Fig. Comparația dintre PDOE dinamic total și capacitatea de schimb dinamic a DOE. Zona umbrită A corespunde DOE, iar întreaga zonă de deasupra curbei, ținând cont de scurgerea de sare, corespunde PDOE
Selectivitate
Selectivitatea este înțeleasă ca abilitatea de a absorbi selectiv ionii din soluții de compoziție complexă. Selectivitatea este determinată de tipul grupelor ionogene, numărul de legături încrucișate ale matricei schimbătorului de ioni, dimensiunea porilor și compoziția soluției. Pentru majoritatea schimbătoarelor de ioni, selectivitatea este scăzută, dar au fost dezvoltate probe speciale care au o capacitate mare de a extrage anumiți ioni.
Putere mecanică
Indică capacitatea schimbătorului de ioni de a rezista la solicitări mecanice. Schimbătoarele de ioni sunt testate pentru abraziune în mori speciale sau după greutatea unei sarcini care distruge un anumit număr de particule. Toate schimbătoarele de ioni de polimerizare au rezistență ridicată. Pentru cele cu policondens este semnificativ mai mic. Creșterea gradului de reticulare a polimerului crește rezistența acestuia, dar înrăutățește rata de schimb ionic.
Stabilitate osmotică.
Cea mai mare distrugere a particulelor schimbătoare de ioni are loc atunci când caracteristicile mediului în care sunt situate se modifică. Deoarece toate schimbătoarele de ioni sunt geluri structurate, volumul lor depinde de conținutul de sare, pH-ul mediului și forma ionică a schimbătorului de ioni. Când aceste caracteristici se modifică, volumul de boabe se modifică. Datorită efectului osmotic, volumul de cereale în solutii concentrate mai puțin decât în cele diluate. Cu toate acestea, această schimbare nu are loc simultan, ci pe măsură ce concentrațiile soluției „noii” se nivelează în volumul de cereale. Prin urmare, stratul exterior se contractă sau se extinde mai repede decât miezul particulei; Apar tensiuni interne mari și stratul superior se rupe sau întregul bob se desparte. Acest fenomen se numește „șoc osmotic”. Fiecare schimbător de ioni este capabil să reziste la un anumit număr de cicluri de astfel de modificări ale caracteristicilor mediului. Aceasta se numește puterea sa osmotică sau stabilitatea.
Cea mai mare modificare de volum are loc în schimbătoarele de cationi slab acide. Prezența macroporilor în structura granulelor schimbătorului de ioni crește suprafața de lucru, accelerează supraumflarea și face posibilă „respirația” straturilor individuale. Prin urmare, schimbătoarele de cationi puternic acide cu o structură macroporoasă sunt cele mai stabile osmotic, iar schimbătoarele de cationi slab acide sunt cele mai puțin stabile osmotic.
Stabilitatea osmotică este definită ca numărul de cereale integrale împărțit la numărul lor total inițial, după tratarea repetată (de 150 de ori) a unei probe de schimbător de ioni alternativ într-o soluție de acid și alcali cu spălare intermediară cu apă demineralizată.
Stabilitate chimică
Toate schimbătoarele de ioni au o anumită rezistență la soluțiile de acizi, alcaline și agenți oxidanți. Toate schimbătoarele de ioni de polimerizare au o rezistență chimică mai mare decât cele de policondensare. Schimbătoarele de cationi sunt mai rezistente decât schimbătoarele de anioni. Dintre schimbătorii de anioni, cei slab bazici sunt mai rezistenți la acizi, alcaline și agenți oxidanți decât cei puternic bazici.
Stabilitatea temperaturii
Stabilitatea la temperatură a schimbătoarelor de cationi este mai mare decât cea a schimbătoarelor de anioni. Schimbătoarele de cationi acizi slabi funcționează la temperaturi de până la 130 ° C, cele acide puternice precum KU-2-8 - până la 100-120 ° C și majoritatea schimbătoarelor de anioni - nu mai mult de 60, maxim 80 ° C. În acest caz , de regulă, schimbătoarele de ioni de formă H sau OH sunt mai puțin stabile decât cele cu sare.
Pagina 1
Capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi depinde de tipul de cationit, de gradul general de mineralizare a apei, de raportul și dimensiunea durității carbonatice și non-carbonate și de viteza de filtrare.
Capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi depinde de tipul de cationi captați din apă, de compoziția de sare a apei tratate, de pH % al apei, de înălțimea stratului de schimbător de cationi, de viteza de filtrare, de modul de funcționare. a filtrelor schimbătorului de cationi şi a consumului specific pentru regenerarea sării de masă.
Capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi depinde de tipul de cationi captați din apă, de raportul componentelor sărurilor din apa tratată, de valoarea pH-ului apei, de înălțimea stratului de schimbător de cationi, de viteza de filtrare, de modul de funcționare al filtrelor schimbătorului de cationi și consumul specific al reactivului de regenerare.
Capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi este o valoare variabilă care depinde de condițiile de funcționare, de compoziția apei sursei și de natura schimbătorului de cationi.
Capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi este influențată și de compoziția anionică a apei și de valoarea conținutului total de sare a acesteia. Influența acestor factori se manifestă în grade diferite pentru același schimbător de cationi în timpul cationizării H- și Na, precum și pentru schimbătoare de cationi diferite. Dacă în timpul cationizării Na compusul anionic nu are un efect semnificativ asupra capacității de schimb de lucru a cărbunelui sulfonat, atunci în timpul cationizării H devine crucial.
Se face o distincție între capacitatea de schimb completă și cea de lucru a schimbătorului de cationi. Acesta din urmă depinde de tipul schimbătorului de cationi, de caracterul complet al regenerării acestuia, de conținutul total de sare din apa sursă și de înălțimea stratului filtrant.
După ce capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi este epuizată, acesta își pierde capacitatea de a înmuia apa și trebuie regenerat.
Pentru a restabili capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi, este necesar să eliminați cationii reținuți din acesta, înlocuindu-i cu cationi de schimb. Procesul de restabilire a capacității de schimb a unui schimbător de cationi epuizat se numește regenerare. Datorită concentrației relativ mari de cationi de sodiu în soluția de regenerare, aceștia înlocuiesc cationii de calciu și magneziu absorbiți anterior.
Înălțimea stratului filtrant are o influență semnificativă asupra valorii capacității de schimb de lucru a schimbătorului de cationi. Pe măsură ce crește, timpul de contact al apei dedurizate cu schimbătorul de cationi crește și de aceea crește gradul de utilizare a acesteia.
Pentru a menține capacitatea normală de schimb de lucru a schimbătorului de cationi, acesta din urmă trebuie eliberat în mod regulat de fracțiuni fine.
Capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi este influențată de viteza de filtrare, afectând diferiți cationi în aceeași măsură, indiferent de natura lor. La rate mari de filtrare, capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi scade datorită scăderii duratei de contact dintre apă și schimbătorul de cationi. Totuși, în filtrele schimbătoare de cationi din prima etapă, unde viteza de filtrare de obicei nu depășește 15 - 20 m/h și înălțimea de încărcare este de 2 0 - 2 8 m, efectul vitezei asupra capacității de schimb de lucru este nesemnificativ. În filtrele schimbătoare de N-cationi din a doua etapă, viteza de filtrare atinge 30 - 50 m/h cu o înălțime a stratului de schimb de cationi de 1-5 m; de aceea, pentru ei, factorul de viteza este semnificativ si trebuie luat in considerare la calcularea acestor filtre.
În unele cazuri, capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi scade din cauza filtrării neuniforme a apei peste zona filtrului datorită formării de compactări locale în stratul schimbătorului de cationi sau acumulării neuniforme de contaminanți. În zonele compactate sau contaminate ale schimbătorului de cationi, rata de filtrare a apei este mai mică, drept urmare capacitatea sa de schimb este subutilizată, ceea ce duce la o scădere generală a acesteia pentru filtru. Viteza neuniformă de filtrare duce la pătrunderea prematură a apei dure în zonele cu viteze mari ale apei; acest factor provoacă, de asemenea, regenerarea neuniformă a secțiunilor individuale ale schimbătorului de cationi. Toate acestea conduc la o scădere a capacității totale de schimb de lucru a filtrului. O scădere a capacității de schimb de lucru poate apărea din cauza depunerii de carbonat de calciu pe granulele de rășină schimbătoare de cationi în instalațiile cu varare preliminară. Pentru a restabili capacitatea de schimb de lucru a filtrului, depozitele formate pe boabele schimbătorului de cationi trebuie îndepărtate prin spălarea acestuia cu o soluție de acid clorhidric.
Odată cu creșterea vitezei de filtrare, capacitatea de schimb de lucru a schimbătorului de cationi scade.
Schimb de ioni– procesul de schimb de ioni de matrice solidă ( ionit ) cu ioni de apă.
Schimbul de ioni este una dintre principalele metode de purificare a apei de contaminanți ionici, desalinizarea profundă a apei. Prezența unei varietăți de materiale schimbătoare de ioni face posibilă rezolvarea problemelor de purificare a apei pentru diverse compoziție chimică cu randament ridicat. Aceasta este singura metodă care face posibilă extragerea selectivă a anumitor componente dintr-o soluție, de exemplu, săruri de duritate și metale grele.
ioniti – substanțe solide insolubile care conțin grupări funcționale (ionogene) care sunt capabile de ionizare în soluții și schimb de ioni cu electroliți. În timpul ionizării grupărilor funcționale apar două tipuri de ioni: unii sunt atașați rigid de cadrul (matricea) schimbătorului de ioni R, alții sunt de semn opus (contraioni), capabili să treacă în soluție în schimbul unui echivalent. cantitatea de alți ioni de același semn din soluție.
Schimbătoarele de ioni sunt împărțite în funcție de proprietățile grupurilor ionogene în patru tipuri principale:
- amfoliți;
- schimbătoare selective de ioni.
După natura matricei, acestea sunt împărțite în:
- schimbătoare de ioni anorganici;
- schimbătoare de ioni organici.
Schimbătoare de cationi– schimbătoare de ioni cu anioni sau grupări schimbătoare de anioni fixate pe matrice, schimbând cationi cu mediul extern.
Dacă schimbătorul de cationi a fost sub formă de hidrogen H + -, atunci toți cationii prezenți în apă sunt extrași. Soluția purificată este acidă.
Când o soluție care conține un amestec de cationi, cum ar fi Na, Ca, Mg, Fe (apa naturală), trece prin schimbătorul de cationi, în stratul său se formează fronturi de sorbție ale fiecărui cation și are loc pătrunderea lor non-simultană în filtrat. Purificarea este finalizată când ionul principal extractibil sau controlat apare în filtrat.
Schimbătoare de anioni– schimbătoare de ioni cu cationi sau grupări schimbătoare de cationi fixate pe matrice, schimbând anioni cu mediul extern.
Dacă schimbătorul de anioni se află în formă de hidroxil OH – -, atunci, de regulă, se furnizează o soluție pentru purificarea de anioni după contactul cu schimbătorul de cationi în formă H + -, care are o reacție acidă.
În acest caz, toți anionii prezenți în soluție sunt extrași. Soluția purificată are o reacție neutră.
Când o soluție care conține un amestec de anioni, cum ar fi CI, SO4, PO4, NO3, este trecută printr-un schimbător de anioni, în stratul său se formează fronturi de sorbție ale fiecărui ion și are loc pătrunderea lor nesimultană în filtrat. Purificarea apei se termină când ionul extractibil apare în filtrat.
Amfoliți conțin grupuri fixe schimbătoare de cationi și schimbători de anioni și, în anumite condiții, acționează fie ca schimbător de cationi, fie ca schimbător de anioni. Folosit pentru prelucrarea soluțiilor tehnologice.
Schimbătoare selective de ioni conţin grupări ionogene special selectate care au o afinitate mare pentru unul sau un grup de ioni. Ele pot fi folosite pentru purificarea apei din anumiți ioni, precum bor, metale grele sau radionuclizi.
Principalele caracteristici ale schimbătorilor de ioni sunt:
- capacitatea de schimb;
- selectivitate;
- Putere mecanică;
- stabilitate osmotică;
- stabilitate chimică;
- stabilitatea temperaturii;
- compoziție granulometrică (fracțională).
Capacitate de schimb
Pentru a caracteriza cantitativ proprietățile de schimb de ioni și de sorbție ale schimbătoarelor de ioni se folosesc următoarele mărimi: capacitatea totală, dinamică și de lucru.
Capacitate totală de schimb(POE) este determinată de numărul de grupe funcționale capabile de schimb ionic per unitate de masă a schimbătorului de ioni uscat sau umflat la aer și este exprimat în mEq/g sau mEq/L. Este o valoare constantă, care este indicată în pașaportul schimbătorului de ioni și nu depinde de concentrația sau natura ionului schimbat. POE se poate modifica (scădea) din cauza expunerii termice, chimice sau la radiații. În condiții reale de funcționare, POE scade în timp din cauza îmbătrânirii matricei schimbătoare de ioni și a absorbției ireversibile a ionilor otrăvitori (organici, fier etc.) care blochează grupele funcționale.
Capacitatea de schimb de echilibru (static) depinde de concentrația de ioni în apă, pH și raportul dintre volumele schimbătorului de ioni și soluția în timpul măsurătorilor. Necesar pentru efectuarea calculelor proceselor tehnologice.
Capacitate de schimb dinamic (DEC) cel mai important indicator în procesele de tratare a apei. În condiții reale de utilizare repetată a unui schimbător de ioni în ciclul de sorbție-regenerare, capacitatea de schimb nu este utilizată integral, ci doar parțial. Gradul de utilizare este determinat de metoda de regenerare și de consumul agentului de regenerare, timpul de contact al schimbătorului de ioni cu apa și cu agentul de regenerare, concentrația de sare, pH-ul, proiectarea și hidrodinamica aparatului utilizat. Figura arată că procesul de purificare a apei se opreșteut la o anumită concentrație a ionului limitator, de regulă, cu mult înainte ca schimbătorul de ioni să fie complet saturat. Numărul de ioni absorbiți în acest caz, corespunzător ariei dreptunghiului A, împărțit la volumul schimbătorului de ioni, va fi DOE. Numărul de ioni absorbiți corespunzător saturației complete atunci când străpungerea este 1, corespunzător sumei DEC și aria figurii umbrite deasupra curbei în formă de S, se numește capacitatea totală de schimb dinamic (TDEC). În procesele tipice de tratare a apei, DFU nu depășește de obicei 0,4-0,7 PFU.
