Главная / Продукция / Ионообменные смолы

Как ионообменная смола работает

Ионный обмен - обратимый процесс, при котором происходит обмен нежелательных ионов с определенным зарядом желаемыми ионами того же заряда в растворе.

Рассмотрим принцип работы ионообменной смолы на примере самой распространенной: сильнокислотного катионита и самого распространенного процесса: умягчения (снижение жесткости) воды.

Этот процесс применим и к остальным типам ионитов, только будут другие целевые ионы. Ионный обмен не является поверхностным явлением - 99 процентов ионного обмена происходит внутри шарика ионита. Минеральные соли разлагаются на ионы в водных растворах и могут свободно обмениваться с ионами аналогичного заряда. Они подвижны и могут свободно перемещаться. Поверхность полистирольных нитей смолы имеет прикрепленные отрицательно заряженные функциональные группы, которые притягивают свободные положительно заряженные ионы.

Ионы жесткости (кальций и магний) поступают в фильтр и проходят через слой ионита, прикрепляясь к функциональным группам и выбивая ионы натрия. Умягчители воды работают, потому что этот процесс обратим. Важно понимать, что пока смола не истощена, все ионы, поступающие с водой, окажутся на смоле, а все ионы на смоле будут выбиты в раствор H2O, т.е. обменены.

С помощью небольшого ионообменного фильтра в 1955 году во время проведения ядерных испытаний был открыт 101-ый элемент периодической системы - Менделе́вий.

Что такое регенерация ионообменной смолы

Ионообменные смолы имеют конечную обменную емкость и при истощении удерживают конечную массу ионов жесткости в умягчителе. Они больше не могут обменивать ионы, так как истощены и необходимо перезарядить или регенерировать, чтобы восстановить до исходного рабочего состояния.

Вещества, используемые для этого, могут включать хлорид натрия, а также соляную кислоту, серную кислоту или гидроксид натрия и называются регенерирующим раствором.

Чтобы очистить смолу от ионов жесткости, необходимо провести регенерацию - промыть шарики смолы объемом солевого раствора (8-10%). Во время цикла регенерации ионообменная реакция по существу меняется на противоположную за счет применения концентрированного раствора регенерата.

Регенерирующий раствор NaCl поступает в умягчитель до тех пор, пока масса рассола не пройдет через смолу и не вытеснит эквивалентное количество ионов жесткости.

Смола теперь находится в равновесном состоянии. После этого необходимо запустить процесс промывки и ионит вновь готов к работе.

Как получают ионообменные смолы

Ионообменные смолы производятся в основном из сшитого стирола. Мономер стирола (также известный как винилбензол) представляет собой нерастворимую в воде жидкость. Когда его суспендируют в воде и перемешивают, он образует маленькие капельки или сферы, как и привычная заправка для салата маслом в растворе уксуса. Мономерный стирол полимеризуют, то есть превращают в твердое пластичное вещество, нагревая его в присутствии катализатора. Оно является прозрачным для воды и полностью нерастворимым и принимает форму крошечных сфер диаметром примерно от 0,2 до 0,8 мм.

Из курса химии известно, что стирол состоит из бензольного кольца и винильной группы. Сшивающий агент имеет реакционноспособную винильную группу с обеих сторон и называется дивинилбензолом (ДВБ). Эта структура дает трехмерную поперечную связь с полистиролом. Уровень ДВБ, прореагировавший в основной цепи полимера, определяет плотность или прочность шарика. Чем выше содержание дивинилбензола, тем ниже будет влажность, когда шарик превращается в смолу.

Теперь необходимо добавить функциональные группы, которые и превращают гранулу полимера в ионообменную смолу. Когда функциональные группы добавляются к стирольной основной цепи полимера, смолы становятся реакционноспособными, и полимерные звенья функционируют так, как если бы они были отдельными ионами, взвешенными в воде. Отдельные единицы связаны между собой ДВБ, что делает гранулу нерастворимой, но сильно набухшей в воде.

Характеристики ионообменной смолы

Ионообменные смолы для водоподготовки имеют ряд физических и химических параметров. Физические параметры характеризуются:

• размером зерен (гранулометрический состав);
• насыпной массой;
• физической прочностью;
• структурой катионита или анионита;
• осмотической стабильностью.

К химическим можно отнести:

• формула привитой функциональной группы для ионного обмена;
• для катионитов - кислотность;
• для анионитов - основность;
• химическая стойкость к растворителям;
• динамическая или статическая обменная емкость;
• стойкость к максимальной температуре.

Основной характеристикой ионитов является показатель рабочей обменной емкости. Чем он выше, тем большее количество примесей ионит способен удалить из воды до того момента, когда ему понадобится регенерация.

Где можно заказать

Мировой рынок ионообменных смол в 2019г. составил 1,84 млрд долларов США и к 2025г. будет пройден рубеж в 2 млрд $. Мировые производители ионообменных смол (Dowex, Amberlite, Purolite, Lewatit) перенесли свои производства в Китай, т.к. при больших объемах производства экономическая составляющая себестоимости выходит на первый план контроля иногда в ущерб качеству.

Компания СМОЛЫ обладает более чем 15-летним опытом производства ионообменных смол особо чистого класса в России.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с нами. Мы можем помочь вам в разработке правильного решения и реалистичной стоимости водоподготовки ионообменными смолами.

Посмотрите видео "Ионообменные смолы" на нашем канале: