Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
* По английской терминологии — Ion Retardation. Отсюда произошло и название применяемого в этом способе ионита, содержащего кислотные и основные группы — «ретардион».
** К неэлектролитам в данном случае относятся вещества с константой ионной диссоциации менее 1 ¦ Ю-9—1 • 10~в.
3* Иногда этот способ носит название «ионной эксклюзии» [5, 10].
14 Зак. 114
209
появляется лишь в последних фракциях фильтрата. Собственно ионного обмена здесь не происходит, ионит действует скорее как адсорбент.
Недостаток этого способа — очень малая скорость сорбции органических веществ смолой. Поэтому приходится применять сильно измельченные иониты при небольших скоростях движения жидкости (3 м/ч). Другим, часто встречающимся осложнением при использовании этого способа, является трудность удаления из раствора больших молекул неэлектролита вследствие их малой подвижности и действия стерических факторов.
В лабораториях фирмы «Дау Кемикл» способ опережающего электролита применяется для очистки хлорида натрия от борной кислоты, этилового спирта, формальдегида, мочевины, этиленгликоля и других примесей, преимущественно органического характера. Известен способ удаления примеси глицерина из водных растворов путем фильтрования последних через анио-нит ША-400 в форме ВОз [99]. В этом случае каждый грамм смолы сорбирует до 0,15 г глицерина.
Деионизация неэлектролитов в смешанном слое. Способ деионизации (или обессоливания, деминерализации) неэлектролитов в смешанном слое применяется в том случае, когда требуется получить вещество с минимально возможной концентрацией солей. Способ может использоваться и для очистки слабых электролитов с константой диссоциации меньше 1 • 10~9 (борная, цианистоводородная, аминоуксусная кислоты, глицерин, фенол и др.). Следует иметь в виду, что величина константы диссоциации в значительной степени зависит от химической природы не только очищаемого вещества, но и растворителя. Часто для глубокой очистки неэлектролитов и слабых электролитов используют многоступенчатый способ фронтальной хроматографии, который заключается в последовательном пропускании раствора через колонны с катионитом и анионитом. Однако раздельное действие катионита и анио-нита приводит к тому, что в катионите происходит подкисление раствора, сдвигающее равновесие обмена в сторону десорбции противоионов примесей. При использовании смеси катионита и анионита (смешанный слой) сорбция всех ионов происходит одновременно, и раствор остается практически нейтральным [1]. Основное достоинство способа деионизации неэлектролитов в смешанном слое — возможность более глубокой очистки вещества по сравнению с многоступенчатыми установками сравнимых размеров [100—107].
Наиболее широкое распространение этот способ получил в технологии производства особо чистой воды.
Известно большое количество различных технологических схем глубокой очистки воды способом деионизации в смешанном слое, отличающихся друг от друга конструкцией колонн,
210
способами регенерации ионитов и контурами циркуляции воды [101 —107]. Анализ всех этих систем не входит в нашу задачу. Мы ограничимся лишь разбором принципиальных особенностей только одной технологической схемы *, чтобы показать предельные возможности деионизации неэлектролитов в смешанном слое.
Водопроводная, речная или озерная воды могут быть загрязнены взвешенными частицами глины, ила, гуминовых веществ, микроорганизмов, растворенных электролитов, органических веществ и растворенных газов. Непосредственная очистка такой воды смешанным слоем ионитов малоэффективна. Взвешенные и коллоидные вещества быстро засоряют насадку колонны, уменьшают емкость и увеличивают сопротивление всей системы. Микроорганизмы, попавшие в ионит, могут там размножаться, а растворенный кислород увеличивает степень деструкции смолы [21]. Поэтому для глубокой очистки воды от примесей наиболее целесообразно использовать обычный конденсат либо монодистиллат из различных перегонных установок.
Деионизация воды производится в две стадии. Дистиллированная вода из приемника перегонного аппарата (или паровой конденсат) пропускается через винипластовую колонну** с активным углем БАУ в систему предварительной очистки воды, состоящую из последовательно соединенных катионитовых (ка-тионит КУ-2 в Н-форме) и анионитовых (анионит АН-17 в ОН-форме) колонн (рис. 35). При диаметре колонн 250 мм, высоте 1330 мм и коэффициенте заполнения 0,75 скорость фильтрования воды поддерживается на уровне 100 л/ч. Эта часть установки состоит из четырех колонн, две из которых находятся в работе, а две — на регенерации. Вода и все регенерационные растворы поступают в колонны снизу вверх. Удельное сопротивление воды, полученное с этой стадии, составляет не менее 2 Мом-см.
Для более глубокой очистки воды на второй стадии применяется шесть последовательно соединенных между собой ионообменных колонн диаметром 100 мм и высотой 850 мм, заполненных смесью катионита КУ-2 и анионита AB-17 в соотношении 1 : 1,5 по объему. Скорость фильтрования воды через такие колонны составляет около 50 л/ч. Особо чистая вода с удельным сопротивлением 15—21 Мом ¦ см3* собирается в приемнике