Selectivitate. Selectivitatea este înțeleasă ca abilitatea de a absorbi selectiv ionii din soluții de compoziție complexă. Selectivitatea este determinată de tipul grupelor ionogene, numărul de legături încrucișate ale matricei schimbătorului de ioni, dimensiunea porilor și compoziția soluției. Pentru majoritatea schimbătoarelor de ioni, selectivitatea este scăzută, dar au fost dezvoltate probe speciale care au o capacitate mare de a extrage anumiți ioni.
Putere mecanică arată capacitatea schimbătorului de ioni de a rezista la solicitări mecanice. Schimbătoarele de ioni sunt testate pentru abraziune în mori speciale sau după greutatea unei sarcini care distruge un anumit număr de particule. Toate schimbătoarele de ioni de polimerizare au rezistență ridicată. Pentru cele cu policondens este semnificativ mai mic. Creșterea gradului de reticulare a polimerului crește rezistența acestuia, dar înrăutățește rata de schimb ionic.
Stabilitate osmotică. Cea mai mare distrugere a particulelor schimbătoare de ioni are loc atunci când caracteristicile mediului în care sunt situate se modifică. Deoarece toate schimbătoarele de ioni sunt geluri structurate, volumul lor depinde de conținutul de sare, pH-ul mediului și forma ionică a schimbătorului de ioni. Când aceste caracteristici se modifică, volumul de boabe se modifică. Datorită efectului osmotic, volumul de cereale în soluțiile concentrate este mai mic decât în cele diluate. Cu toate acestea, această schimbare nu are loc simultan, ci pe măsură ce concentrațiile soluției „noii” se nivelează în volumul de cereale. Prin urmare, stratul exterior se contractă sau se extinde mai repede decât miezul particulei; Apar tensiuni interne mari și stratul superior se rupe sau întregul bob se desparte. Acest fenomen se numește „șoc osmotic”. Fiecare schimbător de ioni este capabil să reziste la un anumit număr de cicluri de astfel de modificări ale caracteristicilor mediului. Aceasta se numește puterea sa osmotică sau stabilitatea. Cea mai mare modificare de volum are loc în schimbătoarele de cationi slab acide. Prezența macroporilor în structura granulelor schimbătorului de ioni crește suprafața de lucru, accelerează supraumflarea și face posibilă „respirația” straturilor individuale. Prin urmare, schimbătoarele de cationi puternic acide cu o structură macroporoasă sunt cele mai stabile osmotic, iar schimbătoarele de cationi slab acide sunt cele mai puțin stabile osmotic. Stabilitatea osmotică este definită ca numărul de cereale integrale împărțit la numărul lor total inițial, după tratarea repetată (de 150 de ori) a unei probe de schimbător de ioni alternativ într-o soluție de acid și alcali cu spălare intermediară cu apă demineralizată.
Stabilitate chimică. Toate schimbătoarele de ioni au o anumită rezistență la soluțiile de acizi, alcaline și agenți oxidanți. Toate schimbătoarele de ioni de polimerizare au o rezistență chimică mai mare decât cele de policondensare. Schimbătoarele de cationi sunt mai rezistente decât schimbătoarele de anioni. Dintre schimbătorii de anioni, cei slab bazici sunt mai rezistenți la acizi, alcaline și agenți oxidanți decât cei puternic bazici.
Stabilitatea temperaturii schimbătoarele de cationi sunt mai mari decât schimbătoarele de anioni. Schimbătoarele de cationi cu acizi slabi funcționează la temperaturi de până la 130 °C, tipul de acid puternic KU-2-8 - până la 100–120 °C, iar majoritatea schimbătoarelor de anioni - nu mai mult de 60, maxim 80 °C. În acest caz, de regulă, H- sau
Formele OH ale schimbătorilor de ioni sunt mai puțin stabile decât formele de sare.
Compoziția fracțională. Schimbătoarele de ioni de tip polimerizare sintetică sunt produse sub formă de particule sferice cu o dimensiune cuprinsă între 0,3 și 2,0 mm. Schimbătoarele de ioni cu policondensare sunt produse sub formă de particule zdrobite formă neregulată cu o dimensiune de 0,4–2,0 mm. Schimbătoarele standard de ioni de tip polimerizare au dimensiuni de la 0,3 la 1,2 mm. Dimensiunea medie a schimbătoarelor de ioni de polimerizare este de la 0,5 la 0,7 mm (Fig.). Coeficientul de eterogenitate nu este mai mare de 1,9. Acest lucru asigură o rezistență hidraulică acceptabilă a stratului. Pentru procesele în care schimbătoarele de ioni au fost utilizate într-un pat fluidizat, în URSS au fost produse sub formă de 2 clase de mărime: clasa A cu dimensiunea de 0,6–2,0 mm și clasa B cu dimensiunea de 0,3–1,2 mm.
În străinătate, folosind tehnologii speciale, se produc schimbătoare de ioni de tip monosferă Purofine, Amberjet, Marathon, care au particule cu un interval de dimensiuni foarte mic: 0,35 ± 0,05; 0,5 ± 0,05; 0,6 ± 0,05 (Fig.). Astfel de schimbătoare de ioni au o capacitate de schimb mai mare, stabilitate osmotică și mecanică. Straturile de schimbătoare de ioni monosferice au o rezistență hidraulică mai mică; straturile mixte de astfel de schimbătoare de cationi și anioni sunt mult mai bine separate.
| A | b |
Orez. Curbele de distribuție a dimensiunii particulelor pentru standard ( 1 ) și monosferice ( 2 ) ioniti ( A) și fotografii ale unor astfel de schimbătoare de ioni ( b)
Schimbul de ioni are loc pe acei adsorbanți care sunt polielectroliți (schimbătoare de ioni, schimbătoare de ioni, rășini schimbătoare de ioni).
Schimb de ioni este procesul de schimb echivalent de ioni găsiți într-un schimbător de ioni cu alți ioni de același semn găsiți în soluție. Procesul de schimb ionic este reversibil.
Schimbătoarele de ioni sunt împărțite în schimbătoare de cationi, schimbătoare de anioni și schimbătoare de ioni amfoteri.
Schimbătoare de cationi– substanţe care conţin în structura lor grupe fixe încărcate negativ (ioni fixaţi), în apropierea cărora se află cationi mobili (contraioni), care pot face schimb cu cationii în soluţie (Fig. 81).
Orez. 81. Modelul unei matrici polielectrolitice (cationit) cu anioni fiși și contraioni mobili, unde – sunt ioni fiși;
– coioni, – contraioni
Există schimbători de cationi naturali: zeoliți, permutiți, silicagel, celuloză, precum și artificiali: polimeri ionici insolubili solidi de înaltă moleculă, care conțin cel mai adesea grupări de acid sulfonic, acid carboxil, acid fosfinic, acid arsenic sau acid selenic. Mai puțin utilizate sunt schimbătoarele de cationi anorganici sintetici, care sunt cel mai adesea aluminosilicați.
