Получение матрицы ионита

Ионный обмен является одним из основных методов очистки воды от ионных загрязнений, глубокого обессоливания воды. Наличие разнообразных ионообменных материалов позволяет решать задачи очистки вод различного химического состава с высокой эффективностью. Это единственный метод, дающий возможность выборочно, селективно извлекать из раствора некоторые компоненты, например, соли жесткости, тяжелые металлы.

Иониты – твердые нерастворимые вещества, имеющие в своем составе функциональные (ионогенные) группы, способные к ионизации в растворах и обмену ионами с электролитами. При ионизации функциональных групп возникают две разновидности ионов: одни жестко закреплены на каркасе (матрице) R ионита, другие – противоположного им знака (противоионы), способные переходить в раствор в обмен на эквивалентное количество других ионов того же знака из раствора. Иони­ты состоят из нерастворимой твердой основы (матрицы), получае­мой чаще всего путем сополимеризации исходных продуктов: стиро­ла - СН = СН₂ и дивинилбензола СН₂ = СН - - СН = СН₂, добавляемого в количестве около 8 % для поперечной сшивки линей­ного полистирола. Полученная в форме зерен пространственная сетка углеводородных цепей — матрица при помещении ее в во­ду способна увеличивать свой объем в 1,1—2,0 раза за счет действия с полярными молекулами Н₂0, что дает возможность вза­имной диффузии обменивающихся ионов после завершения синтеза и превращения матрицы в ионит.

Некоторые типы ионитов получают методом поликонденсации, например анионит марки АН-31. В процессе поликонденсации ионит образуется вначале в форме монолита, который затем измельчают механически, в результате чего зерна такого ионита имеют непра­вильную форму, пронизаны микротрещинами и обладают меньшей механической прочностью.

Полученную матрицу обрабатывают химическими реагентами, прививая к ней специальные функциональные группы, замещающие в бензольных кольцах ионы водорода и способные к диссоциации в растворах. Фиксированный на матрице ион (часть функ­циональной группы) определяет возникновение заряда и носит на­звание потенциалообразующего. Заряд каркаса компенсируется за­рядом ионов противоположного знака, называемых противоионами. Противоионы образуют диффузный слой, они подвижны вокруг матрицы и могут быть заменены другими ионами с зарядом того же знака. Появление потенциалообразующих ионов и противо-ионов может происходить не только за счет диссоциации функциональных групп (например, -S0₃H ® S0₃ + H⁺), но и за счет адсорб­ции функциональными группами из раствора ионов с каким-либо знаком заряда (например, -NH₂ + Н⁺ ® -NH₃). Обычно матрицу с фиксированными ионами обозначают символом R, а противоион — химическим символом, например, RNa — катионит с обменным ионом (противоионом) натрия.

Структура элементов объема ионитов:

а – катионит; б – анионит 1 – матрица; 2 – потенциалообразующие фиксированные ионы; 3 – ионы диффузного слоя.