Синтетические ионообменные материалы - Зубаков Л.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Иониты в виде гранул сферической формы получают суспензионной (гранульной) полимеризацией или поликонденсацией. При таком методе отпадает необходимость дробления полимера.
8
В последнее время все большее применение находят ионообменные грануляты, получаемые путем совмещения ионитов с термопластичными полимерами (полиэтилен, полипропилен).
В намывных фильтрах в настоящее время применяют ионообменные порошки, получаемые измельчением соответствующих ионитов.
Синтез ионитов методом суспензионной поликонденсации в водной среде практически осуществить невозможно, поскольку исходные вещества и промежуточные продукты реакции поликонденсации в большинстве случаев растворимы в воде. Поэтому процесс проводят в среде минеральных масел, кремнийоргани-ческих или других гидрофобных жидкостей. Недостатком метода является необходимость удаления масла с поверхности гранул путем экстракции или обработки поверхностно-активными веществами.
Обычные твердые иониты в виде зерен или гранул гелевой структуры, получаемые полимеризацией или поликонденсацией, обладают определенной способностью к набуханию, которая определяется частотой и жесткостью межмолекулярных сшивок. В сухом и слабонабухше.м состоянии эти иониты не обнаруживают заметной пористости, что ограничивает их применение в неводных растворах, а также при сорбции ионов большого радиуса, например крупных органических ионов [3].
Проницаемость полимерного каркаса ионита является одним из наиболее важных свойств, которое определяет область его практического использования, поэтому в последнее время большое внимание уделяется получению пористых ионитов (под порой понимают пространство, не заполненное массой данного вещества) [4—8]. По структуре полимерного каркаса иониты целесообразно разделить на две группы: непористые (гелевые) и макропористые.
К гелевым ионитам можно отнести обычные, или стандартные, иониты, макросетчатые, изопористые, иониты с повышенной проницаемостью (телогениро-ванные).
Макросетчатые иониты получаются сополимериза-цией виниловых и дивиниловых мономеров с достаточно большой длиной молекулы. В качестве длинноцеп-
9
ных сшивающих агентов используются диметакрилаты этиленгликолей и бисфенолов, некоторые N, N'-алки-лен- или арилендиметакриламиды и др. [9—12].
Иониты с равномерным распределением поперечных связей по всей массе полимера называют изопо-ристыми [13—16]. Изопористые структуры получаются в процессе полимераналогичных превращений линейных или слабосшитых полимеров.
Иониты с повышенной проницаемостью получаются в присутствии телогенов [3, 12]. В качестве тело-генов могут быть использованы четыреххлористый углерод, алкилбензолы, спирты и другие соединения. При введении их в полимеризующиеся системы образуются сильно набухающие иониты.
Принципиально иную структуру имеют макропористые иониты [6—8, 18—20], которые получаются при сополимеризации в присутствии инертного растворителя (например, высших углеводородов или спиртов). Часть растворителя удерживается в матрице образующегося сополимера, и после его удаления из гранул получаются иониты с большим объемом пор в ненабухшем состоянии и развитой внутренней поверхностью.
Макропористые иониты мало набухают, однако благодаря развитой поверхности они очень активны в реакциях полимераналогичных превращений и сорбционных процессах. Удельная поверхность таких ионитов составляет 20 000—130 000 м2/кг (20— 130 м2/г), тогда как для ионитов гелевой структуры она обычно не превышает 5000 м2/кг (5 м2/г). Диаметр пор ионитов макропористой структуры достигает 200—1000 А.
Явной пористостью в сухом состоянии могут обладать также некоторые макросетчатые изопористые структуры [21], способные сорбировать инертные газы (аргон, азот) и обладающие плотностью, существенно меньшей плотности сополимера стирола с ди-винилбензолом гелевой структуры.
Широкое промышленное применение находят ионитовые мембраны, которые представляют собой тонкие пленки, состоящие из нерастворимого в воде полиэлектролита или из связующего и полиэлектролита [22—26].
10
Наряду с нерастворимыми полиэлектролитами — ионитами важное значение в последнее время приобрели водорастворимые полиэлектролиты [27—30].
Особую группу ионообменных материалов представляют ионообменные ткани и волокна, обеспечивающие высокую эффективность сорбции [31, 32].
До сих пор отсутствует единая система обозначения ионитов. Согласно предложенной НИИПМ системе буквенных обозначений ионообменные материалы называются следующим образом: КУ — катионит универсальный сильнокислотный, КБ — катионит буферный слабокислотный, АВ — анионит высокоосновный, АН — анионит низкоосновный. Соответственно обозначаются и амфотерные иониты. Например, полиамфо-лит АНКБ содержит анионообменные группы низкой основности (АН) и слабокислотные группы (КБ). Эти обозначения являются не совсем удачными [33].
Зарубежные иониты обычно обозначаются по названиям фирм или заводов, которые их производят. Например, ГДР выпускает вофатиты (Вольфен фабрик), США — пер мутит ы (фирма Пермутит), ФРГ — леватиты (по названию города, где находится завод Леверкузен).