Pe baza gradului de ionizare al grupărilor ionogene, schimbătoarele de cationi sunt împărțite în acid puternic și acid slab. Schimbătoarele de cationi acizi puternici sunt capabile să-și schimbe cationii mobili cu cationi externi în medii alcaline, neutre și acide. Schimbătorii de cationi slab acizi schimbă contraionii cu alți cationi numai într-un mediu alcalin. Cele puternic acide includ schimbătoare de cationi cu grupări acide puternic disociate – acizi sulfonici. Slab acizi includ schimbători de cationi care conțin grupări acide slab disociate - acid fosforic, carboxil, oxifenil.
Schimbătoare de anioni– schimbătoare de ioni, care conţin în structura lor grupări ionogene încărcate pozitiv (ioni fixaţi), în apropierea cărora se află anioni mobili (contraioni), care pot face schimb cu anionii în soluţie (Fig. 82). Există schimbători de anioni naturali și sintetici.
Orez. 82. Modelul unei matrice polielectrolitice (schimbător de anioni) cu cationi fiși și contraioni mobili, unde + sunt ioni fiși;
– coioni, – contraioni
Schimbătorii de anioni sintetici conțin grupări ionogene încărcate pozitiv în macromoleculele lor. Schimbătoarele de anioni slab bazici conțin grupări amino primare, secundare și terțiare; schimbătoarele de anioni puternic bazici conțin grupări de săruri și baze de oniu cuaternar (amoniu, piridiniu, sulfoniu, fosfoniu). Schimbătorii de anioni puternic bazici schimbă anioni mobili în medii acide, neutre și alcaline, în timp ce schimbătorii de anioni slab bazici schimbă anioni mobili numai în medii acide.
Schimbătoare de ioni amfoteri conţin atât grupări ionogene cationice cât şi anionice. Aceste schimbătoare de ioni pot absorbi atât cationi, cât și anioni simultan.
Caracteristica cantitativă a schimbătorului de ioni este capacitatea totală de schimb(POE). Determinarea POE poate fi efectuată printr-o metodă statică sau dinamică, bazată pe reacțiile care apar în sistemul „schimbător de ioni – soluție”:
RSO 3 – H + + NaOH → RSO 3 – Na + + H 2 O
RNH 3 + OH – + HCl → RNH 3 + Cl – + H 2 O
Capacitatea este determinată de numărul de grupări ionogene din schimbătorul de ioni și, prin urmare, teoretic ar trebui să fie o valoare constantă. Cu toate acestea, în practică, depinde de o serie de condiții. Există capacitatea de schimb statică (SEC) și capacitatea de schimb dinamic (DEC). Capacitatea de schimb static este capacitatea totală care caracterizează numărul total de grupări ionogene (în miliechivalenți) per unitate de masă a schimbătorului de ioni uscat la aer sau per unitate de volum a schimbătorului de ioni umflat. Schimbătoarele naturale de ioni au o capacitate mică de schimb static, care nu depășește 0,2-0,3 meq/g. Pentru rășinile schimbătoare de ioni sintetice se situează în intervalul 3-5 meq/g și uneori ajunge la 10,0 meq/g.
Capacitatea de schimb dinamică sau de lucru se referă numai la acea parte a grupurilor de ioni care participă la schimbul de ioni care are loc în condiții tehnologice, de exemplu, într-o coloană de schimb de ioni la o anumită viteză relativă de mișcare a schimbătorului de ioni și a soluției. Capacitatea dinamică depinde de viteza de mișcare, de dimensiunea coloanei și de alți factori și este întotdeauna mai mică decât capacitatea de schimb static.
Pentru determinarea capacității de schimb static a schimbătoarelor de ioni se folosesc diverse metode. Toate aceste metode se reduc la saturarea schimbătorului de ioni cu ceva ion, apoi înlocuirea acestuia cu un alt ion și analizarea primului în soluție. De exemplu, este convenabil să se transforme complet un schimbător de cationi în forma H + (contraionii sunt ioni de hidrogen), apoi se spală cu o soluție de clorură de sodiu și se titează soluția acidă rezultată cu o soluție alcalină. Capacitatea este egală cu raportul dintre cantitatea de acid care a trecut în soluție și porțiunea cântărită a schimbătorului de ioni.
În metoda statică, acidul sau alcaliul care apare în soluție ca urmare a adsorbției prin schimb de ioni este titrat.
În metoda dinamică, POE este determinat cu ajutorul coloanelor cromatografice. O soluție de electrolit este trecută printr-o coloană umplută cu o rășină schimbătoare de ioni și se înregistrează dependența concentrației ionului absorbit în soluția de ieșire (eluat) de volumul soluției trecute (curba de ieșire). POE este calculat folosind formula
 ,
| (337) |
Unde V total – volumul total de soluție care conține acid deplasat din rășină; Cu– concentrația acidă în această soluție; m– masa de rășină schimbătoare de ioni în coloană.
Constanta de echilibru a schimbului de ioni poate fi determinată din datele privind distribuția de echilibru a ionilor în condiții statice (starea de echilibru în timpul schimbului de ioni este descrisă de legea acțiunii masei), precum și printr-o metodă dinamică bazată pe viteza de mișcare a unei zone a unei substanțe de-a lungul unui strat de rășină (cromatografia cu eluent).
Pentru o reacție de schimb ionic
constanta de echilibru este
 ,
| (338) |
unde , este concentrația de ioni în schimbătorul de ioni; , – concentrația ionilor în soluție.
Folosind schimbătoare de ioni, este posibilă înmuierea apei sau desalinizarea apei saline și obținerea acesteia potrivită în scopuri farmaceutice. O altă aplicație a adsorbției cu schimb de ioni în farmacie este utilizarea acesteia în scopuri analitice ca metodă de extragere a unuia sau a altui analit din amestecuri.
Exemple de rezolvare a problemelor
1. Cărbune activ de 3 g a fost pus în 60 ml dintr-o soluție cu o concentrație a unei anumite substanțe de 0,440 mol/l Soluția cu adsorbantul a fost agitată până la stabilirea echilibrului de adsorbție, în urma căruia concentrația substanței a scăzut. până la 0,350 mol/l. Calculați cantitatea de adsorbție și gradul de adsorbție.
Soluţie:
Adsorbția se calculează folosind formula (325):
Folosind formula (326), determinăm gradul de adsorbție
2. Folosind datele date pentru adsorbția difenhidraminei pe suprafața cărbunelui, calculați grafic constantele ecuației Langmuir:
Calculați adsorbția difenhidraminei la o concentrație de 3,8 mol/L.
Soluţie:
Pentru a determina grafic constantele ecuației Langmuir, folosim forma liniară a acestei ecuații (327):
Să calculăm valorile 1/ A si 1/ Cu:
Construim un grafic în coordonatele 1/ A – 1/Cu(Fig. 83).
Orez. 83. Determinarea grafică a constantelor ecuației Langmuir
În cazul în care punctul X= 0 este situat în afara figurii, folosiți a doua cale y=ax+b. Mai întâi, selectați oricare două puncte situate pe o linie dreaptă (Fig. 83) și determinați coordonatele lor:
(·)1(0,15; 1,11); (·)2 (0,30; 1,25).
b= y 1 – ax 1 = 0,11 – 0,93 0,15 = 0,029.
Înțelegem asta b = 1/A¥ = 0,029 µmol/m2, prin urmare A¥ = 34,48 µmol/m2.
Constanta de echilibru de adsorbtie K este definită după cum urmează:
Să calculăm adsorbția difenhidraminei la o concentrație de 3,8 mol/l folosind ecuația Langmuir (327):
3. La studierea adsorbției acidului benzoic pe un adsorbant solid, s-au obținut următoarele date:
Soluţie:
Pentru a calcula constantele ecuației Freundlich, este necesar să folosiți forma liniară a ecuației (332), în coordonate log( h/t) – lg Cu izoterma arată ca o linie dreaptă.
Să găsim valorile lg cși lg x/m, inclus în ecuația Freundlich liniarizată.
| lg c | –2,22 | –1,6 | –1,275 | –0,928 |
| lg x/m | –0,356 | –0,11 | 0,017 | 0,158 |
Construim un grafic în coordonatele lg( h/t) – lg Cu(Fig. 84) .
Orez. 84. Determinarea grafică a constantelor ecuației Freundlich
De la punctul X= 0 este situat în afara figurii (84), folosim a doua cale determinarea coeficienților dreptei y=ax+b(Vezi „Blocul introductiv. Fundamentele prelucrării matematice a datelor experimentale”). Mai întâi, selectați oricare două puncte situate pe o linie dreaptă (de exemplu, punctele 1 și 2) și determinați coordonatele lor:
(·)1 (–2,0; –0,28); (·)2 (–1,0; 0,14).
Apoi calculăm panta folosind formula:
b=y 1 -topor 1 = –0,28 – 0,42 · (–2,0) = 0,56.
Constantele ecuației Freundlich sunt:
lg K = b= 0,56;K= 10 0,56 = 3,63;
1/n = a = 0,42.
Să calculăm adsorbția acidului benzoic la o concentrație de 0,028 mol/l folosind ecuația Freundlich (330):
4. Folosind ecuația BET, calculați suprafața specifică a adsorbantului din datele de adsorbție a azotului gazos:
Suprafața ocupată de o moleculă de azot într-un monostrat dens este de 0,08 nm2, densitatea azotului este de 1,25 kg/m3.
Soluţie:
Ecuația pentru izoterma de adsorbție polimoleculară a BET în formă liniară are forma (333)
Pentru a construi un grafic, determinăm valorile:
Construim un grafic în coordonate – p/p s(Fig. 85).
Folosim prima cale(Vezi „Blocul introductiv. Fundamentele prelucrării matematice a datelor experimentale”) determinarea coeficienților dreptei y=ax+b. Folosind graficul, determinăm valoarea coeficientului b, ca ordonată a unui punct situat pe o dreaptă a cărei abscisă este 0 ( X= 0): b= 5. Selectați un punct pe linie și determinați coordonatele acestuia:
(·)1 (0,2; 309).
Apoi calculăm panta:
Orez. 85. Determinarea grafică a constantelor ecuației izotermei de adsorbție polimoleculară BET
Constantele ecuației pentru izoterma de adsorbție polimoleculară a BET sunt:
; .
Rezolvând sistemul de ecuații, obținem A∞ = 6,6·10 –8 m 3 /kg.
Pentru a calcula valoarea limită a adsorbției, luăm A∞ la 1 mol:
.
Suprafața specifică a adsorbantului se găsește folosind formula (329):
5. Schimbător de cationi polistiren sulfonic în formă H + cântărind 1 g a fost adăugat la o soluție de KCl cu concentrația inițială Cu 0 = 100 eq/m 3 volum V= 50 ml și amestecul a fost menținut până la echilibru. Calculați concentrația de echilibru a potasiului în schimbătorul de ioni dacă constanta de echilibru a schimbului de ioni = 2,5 și capacitatea totală de schimb a schimbătorului de cationi POE = 5 mol-eq/kg.
Soluţie:
Pentru a determina constanta schimbului de ioni, folosim ecuația (338). În rășină, ionii H+ sunt schimbați cu un număr echivalent de ioni K
Masa schimbătorului de cationi sulfonici în forma H + este determinată prin formula (337):
Cantitatea totală de rășină schimbătoare de anioni în forma OH este egală cu:
Masa schimbătorului de anioni în forma OH – este determinată și prin formula (337):
6. Perioada de valabilitate a fost ridicată conform Protocolului nr. 5-94 al Consiliului Interstatal de Standardizare, Metrologie și Certificare (IUS 11-12-94)
7. EDIȚIA (ianuarie 2002) cu Amendament (IUS 3-91)
Acest standard se aplică schimbătoarelor de ioni și stabilește metode de determinare a capacității de schimb dinamic cu regenerarea completă a schimbătorului de ioni și cu un consum dat de substanță regenerantă.
Metodele implică determinarea cantității de ioni absorbiți din soluția de lucru per unitate de volum a schimbătorului de ioni umflat în timpul curgerii continue a soluției prin stratul schimbător de ioni.
1. METODA DE PRELEVARE
1. METODA DE PRELEVARE
1.1. Metoda de eșantionare este indicată în documentația de reglementare și tehnică pentru un anumit produs.
1.2. Pentru schimbătoarele de ioni în care fracția de masă a umidității este mai mică de 30%, se prelevează o probă (100 ± 10) g. Pentru umflare, proba se pune într-un pahar cu o capacitate de 600 cm și se umple cu o soluție saturată de clorură de sodiu, care ar trebui să acopere stratul schimbător de ioni în exces, ținând cont de umflarea acestuia. După 5 ore, schimbătorul de ioni este spălat cu apă distilată.
1.3. Pentru schimbătoarele de ioni cu o fracțiune de masă de umiditate mai mare de 30%, se ia o probă (150±10) g într-un pahar cu o capacitate de 600 cm3 și se adaugă 200 cm3 de apă distilată.
2. REACTIVI, SOLUȚII, VASOARE, DISPOZITIVE
Apă distilată în conformitate cu GOST 6709 sau apă demineralizată care îndeplinește cerințele GOST 6709.
Clorura de bariu conform GOST 742, grad de reactiv, soluție cu o fracție de masă de 10%.
Soluții de concentrație de clorură de calciu 2-apă, pură chimic (CaCl = 0,01 mol/dm (0,01 N) și (CaCl) = 0,0035 mol/dm (0,0035 N).
Acid clorhidric conform GOST 3118, chimic pur, soluții cu o fracție de masă de 5% și concentrații (HCl) = 0,5 mol/dm (0,5 N), (HCl) = 0,1 mol/dm (0,1 n.) și ( HCI) = 0,0035 mol/dm (0,0035 n.).
Acid sulfuric conform GOST 4204, chimic pur, soluții cu o fracție de masă de 1%, concentrație (HSO) = 0,5 mol/dm (0,5 N).
Hidroxid de sodiu conform GOST 4328, chimic pur, soluții cu o fracție de masă de 2, 4, 5%, concentrații (NaOH) = 0,5 mol/dm (0,5 N), (NaOH) = 0,1 mol/ dm (0,1 N), (NaOH) = 0,0035 mol/dm (0,0035 N).
Clorura de sodiu conform GOST 4233, grad chimic, soluție saturată și concentrație de soluție (NaCI) = 0,01 mol/dm (0,01 N).
Un indicator mixt, constând din roșu de metil și albastru de metilen sau roșu de metil și verde de bromocrezol, este preparat conform GOST 4919.1.
Indicatorul portocaliu de metil sau roșu de metil, soluție cu o fracție de masă de 0,1%, este preparată conform GOST 4919.1.
Indicatorul de fenolftaleină, soluție de alcool cu o fracție de masă de 1%, este preparată conform GOST 4919.1.
Absorbant chimic de var KhPI-1 conform GOST 6755 sau var sodic.
Tub (clorură de calciu) conform GOST 25336.
Pahar 1000 conform GOST 1770.
Cilindri conform GOST 1770, versiunile 1-4 cu o capacitate de 100 și 250 cm3 și versiunile 1, 2 cu o capacitate de 500 și 1000 cm3.
Ochelari B sau N conform GOST 25336 în orice design, cu o capacitate de 600 și 1000 cm.
Baloane Kn-1-250 conform GOST 25336.
Pipete 2-2-100, 2-2-25, 2-2-20 și 2-2-10 conform NTD.
Biurete conform NTD tipurile 1, 2, versiunile 1-5, clasele de precizie 1, 2, cu o capacitate de 25 sau 50 cm, cu o valoare a diviziunii de cel mult 0,1 cm și biurete tipurile 1, 2, versiunile 6, precizie clasele 1, 2, cu o capacitate de 2 sau 5 cm, cu o valoare de diviziune de cel mult 0,02 cm.
Baloane de măsurare din versiunile 1, 2 conform GOST 1770, clase de precizie 1, 2, capacitate 10, 25 și 100 cm.
Sită cu plasă de control 0315K conform GOST 6613 cu o carcasă cu diametrul de 200 mm.
Cupă ChKTs-5000 în conformitate cu GOST 25336 sau din material de polimerizare, suficientă pentru a plasa o sită în ea.
Instalația de laborator (vezi desen) constă dintr-o sticlă 1 și o coloană de sticlă 6 cu diametrul interior de (25,0 ± 1,0) mm și o înălțime de cel puțin 600 mm pentru determinarea capacității de schimb dinamic în condiții de regenerare completă a ionului. schimbător și un diametru interior de (16,0 ±0,5) mm și o înălțime de cel puțin 850 mm pentru determinarea în condițiile unui consum dat de substanță regenerantă. Un filtru de tip 7 FKP POR 250 HS conform GOST 25336 sau un alt dispozitiv de filtrare care este rezistent la acizi și alcaline, nu permite trecerea granulelor de rășină schimbătoare de ioni mai mari de 0,25 mm și are rezistență scăzută la filtrare este lipit în partea inferioară a coloana. Coloana este conectată la sticlă folosind un tub de sticlă 3 și un furtun de cauciuc 4 cu o clemă cu șurub 5. Pentru a preveni intrarea dioxidului de carbon din aer în soluția de hidroxid de sodiu, este instalat un tub de clorură de calciu 2 cu un absorbant KhPI-1. în dopul sticlei.
Amenajarea laboratorului
Este permisă utilizarea altor instrumente de măsurare cu caracteristici metrologice nu mai slabe decât cele indicate, precum și a reactivilor de calitate nu mai mică decât cele indicate.
3. METODA DE DETERMINARE A CAPACITĂȚII DE SCHIMB DINAMIC CU REGENERAREA COMPLETĂ A SCHIMBULUI DE IONI
3.1. Pregătirea pentru test
3.1.1. Pregătirea pentru testare se efectuează în conformitate cu GOST 10896 și după preparare schimbătorul de ioni este depozitat într-un balon închis sub un strat de apă distilată.
Schimbătorul de cationi de calitate KU-2-8chS și schimbătorul de anioni de calitate AB-17-8chS nu sunt pregătite pentru testare conform GOST 10896.
3.1.2. O probă a schimbătorului de ioni din balon sub formă de suspensie apoasă este transferată într-un cilindru cu o capacitate de 100 cm și stratul de schimbător de ioni este compactat prin lovire pe suprafața tare a fundului cilindrului până la oprirea contracției. . Volumul schimbătorului de ioni este ajustat la 100 cm3 și, folosind apă distilată, schimbătorul de ioni este transferat în coloană, asigurându-vă că nu se introduce bule de aer între granulele schimbătorului de ioni. Excesul de apă din coloană este drenat, lăsând un strat de 1-2 cm înălțime deasupra nivelului schimbătorului de ioni.
3.1.3. Schimbătorul de ioni din coloană se spală cu apă distilată, trecându-l de sus în jos cu o viteză de 1,0 dm/h. În acest caz, schimbătorul de anioni este spălat de alcalii (fenolftaleină), iar schimbătorul de cationi este spălat de acid (metiloranj).
3.1.4. Schimbătoarele de anioni de bază puternică sub formă de hidroxil sunt încărcate rapid și spălate cu apă fără dioxid de carbon.
3.2. Efectuarea testului
3.2.1. Determinarea capacității de schimb dinamic a schimbătoarelor de ioni constă din mai multe cicluri, fiecare dintre acestea incluzând trei operații succesive - saturare, regenerare, spălare, condițiile pentru care sunt date în tabelul 1.
tabelul 1
Condiții pentru determinarea capacității de schimb dinamic cu regenerarea completă a schimbătorului de ioni
Index | Clasa schimbătorului de ioni | Soluție de lucru pentru saturarea schimbătoarelor de ioni | Controlul saturației | Regenerativ | |||
saturate | spălat- | regenerare- |
|||||
Capacitate de schimb dinamic înainte de descoperire () | tare- | Clorura de calciu (CaCl) = 0,01 mol/dm (0,01 N) | Până la concentrația ionilor de calciu în filtrat (Ca) = 0,05 mmol/dm (0,05 mEq/dm) se determină conform GOST 4151 | Acid clorhidric, soluție cu o fracție de masă de 5% | |||
tare- | Clorura de sodiu (NaCl) = 0,01 mol/dm (0,01 N) | Până când concentrația de alcali scade cu 0,5 mmol/dm (0,5 mEq/dm) în comparație cu valoarea sa maximă stabilă în filtrat [indicator mixt, soluție de titrare, acid clorhidric concentrație (HCl) = 0,01 mol/dm (0,01 N)] și până când conținutul de ioni de clor crește în comparație cu conținutul său stabil în filtrat (determinat conform GOST 15615) | Hidroxid de sodiu, soluție cu o fracție de masă de 5% | ||||
Slab | Până când acidul apare în filtrat (metil portocaliu) | ||||||
Capacitate totală de schimb dinamic () | Slab | Acid clorhidric (HCl) = 0,1 mol/dm (0,1 N) | Înainte de a egaliza concentrația filtratului cu concentrația soluției de lucru | Hidroxid de sodiu, soluție cu o fracție de masă de 2% | |||
Note:
1. La determinarea concentrației ionilor de Ca conform GOST 4151
2. Sarcina specifică este volumul de soluție trecut prin volumul schimbătorului de ioni în 1 oră.De exemplu, 5 dm/dm h corespunde vitezei de filtrare la care 500 cm de soluție trec prin 100 cm de schimbător de ioni în 1 oră (8,3 cm/min).
3. Viteza de filtrare se determină prin măsurarea într-un cilindru gradat a volumului de filtrat obţinut într-un anumit interval de timp.
Soluțiile și apa sunt furnizate de sus în jos. Când schimbătorul de anioni AN-1 și AN-2FN sunt saturate, soluțiile sunt alimentate de jos în sus.
3.2.2 Înainte de efectuarea operațiunilor de saturare, regenerare și spălare, coloana se umple cu soluția corespunzătoare. Stratul de soluție de deasupra schimbătorului de ioni trebuie să fie de (15±3) cm.
