Синтетические ионообменные материалы - Зубаков Л.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Помимо этой традиционной классификации существует деление ионообменных полимеров на монофункциональные и полифункциональные в зависимости от числа функциональных групп и их характера.
Монофункциональными являются все катиониты и аниониты, содержащие однотипные группы кислотного или основного характера.
К полифункциональным ионитам относится более широкая группа ионообменных полимеров, прежде всего бифункциональные катиониты и аниониты (например, катиониты, содержащие карбоксильные и оксифенильные группы). Аниониты, получаемые методом поликонденсации, как правило, также полифунк-циональны, поскольку в процессе образования полимера принимают участие функциональные группы исходных мономерных соединений, претерпевающие при этом изменения. К полифункциональным ионообменным полимерам относятся, например, аниониты, получаемые поликонденсацией полифункциональных аминов с альдегидами, полиэтиленполиаминов с эпихлор-гидрином и др. В макромолекулах таких полимеров содержатся одновременно первичные, вторичные и третичные аминогруппы.
Полифункциональными ионитами являются также все полиамфолиты, поскольку они содержат одновременно группы кислотного и основного характера.
К группе ионитов обычно относят и комплексообразующие сорбенты, поглощающие вещества из растворов не путем ионного обмена, а хемосорбцией.
Особую группу полимеров, обладающих обменными свойствами, представляют собой окислителъно-вос-
6
становительные полимеры, способные к обмену электронов. К этой группе принадлежат и электроноионообменные полимеры.
В основном иониты выпускаются в виде сферических частиц или частиц неправильной формы. Все большее значение приобретают ионообменные ткани и волокна, а также грануляты, получаемые экструзией термопластичных полимеров, наполненных ионитами. Эти ионообменные материалы относят к группе нерастворимых ионитов.
Ионитовые мембраны представляют собой пленки, состоящие из нерастворимого ионита или из инертного связующего и ионита.
Растворимые полиэлектролиты имеют линейное строение; характер ионогенных групп обеспечивает растворимость их в воде либо в органических растворителях. В воде растворимы полиэлектролиты, содержащие сильнокислотные или сильноосновные группы.
Синтетические иониты получают в промышленности тремя методами [1, 2]: поликонденсацией соединений, содержащих 'ионогенные группы, полимеризацией виниловых мономеров с ионогенными группами, полимераналогичными превращениями сополимеров винилароматических, винил- и аллилалифатических соединений с дивиниловыми мономерами. Первый и второй методы, являются более целесообразными.
Синтез ионитов методом полимеризации имеет ряд преимуществ перед поликонденсационным методом, поскольку в поликонденсации участвуют функциональные группы, которые являются ионогенными. По мере протекания процесса функциональные группы претерпевают изменения, следствием чего является неидентичность составов исходного мономера и элементарного звена полученного полимера, а также полифункциональность синтезированного ионита. К тому же синтез ионитов поликонденсационного типа в виде сферических гранул осуществить сложнее. Химическая стойкость и механическая прочность поликонден-сационных ионитов ниже, чем полимеризационных. Но производство ионитов поликонденсационного типа имеет более доступную базу, так как для их получения используются, как правило, те же исходные единения (фенолы, амины, карбамид, формальдегид
7
и др.), из которых производятся в широких масштабах фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегид-ные и другие полимеры методом поликонденсации. Сополимеризация виниловых мономеров, содержащих ионогенные- группы, с дивиниловыми обеспечивает получение ионитов с лучшими физико-химическими свойствами, обусловленными большей однородностью молекулярных структур и высокой концентрацией ионогенных групп. Однако развитие этого перспективного метода ограничивается дефицитностью виниловых мономеров.
Получение ионитов путем химических превращений полимеров связано с рядом трудностей. К ним относятся прежде всего многостадийность и трудоемкость технологических процессов, производства, а также необходимость использования токсичных продуктов (мо-нохлордиметиловый эфир, серная кислота, хлористый сульфурил, пиридин, различные алифатические амины и др.) в количествах, значительно превышающих стехиометрические соотношения. Кроме того, при поли-мераналогичных превращениях происходит частичная деструкция макромолекул исходных полимеров и не достигается полнота химического превращения.
Несмотря на указанные недостатки, третий метод широко применяется в настоящее время как в отечественной, так и в зарубежной практйке, поскольку для его осуществления не требуется дефицитных исходных соединений. Только на основе сополимеров стирола с дивинилбензолом выпускаются самые разнообразные катиониты и аниониты.
Синтетические иониты, используемые в качестве твердых сорбентов, выпускаются либо в виде сферических гранул, либо в виде зерен неправильной формы. Наиболее оптимальной является сферическая форма частиц, поскольку в этом случае обеспечивается наименьшее сопротивление потоку жидкости в колоннах, значительно сокращаются потери ионита и, кроме того, облегчается возможность осуществления противоточных процессов в «кипящем» слое.
