Синтетические ионообменные материалы - Зубаков Л.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Сравнительное исследование кинетики сорбционных процессов с использованием гранульных ионитов и ионообменных волокон показало, что скорость сорбции волокнами в несколько раз больше, чем гранулами [105].
Ионообменные волокнистые материалы могут применяться в форме комплексной нити, пряжи, ткани, нетканых материалов. Это разнообразие форм волокнистых материалов создает условия для рационального аппаратурного оформления ионообменных процессов.
64
При использовании ткани можно осуществлять не-прерывный процесс сорбции и десорбции [106]. При-менение нетканого волокнистого материала в респираторах приводит к снижению сопротивления дыханию (по сравнению с гранульными ионитами), поскольку объемные коэффициенты массообмена при сорбции паров и газов волокнами на два порядка больше, а длина работающего слоя — на порядок меньше по сравнению с гранулами. Перспективным является также использование ионообменных тканей для спецодежды.
Однако, несмотря на высокие кинетические характеристики ионного обмена, статическая обменная емкость (СОЕ) хемосорбционных волокон ниже, чем гранул, что ограничивает их применение. По-видимому, использование ионообменных тканей [107] целесообразно в тех случаях, когда концентрация сорбируемого вещества невелика, например при сорбции паров и газов, извлечении особо токсичных или особо ценных веществ.
В настоящее время ионообменные волокна получают [105—108] привитой сополимеризацией активных мономеров к готовому волокну и совместной полимеризацией мономеров, один из которых содержит активные группы, с последующим формованием волокон из сополимеров.
При получении ионообменных волокон методом сополимеризации в основном используются целлюлозные [108], поливинилспиртовые [109] и полиоле-финовые волокна. Привитую сополимеризацию к целлюлозным и поливинилспиртовым волокнам обычно проводят в присутствии химических инициаторов, а к полиолефиновым волокнам — радиационным инициированием.
Модифицирование волокон методом привитой сополимеризации в присутствии химических инициаторов имеет ряд преимуществ: возможность проведения процесса в водной среде, простота оформления технологического процесса. Однако при этом получаются ионообменные волокна с недостаточной стойкостью к агрессивным средам и неоднородные по составу. Это связано с одновременным образованием гомополимера при проведении привитой сополимеризации.
3 Зак, 1062
G5
Для перевода ионообменных волокон на основе привитых сополимеров целлюлозы в нерастворимое состояние им необходимо придать трехмерную структуру [110]. В случае поливинилспиртовых волокон подобной обработки не требуется, так как они приобретают трехмерную структуру за счст ацеталирова-ния формальдегидом или бензальдегидом.
Путем привитой сополимеризации к поливинил-спиртовому волокну полиакриловой и полиметакри-ловой кислот синтезированы карбоксилсодержащие катиониты [109], а прививкой к нему винилпириди-нов — волокна с анионообменными свойствами [109]. Перспективными исходными волокнами для получения ионообменных материалов являются полиолефи-новые волокна.
Привитая сополимеризация мономеров из газовой фазы осуществляется радиационным инициированием [111]. Прививкой акриловой кислоты к химически стойким полиолефиновым волокнам получены иониты с СОЕ, равной 7 мг-экв/г, которая практически не снижается после 30 циклов чередующегося воздействия щелочных и кислотных растворов [111].
Особый интерес представляет собой метод получения ионообменных волокон сополимеризацией мономеров, одни из которых содержит ионообменные группы. Основными его достоинствами являются простота технологического процесса и возможность регулирования состава сополимера. Разработаны слабокислотные и сильноосновные ионообменные волокна. Вырабатываются тканые и нетканые материалы для сорбции кислых и основных газов (НС1, HF, NH3, SiFe4, S02, S03 и др.), а также сорбции металлов из водных растворов.
Для повышения механической прочности ионообменных волокон при изготовлении пряжи применяют смеси волокон, используя в качестве второго компонента полипропиленовое волокно (20%).
КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ СЕЛЕКТИВНЫЕ ИОНИТЫ
Непрерывное расширение областей применения ионного обмена требует от синтетиков получения таких ионитов, которые обладали бы селективными (из-
66
бирательными) свойствами по отношению к извлекаемым соединениям. Такие иониты, кроме традиционных функциональных групп, должны содержать атомные группировки, которые способны к комплек-сообразованию с поглощаемыми веществами.
Комплексообразующими свойствами обладают такие полимеры, функциональные группы которых могут образовывать донорно-акцепториые (координационные) связи с ионами, атомами или молекулами, находящимися с ними в контакте.
По способам получения и по характеру ионогенных групп комплексообразующие иониты мало отличаются от обычных ионитов. Их получают теми же способами, что и универсальные иониты. Полимеры с одними и теми же функциональными группами могут проявлять себя в зависимости от условий процесса и как обычные, и как селективные комплексообразующие иониты. Так, ионообменные материалы, содержащие фосфорнокислые группы, проявляют себя и как сильнокислотные катиониты, и как селективные к ряду металлов сорбенты. В таких катионитах при взаимодействии с катионами металлов (иОг+, Fe3+) наряду с ионным обменом происходит образование хелатных группировок:
