Синтетические ионообменные материалы - Зубаков Л.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Минеральные подложки можно использовать в виде порошков, в виде частиц определенных размеров, тканей, волокон (стеклоткани, стекловолокна) в зависимости от назначения минерально-органического сорбента.
Слабую способность минерально-органических сорбентов к набуханию, возможность в широких пределах изменять их удельную поверхность и размер пор можно с успехом использовать при применении этих материалов как ионообменных катализаторов и в качестве носителей для иммобилизации ферментов. Весьма перспективно использование минерально-органических сорбентов в хроматографии.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИОНИТОВ Обменная емкость
Одним из наиболее важных показателей свойств ионитов являются концентрация ионогенных групп и обменная емкость. Обменная емкость определяется числом функциональных групп, способных к ионному обмену, в единице массы воздушно-сухого или единице объема набухшего ионита; она соответственно выражается в мг-экв/г или мг-экв/см3.
Различают полную и равновесную обменную емкость. Под полной обменной емкостью (ПОЕ) понимают максимальную способность ионита к ионному обмену в соответствии с концентрацией функциональных групп в полимере. Значение полной обменной емкости для данного образца ионита является постр-
105
янной величиной. Процесс ионного обмена является равновесным, поэтому и фиксируется равновесное значение обменной емкости в зависимости от ряда условий процесса: концентрации раствора, pH среды, температуры, характера подачи раствора и т. д. Таким образом, значение равновесной обменной емкости не может быть постоянной величиной для данного ионита.
Полную обменную емкость определяют по результатам потенциометрического титрования полимера, его элементного анализа и т. д.
Существует два основных метода определения обменной емкости ионитов: статический и динамический. При статическом методе навеску ионита приводят в контакт с определенным объемом раствора до установления равновесия, при динамическом — раствор пропускают через колонку, наполненную ионитом.
Для характеристики динамических показателей при сорбции в колонке используют полную динамическую обменную емкость (ПДОЕ), которая равна статической обменной емкости, и динамическую обменную емкости до проскока извлекаемого компонента (ДОЕ). Отношение последнего показателя к полной динамической обменной емкости (ДОЕ/ПДОЕ < 1) определяется геометрическими характеристиками колонки, скоростью подачи раствора, его концентрацией и т. д.
При прочих равных условиях величина обменной емкости ионита значительно зависит от pH среды.
Катиониты и аниониты характеризуются кажущимися значениями р/( функциональных групп.
Для простейшего случая кислотно-основного обмена
RS03H + Na+ RS03Na+H+
зависимость обменной емкости от pH среды приблизительно описывается уравнением Гендерсона — Гас-сельбаха [2]:
p/t=pH + nlg-^p-
где рК — отрицательный логарифм кажущейся константы диссоциации ионита; п — постоянная, характеризующая степень структурирования полимера; а — степень диссоциации ионогенных групп.
106
Величину се можно выразить как отношение CR/S, где CR — емкость при данном pH среды, мг-экв/г; S—¦ максимальная емкость ионита, мг-экв/г. Тогда выражение для рК примет вид:
s -ср
рК = pH + п lg —¦—?-
Для растворов с соответствующей ионной силой константа диссоциации определяется по этому же уравнению. Величины рК для сильнокислотных катионитов равны 1—2, для среднекислотных — приблизительно 3—4; для слабокислотных катионитов р/< > 5.
Набухание
Одним из важнейших свойств ионитов является их способность к набуханию в воде и органических растворителях.
Степень набухания ионита в воде зависит от свойств ионита и состава раствора. К числу основных свойств ионита, определяющих его отношение к воде, относятся степень поперечного сшивания макромоле-кулярного каркаса, концентрация ионогенных групп в ионите и, соответственно, значение его емкости, степень ионизации функциональных групп и их способность к гидратации. Поглощенную набухшим ионитом воду делят на гидратную и «свободную» [1, 2].
Набухание ионита зависит также от концентрации раствора и значения его pH.
Способность ионита к набуханию связана с его ме-ханической прочностью (осмотической стабиль-ностью). Значительные величины набухания приводят к растрескиванию гранул в процессе их эксплуатации.
Получение ионитов с заданной степенью набухания осуществляется путем проведения процессов сополимеризации моновиниловых мономеров с определенным количеством дивинилового компонента, природа которого имеет большое значение.
Степень набухания оценивается разностью удельных объемов набухшего и сухого ионитов и выражается в мл/г [1].
107
Коэффициенты распределения и разделения
Для оценки сорбционной способности ионита часто пользуются весовым или. объемным коэффициентом распределения Кр, представляющим собой соотношение концентраций ионов в ионите CR и равновесном растворе Cs [2].
Если CR и Cs выражены в мг-экв/г, получают весовой коэффициент распределения, если в мг-экв/мл, получают объемный коэффициент распределения. На практике обычно используют объемный коэффициент распределения, характеризующий способность ионита к концентрированию ионов по объему колонны.
