Ионообменные смолы

Технология ионного обмена позволяет использовать в качестве основы разные материалы. Раньше это были цеолиты, кремнеалюминаты, но ионообменные смолы по ряду причин получили наибольшее распространение.

Структура ионообменных смол

Ионообменные смолы — иониты в зернистой форме. Это синтетические органические соединения в форме гранул, небольших шариков, диаметр которых составляет от 0,3 до 1,5 мм. Основной материал для их производства: акрил, полистирол и фенолформальдегиды. Это полимерный каркас ионита, который образуется в ходе полимеризации (в первых двух случаях) или поликонденсации (в последнем случае).

В молекулярной структуре смолы находятся радикалы основного или кислого типа. Находящиеся на них ионы способны замещаться ионами одноименного знака из раствора, который контактирует с ионитом. При этом внешний вид смолы не изменяется, равно как и ее свойства — процесс при определенных условиях носит обратимый характер, смолу можно восстановить до первоначального состояния.

Именно радикалы определяют, какими свойствами будет обладать ионообменная смола:

• анионит или анионообменная смола — обменивается анионами. Радикал NH³⁺;
• катионит или катионообменная смола — обменивается катионами. Радикалы HCO₂^-, HSO₃^-.

Качественные характеристики

Ионообменные смолы обладают разными свойствами, что делает возможным их тонкий подбор для конкретных целей водоподготовки в зависимости от химического состава исходной воды. При рассмотрении характеристик ионообменников оперируют следующими терминами:

• емкость ионита. Также встречается другой термин — ионообменная способность. Количество ионов, способных к обмену на единицу массы или объема ионообменной смолы. Различают полную и полезную емкости. Полная характеризует теоретический максимум, полезная — определяет предел практического применения материала в конкретных условиях с учетом допустимого количества проскоков ионов и т.п;
• объемная нагрузка. Соотношение объема раствора к объему смолы за единицу времени. Позволяет определить периодичность регенерации;
• поток ионов. Произведение объемной нагрузки на солесодержание раствора;
• проскок ионов. Содержание извлекаемых ионов в воде, прошедшей обработку;
• пробой ионита. Допустимый проскок ионов, после которого дальнейшая обработка нецелесообразна;
• истирание ионообменной смолы. Износ частиц ионита вследствие трения друг о друга.

Рассматривая в качестве ионита несколько вариантов смол, отдавать предпочтение необходимо тем, которые соответствуют следующим требованиям:

• механическая прочность частиц ионита. Под этим понимается стойкость к истиранию, образованию трещин и раскалыванию;
• смола должна оказывать минимальное влияние на напор раствора. Для этого подбирают материал с микросферами диаметром 0,3-1,2 мм. Если режим работы станции противоточный, а слои смолы статичны, тогда предпочтение отдают сферам одинакового диаметра;
• частицы смолы должны быть стойкими к высаливанию. Т.е. ионит не должен являться источником вторичного загрязнения раствора остатками полимеризации. Это особенно актуально для пищевой промышленности и в сферах, где необходима очень чистая вода.

Ионообменные смолы нельзя применять в случае присутствия в обрабатываемой воде следующих веществ:

• эмульсий, коллоидов, суспензий;
• растворенных органических веществ;
• большого количества растворенных газов;
• сильных окислителей, включая озон и хлор.

Разновидности смол

Как мы говорили ранее, в зависимости от знака ионов, участвующих в обмене, различают катиониты и аниониты. Остановимся на каждом из этих видов подробнее.

Катиониты

В зависимости от типа радикала катионообменники бывают сильнокислотными и слабокислотными.

В сильнокислотных катионообменных смолах важная роль отводится радикалам HSO₃^-. Этот материал сегодня представлен преимущественно сульфополистирольными смолами. Сильнокислотные катиониты работают в отношении любых катионов.

Слабокислотные катиониты изготовлены на основе полиакрила. Радикалы — COOH-. Такие иониты находят широкое применение в станциях умягчения воды по следующим причинам:

• связываются только с Ca²⁺, Mg²⁺ и Na⁺ в составе бикарбонатов. При этом взаимодействие с этими же катионами, но в равновесии с анионами сильных кислот невозможно. Речь о растворах с сульфатами, хлоридами и нитратами;
• хорошо восстанавливаются с помощью растворов для регенерации.

Все вышеперечисленное также отличает слабокислотные катиониты от сильнокислотных.

Аниониты

Среди анионообменных смол также есть слабо- и сильноосновные. Первые способны связывать кислотные остатки только слабых кислот, например, борной или угольной. Тогда как сильноосновные аниониты могут связывать любые кислотные остатки.

Слабоосновные ионообменные смолы производят на основе полистирола или полиакрила. Это третичные амины. Такие иониты легко поддаются восстановлению.

Сильноосновные анионообменные смолы — четвертичные амины. В качестве базы для таких материалов используют полистирол или полиакрил. Различают 2 типа таких смол:

• тип 1. Ионогенная группа — триметиламмоний. Отличается сильной основностью, имеет высокое сродство к CO₂ и SiO₂, имеет небольшую емкость и плохо восстанавливается при регенерации;
• тип 2. Ионогенная группа диметилэтаноламмония. Менее основный и химически стойкий, чем тип 1, но более емкий и эффективный при восстановлении.

Для сравнения смол по полной емкости удобно использовать следующую таблицу.

Тип смолы	Ориентировочное значение полной емкости, мг*экв/дм3
Сильнокислотный катионит	1400-2200
Слабокислотный катионит	3500-4200
Сильноосновный анионит	1200-1400 для типа 1 и 1300-1500 для типа 2
Слабоосновный анионит	1400-2000

Нужна ионообменная смола с конкретными характеристиками? Мы поможем определиться с выбором. Также подберем станцию водоочистки с разной степенью автоматизации по доступной цене. Обращайтесь за помощью в чат или по телефонам, указанным в шапке сайта.