3.2.3. După saturare, regenerare și spălare, în coloana de deasupra schimbătorului de ioni se lasă un strat de lichid de 1-2 cm înălțime.
3.2.4. Coloana cu schimbătorul de ioni este umplută cu o soluție de lucru pentru o anumită clasă de schimbător de ioni (a se vedea tabelul 1), astfel încât stratul de soluție de deasupra schimbătorului de ioni să fie de (15 ± 3) cm și să fie selectată rata de filtrare adecvată.
Când soluțiile de lucru cu o concentrație de 0,1 mol/dm (0,1 N) sunt trecute printr-o coloană cu schimbător de ioni, filtratul este colectat în cilindri cu o capacitate de 250 cm; la o concentrație de 0,01 mol/dm (0,01 N) - în cilindri cu o capacitate de 1000 cm.În al doilea ciclu de saturație și următoarele, înainte de apariția ionilor de soluție de lucru în filtrat (determinați după primul ciclu), filtratul se colectează în porțiuni de 100 și 250 cm corespunzătoare concentrațiile soluției de lucru.
3.2.5. Se prelevează o probă din fiecare porțiune a filtratului și se monitorizează saturația în conformitate cu Tabelul 1.
3.2.6. După ce ionii soluției de lucru apar într-o porțiune din filtrat, se calculează volumul total al filtratului.
3.2.7. Pentru a determina capacitatea totală de schimb dinamic, continuați să treceți soluția până când concentrația filtratului egalizează concentrația soluției de lucru. Controlul saturației în acest caz se realizează prin titrarea probei cu o soluție acidă (hidroxid de sodiu) cu un indicator mixt până când culoarea se schimbă.
3.2.8. Înainte de regenerare, schimbătorul de ioni din coloană este slăbit cu un curent de apă distilată de jos în sus, astfel încât toate boabele schimbătorului de ioni să fie în mișcare. Slăbirea schimbătorului de cationi de calitate KU-1 și a schimbătorilor de anioni AN-1 și AN-2FN se efectuează înainte de operația de saturație.
3.2.9. Regenerarea schimbătorului de ioni se realizează cu o soluție acidă (hidroxid de sodiu) la viteza indicată în tabelul 1. Filtratul se colectează continuu în porții cu un cilindru cu un volum de 250-1000 cm3, adăugând 3-4 picături de indicator. Când în filtrat apare acid (hidroxid de sodiu), concentrația acestuia se determină în porțiuni ulterioare. Pentru controlul filtratului, se prelevează o probă cu o pipetă sau un balon cotat și se titrează cu o concentrație de soluție acidă (hidroxid de sodiu) (HCl, HSO) = 0,5 mol/dm (0,5 N), (NaOH) = 0,5 mol/dm ( 0 ,5 n.) în prezenţa unui indicator
3.2.10. Se trece o soluție acidă (hidroxid de sodiu) până când concentrația filtratului este egală cu concentrația soluției regenerante.
3.2.11. După regenerare, schimbătorul de ioni este spălat cu apă distilată până când reacția este neutră pentru metil-orange (fenolftaleină) la viteza indicată în tabelul 1. Apoi schimbătorul de ioni se menține în apă distilată timp de 1 oră și se verifică din nou filtratul. Dacă filtratul nu are o reacție neutră, schimbătorul de ioni este spălat din nou.
3.2.12. Determinarea capacităţii de schimb dinamic este finalizată dacă în ultimele două cicluri se obţin rezultate a căror discrepanţă nu depăşeşte 5% din rezultatul mediu.
3.2.13. Capacitatea de schimb dinamic a schimbătorului de anioni AV-17-8chS se determină pe două probe paralele conform primului ciclu de saturație, înainte de apariția ionilor soluției de lucru în filtrat. Filtratul se colectează în porțiuni de 250 cm Rezultatul se ia ca medie aritmetică a rezultatelor a două determinări, discrepanța admisă între care nu depășește 5% din rezultatul mediu.
(Amendament, IUS 3-91).
4. METODA DE DETERMINARE A CAPACITĂȚII DE SCHIMB DINAMIC CU UN CONSUM SPECIFICAT DE SUBSTANȚĂ REGENERANTE
4.1. Pregătirea pentru test
4.1.1. Schimbătorul de ioni, selectat în conformitate cu paragrafele 1.2 și 1.3, este separat de fracțiuni mici prin metoda de cernere umedă în conformitate cu GOST 10900, folosind o sită cu plasă N 0315K.
4.1.2. Rășina anionică cernută este plasată într-un pahar, se adaugă 500 cm de soluție de hidroxid de sodiu cu o fracție de masă de 4% și se amestecă. După 4 ore, soluția de hidroxid este drenată, iar schimbătorul de anioni este spălat cu apă până când reacția fenolftaleinei este ușor alcalină și transferată în coloană, așa cum este indicat la punctul 3.1.2.
4.1.3. Schimbătorul de cationi ecranat este spălat din suspensie și turbiditate cu apă distilată prin decantare până când apare apă de spălare limpede și transferat în coloană în conformitate cu clauza 3.1.2.
4.2. Efectuarea testului
4.2.1. Determinarea capacității de schimb dinamic a schimbătoarelor de ioni înainte de apariția ionilor soluției de lucru în filtrat () constă din mai multe cicluri, fiecare dintre ele cuprinzând trei operații succesive - saturare, regenerare, spălare, condițiile pentru care sunt date în tabel. 2. Soluțiile și apa sunt furnizate de sus în jos. Înălțimea stratului de lichid deasupra nivelului schimbătorului de ioni este stabilită așa cum este indicat la punctele 3.2.2 și 3.2.3.
masa 2
Condiții pentru determinarea capacității de schimb dinamic a schimbătoarelor de ioni la un debit dat al substanței regenerante
Clasa schimbătorului de ioni | Regenerativ | Rata de consum specific de regenerare | Controlul spălării | Soluție de lucru pentru saturarea schimbătorului de ioni | Controlul saturației | Viteza de filtrare |
||
urât- | spălat | re- |
||||||
Puternic | Până la o concentrație de acid rezidual în filtrat de cel mult | Clorura de calciu (CaCl = 0,0035 mol/dm (0,0035 n.) | Până la o concentrație de ioni de calciu în filtrat mai mare de (Ca) = 0,05 mmol/dm | |||||
Slab | Acid sulfuric, soluție cu o fracție de masă de 1% | Până când nu există sulfationi în filtrat (test cu BaCl în prezență de HCI) | Hidroxid de sodiu (NaOH) = 0,0035 mol/dm (0,0035 N) | Până la concentrația de hidroxid de sodiu (NaOH) în filtrat = 0,1 mmol/dm | ||||
tare- | Hidroxid de sodiu cu o fracție de masă de 4% | Până la o concentrație reziduală de hidroxid de sodiu în filtrat nu mai mult de (NaOH) = 0,2 mmol/dm | Clorura de sodiu (NaCI) = 0,01 mol/dm (0,01 N) | Până când concentrația de alcali scade cu (NaOH) = 0,7 mmol/dm | ||||
Slab | Hidroxid de sodiu, soluție cu o fracție de masă de 4% | Până la o concentrație reziduală de hidroxid de sodiu în filtrat nu mai mult de (NaOH) = 0,2 mmol/dm (0,2 mEq/dm) pentru fenolftaleină | Acid clorhidric (sulfuric) (HCl, HSO) = 0,0035 mol/dm (0,0035 N) | Până la o concentrație de acid rezidual în filtrat de cel mult (H) = 0,1 mmol/dm (0,1 mEq/dm), indicator mixt, soluție de titrare - concentrație de hidroxid de sodiu (NaOH) = 0,01 mol/dm (0,01 n) .) | ||||
Note:
1. Când se exprimă rata de consum specific al unei substanțe regenerante () în grame pe mol, cuvântul „mol” înseamnă masa molară a ionului echivalent (Na, K, Ca, Mg, Cl, NO, HCO, HSO, CO, SO
etc.).
