент кафедры гидравлики,
водоснабжения и водоотведения Воронежского ГАСУ
Введение
Впервые явление ионного обмена обнаружили англичане Г. Томпсон и Д. Уэй в 1850 году. Они обнаружили, что почва (R-Ca) поглощает ионы аммония из минерального удобрения «сульфат аммония». При этом в сосуде, где проводилась реакция, образовался сульфат кальция (гипс):
R-Ca + (NH4)2SO4 ⇄ R-(NH4)2 + CaSO4.
Из этого явления следовало, что ионы аммония вытеснили из почвы ионы кальция. Позже Д. Уэй показал, что способность почвы обменивать ионы обусловлена присутствием глинистой фракции. Он провел соосаждение силикатов натрия и алюминия, впервые получив синтетический алюмосиликат, способный к обмену ионов.
Процесс перераспределения ионов между раствором и сорбентом назвали ионным обменом. Материалы, способные обменивать ионы, назвали ионитами. Иониты как органические, так и неорганические широко распространены в природе, а также синтезированы человеком.
Это явление имеет большое практическое значение. Обнаруженный ионообменный процесс интересовал также специалистов по водообработке (в связи с умягчением воды для паровых котлов) и сахароварению. Ионный обмен вначале изучался на естественных объектах – почвах и грунтах, глинах, глауконитовых песках и цеолитах. Позднее Гармс, Рюмпель и Ганс получили синтетические цеолиты, пригодные для умягчения воды и удаления из сахарных соков солей кальция, магния и других нежелательных примесей.
В 30-е годы прошлого столетия нашли широкое применение иониты на основе углей - главным образом сульфированных. Они обладали по сравнению с природными материалами большей химической стойкостью в кислых средах, но были неустойчивы в щелочах. Значительно расширился ассортимент ионообменников, когда удалось синтезировать неорганические алюмосиликатные иониты - пермутиты.
Переломным моментом в истории исследования и применения ионитов стал 1935 год, когда Адамсон и Холмс получили органические ионообменники, способные к обмену катионов и анионов. Этот факт открыл ученым возможность создания ионообменных материалов с заданными свойствами применительно к конкретным условиям решаемой технологической задачи.
К дальнейшим успехам в синтезе ионитов следует отнести получение ионообменных мембран, ионитов с окислительно - восстановительными свойствами, сорбентов с непоглощающим плотным ядром и сорбирующим периферийным слоем и т.д.
Ионный обмен занимает прочные позиции в науке и технике. Трудно перечислить все области его применения. Однако следует особо отметить первостепенное значение ионного обмена в технологии получения аминокислот, полипептидов, белков, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, выделения и очистки антибиотиков, витаминов, гормонов, алкалоидов и других биопрепаратов и лекарственных веществ.
Применение ионитов позволило производить глубокую очистку жидкостей - деминерализацию воды в тепло- и атомной энергетике; удаление из сточных вод вредных веществ, а также улавливание ценных компонентов с целью возвращения их в производство; регенерацию отработанных электролитов гальванических цехов; получение кислот и щелочей из солей, а также солей заданного состава.
Большую роль играют иониты при извлечении металлов в процессе комплексной гидрометаллургической переработки сложных по составу и бедных руд и океанических вод, а также галогенидов из растворов; тонкого препаративного и промышленного разделения смесей металлов с близкими свойствами (редкоземельные элементы, цирконий, гафний и др.).
Велики достижения ионного обмена в области контроля и технологии органических и неорганических веществ. В химическом анализе с помощью ионного обмена производят концентрирование следов определяемых компонентов, удаление мешающих анализу ионов, тонкое разделение близких по свойствам соединений, что дает возможность затем определять содержание каждого из них любыми независимыми методами. В пищевой промышленности иониты используются в производстве пищевых кислот (лимонной, молочной, винной и др., а также для стабилизации вин путем извлечения азотсодержащих веществ и т.п.).
Активному внедрению ионного обмена в промышленность способствует простота аппаратурного оформления сорбционного процесса, который осуществляется путем фильтрования раствора через слой зернистого материала или контактирует с ионообменными мембранами при нормальных значениях температуры и давления.