Ионообменные смолы

Ионообменные смолы, синтетические высокомолекулярные (полимерные) органические иониты. В соответствии с общей классификацией ионитов ионообменные смолы делят на катионообменные (поликислоты), анионообменные (полиоснования) и амфотерные, или биполярные (полиамфолиты). Катионообменные смолы бывают сильно- и слабокислотные, анионообменные — сильно- и слабоосновные. Если носителями электрических зарядов молекулярного каркаса ионообменных смол являются фиксированные ионы (функциональные, или ионогенные, группы) только одного типа, например сульфогруппы, то такие ионообменные смолы называются монофункциональными. Если же смолы содержат разнотипные ионогенные группы, они называются полифункциональными. По структурному признаку различают микропористые, или гелевидные, и макропористые ионообменные смолы. Частицы гелевидных смол гомогенны; ионный обмен в системе гелевидная смола — раствор электролита возможен лишь благодаря диффузии обменивающихся ионов сквозь молекулярную сетку набухшего ионита. Макропористые смолы гетерогенны; их частицы имеют губчатую структуру, т. е. пронизаны системой сквозных пор, средний диаметр которых (от 200—300 до 1000—1200 ) намного превышает размеры молекул растворителя и обменивающихся ионов. Раствор электролита свободно проникает по порам внутрь частиц таких ионообменных смол, что значительно облегчает ионный обмен, особенно в неводных средах.

  Ионообменные смолы можно рассматривать как нерастворимые полиэлектролиты. Поливалентный (многозарядный) ион, образующий структурный каркас ионообменных смол, практически неподвижен из-за огромной молекулярной массы. Этот ион-каркас, или ион-сетка, связывает малые подвижные ионы противоположного знака (противоионы), которые способны к эквивалентному обмену на ионы окружающего раствора. Свойства некоторых промышленных марок отечественных ионообменных смол приведены в таблице. Средний размер частиц таких ионообменных смол составляет 0,2—2,0 мм, насыпная масса 0,5—0,9 т/м3.

  Получают ионообменные смолы полимеризацией, поликонденсацией или путём полимераналогичных превращений, так называемой химической обработкой полимера, не обладавшего до этого свойствами ионита. Среди промышленных ионообменных смол широкое распространение получили смолы на основе сополимеров стирола и дивинилбензола. В их числе сильнокислотные катиониты, сильно- и слабоосновные аниониты. Основным сырьём для промышленного синтеза слабокислотных катионообменных смол служат акриловая и метакриловая кислоты и их эфиры. В больших количествах производят также ионообменные смолы на основе феноло-альдегидных полимеров, полиаминов и др. Направленный синтез ионообменных смол позволяет создавать материалы с заданными технологическими характеристиками.

  Ионообменные смолы используют для обессоливания воды, извлечения и разделения редких элементов, очистки продуктов органического и неорганического синтеза и др. Подробнее см. Иониты.

 

  Свойства некоторых промышленных марок отечественных ионообменных смол

Марка

Статическая обменная ёмкость1,

мг-экв/г

Удельный объём2, мл/г

Максимальная температура эксплуатации, °С

Основное сырьё

 

Сильнокислотные катионообменные смолы

 

КУ-1

4,2—4,5

2,6—3,0

80

Фенол, формальдегид

КУ-2

4,8—5,2

2,5—2,9

130

Стирол, дивинилбензол

 

Слабокислотные катионообменные смолы

 

КБ-2

10—11

2,6—3,0

100

Акриловая кислота, дивинилбензол

КБ-4

8,5—10

2,6—3,0

100

Метакриловая кислота, дивинилбензол

 

Сильноосновные анионообменные смолы

 

АВ-16

8—9,5

3,6—4,2

90

Полиамины, эпихлоргидрин, пиридин

АВ-17

3,5—4,2

2,5—3,0

50

Стирол, дивинилбензол

 

Слабоосновные анионообменные смолы

 

АН-2Ф

8,5-10

2,5-3,2

50

Полиамины, фенол

АН-18

3,5-5

2,0-2,5

60

Стирол, дивинилбензол

ЭДЭ-10П

8,5-9,5

2,6-3,2

45

Полиамины, эпихлоргидрин

  1 Выражена числом миллиграмм-эквивалентов ионов, поглощаемых 1 г сухой смолы при контакте со стандартным раствором гидроокиси натрия (для катионообменных смол) или соляной кислоты (для анионообменных смол). 2 Объём, занимаемый 1 г набухшей в воде смолы.

 

  Лит. см. при статьях Иониты, Ионный обмен.

  Л. А. Шиц.


ПраймКемикалсГрупп