2. Consumul real al substanței regenerante nu trebuie să difere de norma specificată cu mai mult de 5%.
3. La determinarea concentrației ionilor de Ca conform GOST 4151, este permisă utilizarea a 2-3 picături de indicator crom-albastru închis și titrarea cu o soluție de concentrație Trilon B (NaHCON 2HO) = 0,01 mol/dm (0,01).
4. Sarcina specifică este volumul de soluție trecut prin volumul schimbătorului de ioni în 1 oră.De exemplu, 5 dm/dm h corespunde vitezei de filtrare la care 500 cm de soluție trec prin 100 cm de schimbător de ioni în 1 oră (8,3 cm/min).
5. Viteza de filtrare se determină prin măsurarea într-un cilindru gradat a volumului de filtrat obţinut într-un anumit interval de timp.
Pentru a evita tencuirea schimbătorului de cationi, regenerarea cu acid și spălarea produselor de regenerare se efectuează fără oprire, prevenind un interval între operații.
Înainte de fiecare ciclu următor, schimbătorul de ioni este slăbit cu un curent de apă de jos în sus, astfel încât toate boabele schimbătorului de ioni să fie în mișcare.
4.2.2. O soluție de regenerare este trecută prin schimbătorul de ioni din coloană, al cărui volum () în centimetri cubi este calculat folosind formula
unde este rata specificată de consum specific al substanței regenerante, g/mol (g/g eq);
- capacitate de schimb dinamic; selectat conform documentației de reglementare și tehnică pentru un anumit schimbător de ioni, mol/m (g eq/m); pentru schimbătoarele de ioni ale mărcilor AV-17-8, AN-31 și EDE-10P, pentru prima regenerare este permisă o valoare crescută a capacității de schimb dinamic până la 3;
- volumul probei schimbătorului de ioni, cm;
- concentratia solutiei regenerante, g/dm.
Cantitatea de soluție regenerantă se măsoară la ieșirea coloanei folosind un cilindru sau un pahar. Apoi coloana este deconectată, nivelul soluției de deasupra schimbătorului de ioni din coloană este coborât la 1-2 cm și cel de jos este închis.
4.2.3. După regenerare, schimbătoarele de ioni sunt spălate cu apă distilată pentru a elimina excesul de acid (hidroxid de sodiu) la viteza indicată în tabelul 2.
O probă din filtrat este prelevată periodic și titrată cu soluții cu concentrație de hidroxid de sodiu (acid) (NaOH, HCl, HSO) = 0,1 mol/dm (0,1 N) în prezență de metil portocală (fenolftaleină).
Spălarea este controlată conform tabelului 2.
4.2.4. După spălare, coloana este umplută cu o soluție de lucru și rata de saturație este setată conform tabelului 2.
Când soluțiile de lucru cu o concentrație de 0,01 mol/dm (0,01 N) sunt trecute prin coloană, filtratul este colectat într-un cilindru cu o capacitate de 250 cm; la o concentrație de 0,0035 mol/dm (0,0035 N), un cilindru. cu o capacitate de 1000 cm.. În al doilea ciclu de saturație și următoarele, înainte de apariția ionilor de soluție de lucru în filtrat (determinați după primul ciclu), filtratul se colectează la 100, respectiv 250 cm, la concentrații. a solutiei de lucru.
4.2.5. Pentru a controla saturația, se prelevează o probă dintr-o porțiune din filtrat și se analizează în conformitate cu Tabelul 2. Dacă rezultatul analizei arată că nivelul de saturație nu a atins valorile indicate în tabelul 2, nu este necesar să se analizeze toate probele de filtrat anterioare.
4.2.6. După ce ionii soluției de lucru apar într-o porțiune de filtrat în cantitățile indicate în tabelul 2, saturația este finalizată și se calculează volumul total al filtratului () și capacitatea de schimb dinamic.
4.2.7. Schimbătorul de ioni este supus unei a doua regenerări și spălat în conformitate cu punctele 4.2.2 și 4.2.3.
La calcularea substanței regeneratoare necesare pentru al doilea ciclu, se utilizează valoarea capacității de schimb dinamic obținută în primul ciclu în conformitate cu clauza 4.2.6.
Înainte de efectuarea ciclurilor de saturație ulterioare, se calculează consumul de substanță regenerantă pe baza valorii capacității de schimb dinamic obținute în ciclul anterior.
4.2.8. Determinarea este finalizată dacă în ultimele două cicluri se obțin rezultate, diferențele admisibile între care nu depășesc 5% din rezultatul mediu, consumul specific efectiv al substanței regenerante diferind de norma specificată cu cel mult 5%.
5. REZULTATELE PRELUCRĂRII
5.1. Capacitatea de schimb dinamic () în moli pe metru cub (g eq/m) înainte de apariția ionilor soluției de lucru în filtrat se calculează folosind formula
unde este volumul total de filtrat trecut prin schimbătorul de ioni până când apar ionii soluției de lucru, cm;
- volumul schimbătorului de ioni, cm.
5.2. Consumul real al substanței regenerante () în grame per mol (g/g eq) de ioni absorbiți se calculează folosind formula
unde este volumul soluției de regenerare, cm;
- concentratia solutiei regenerante, g/dm;
- volumul total de filtrat trecut prin schimbătorul de ioni până când apar ionii soluției de lucru, cm;
- concentrația soluției de lucru, mol/dm (n.
5.3. Capacitatea totală de schimb dinamic () în moli pe metru cub (g eq/m) se calculează folosind formula
unde este volumul total de filtrat trecut prin schimbătorul de ioni până când concentrațiile filtratului și ale soluției de lucru sunt egalizate, cm;
- concentratia solutiei de lucru, mol/dm (N);
- volumul porțiunii de filtrat după apariția ionilor de soluție de lucru (pătrundere), cm;
- concentrarea soluţiei într-o porţiune de filtrat după apariţia ionilor soluţiei de lucru (de străpungere), mol/dm (N);
- volumul schimbătorului de ioni,
5.4. Rezultatul determinării se ia ca medie aritmetică a rezultatelor ultimelor două cicluri, diferențele admisibile între care nu depășesc ±5%, cu o probabilitate de încredere =0,95.
Notă. Când se exprimă capacitatea de schimb dinamic a schimbătorilor de ioni în moli pe metru cub, cuvântul „mol” înseamnă masa molară a ionului echivalent (Na, K, Ca, Mg, Cl, NO, HCO, HSO, CO, SO etc. .).
Textul documentului se verifică după:
publicație oficială
ioniți. Metode de determinare
capacitate de schimb: Sat. GOST. -
M.: Editura IPK Standards, 2002