Классификация ионообменных смол по структуре
Ионообменные смолы представляют собой синтетические полимерные материалы, обладающие способностью к селективному обмену ионов между своей структурой и окружающей жидкой средой. Эти материалы широко применяются в водоподготовке, химической, пищевой, фармацевтической промышленности, энергетике и металлургии благодаря своей эффективности, устойчивости и возможности многократного использования. Разнообразие задач, решаемых с их помощью, привело к разработке большого количества типов ионообменных смол, отличающихся по химической природе, функциональным группам, структуре матрицы и селективности к определённым ионам.
В сегодняшней статье мы разберем классификацию ионообменных смол, основанной на типе полимерной основы, а также на особенностях физической структуры и эксплуатационных характеристик. Чёткое понимание классификационных характеристик позволяет более точно подбирать ионообменные материалы для конкретных технологических процессов, выбирая именно то, что необходимо под вашу конкретную задачу.
Типы ионообменных смол по физической структуре
Как мы с вами уже знаем из предыдущих статей, ионообменная смола разделяется в первую очередь на основе их ионной специфичности - катиониты (положительно заряженные ионы) и аниониты (негативно заряженные ионы), но кроме этого, ионную смолу разделяют так же на основе формы и в зависимости от формы, ионообменная смола может обладать совершенно разными характеристиками, их существует всего 3 вида: гелевая, макропористая и ионообменная смола типа носителя, давайте говорить более детальнее.
Гелевая ионообменная смола
Ионообменная смола гелевого типа - это ионообменная смола с прозрачными частицами и однородной структурой из специального полимерного геля. Поверхность гелевой смолы довольно гладкая, нет специфических для других видов пор, а также отсутствуют гранулы внутри. При попадании в воду, смола гелевого типа начинает набухать, таким образом открывая рабочую поверхность и расширяя поры до необходимых размеров (зачастую это 1 - 2 нм), что идеально подходит под размеры неорганических загрязнителей (0,7 - 1 нм) и т.к. размеры пор идеально подходят именно под неорганические структуры, гелевая смола с легкостью может производить ионный обмен, тем самым очищая воду. Если же гель находится без водной среды, то молекулярная цепь сжимается, а её объем значительно сокращается. Таким образом, на сухой среде или в маслах, гелевая смола теряет свою способность ионного обмена и не засоряется лишними загрязнителями из внешей среды.
Обменная емкость гелевой смолы намного больше, чем у той же макропористой, однако, существует определенная специфика работы с гелевой ионообменной смолой. Но следует отметить, что никакого сложного процесса по типу добавления раствора для удаления органики при работе с макропористой смолой, добавлять не нужно, здесь всё довольно проще, чем с другими видами смол, однако есть одна особенность: в растворе ни в коем случае не должна присутствовать органика!
Размер сетки ионов для обычного удаления неорганических веществ, в растворе, 1 - 2 нм и этого хватает, так как размер загрязнителя до 1 нм. Однако, если в воде присутствуют органические загрязнители, то в таком случае их размер может достигать от 5 до 50 нм. Таким образом, если не убирать из воды органику до ионообменного процесса, то в таком случае, смола гелевого типа будет просто “забиваться” и как следствие, терять свою способность для ионного обмена. А самая главная проблема в том, что при забивании гелевых пор органикой, их крайне трудно смывать обычной регенерацией, поэтому чтобы использовать ионообменную смолу гелевого типа не на 1 раз, необходимо перед подачей раствора устранять органику.
Макропористая ионообменная смола
Макропористые ионообменные смолы получают путём введения порообразующего агента (порогена) в состав реакционной смеси на этапе полимеризации. Это позволяет сформировать стабильную пористую сетчатую структуру с развитой системой (большого количества) пор. После полимеризации в полученную полимерную матрицу вводятся функциональные ионообменные группы. Диаметр пор во влажной фазе таких смол, может быть от 100 до 500 нм, при этом параметры пор (размер, объём и распределение) могут целенаправленно регулироваться на стадии синтеза.
Развитая пористая структура обеспечивает высокую удельную площадь поверхности, достигающую 1000 м²/г и больше. Это способствует интенсивность ионного обмена за счёт адсорбции, которая схожа по механизму действия с активированным углём. Помимо ионного обмена, макропористые смолы обладают выраженной способностью к молекулярной адсорбции, что позволяет им эффективно удалять не только неорганические ионы, но и нейтральные органические частицы.
Отдельного внимания заслуживают макропористые сорбенты без функциональных ионообменных групп - они успешно применяются для физико-химического разделения (что очень важно в фармацевтике или химической промышленности) и извлечения органических соединений из сточных вод, в том числе сложных загрязнителей, таких как фенолы, ароматические углеводороды и продукты нефтехимии.
Макропористые смолы появились гораздо позже гелевых, из-за недостатков гелевых. И свою первоначальную задачу (более улучшенная версия ионообменной смолы) она выполнила на ура и сегодня применяется абсолютно везде: в системах глубокой очистки воды, в химико-технологических схемах, фармацевтической и пищевой промышленности, а также в качестве сорбентов для удаления или селективного извлечения органических и неорганических компонентов из сложных сред.
Ионообменная смола типа носителя (инертная смола)
Несмотря на сложность и непонятность названия, тут всё довольно просто. Ионообменная смола типа носителя - это смола со специальной полимерной матрицей, которая не содержит в себе функциональных ионообменных групп как гелевая или же макропористая смола. Но при этом, инертная смола может быть носителем (или же основой) для других активных компонентов. Если говорить простым языком, то смола типа носителя не участвует в ионном обмене в классическом понимании этого слова, она скорее как вспомогательный элемент, который добавляется, как правило, только в комплексные смолы. Иными словами, инертная смола вашу воду никак не очистит, однако она может быть неким посредником между другим элементом очистки в роли носитель катализатора.
Ионообменнаяы смола типа носителя имеет гораздо лучшую устойчивость, а также повышенный температурный диапазон и химически стабильна (не взаимодействует с растворами). Зачастую применяется в химической промышленности в качестве стабилизатора процессов или носитель катализаторов, однако, применяется так же и водоочистке, но сугубо в комплексных загрузках.
Заключение
Как вы видите, ионообменные смолы довольно непростой фильтрующий элемент и существует большое количество видов, и каждый из них имеет свою специализацию, назначение и отличие по степени очистки и применению. Разобраться в этом действительно трудно, однако если у вас возникают какие-либо вопросы, обращайтесь к нам. Мы занимаемся водоочисткой уже более 15 лет и за это время мы обрели колоссальный опыт и готовы с радостью поделиться им с вами. АКВО - мы всегда рядом.
