ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Матерова и В. И. Парамонова. О физико-химической характеристике ионитов из "Теория и практика применения ионообменных материалов" Основы теории обмена катионов заложены исследованиями советских ученых, среди которых в первую очередь следует упомянуть академика К. К. Гедройца [1], создавшего стройное учение об обмене ионов в почвах. Общие положения ионного обмена, установленные К. К. Гед-ройцем на почвах, получили дальнейшее развитие в работах Б. П. Никольского [2—10], Е. Н. Гапона [11, 12] и других, создавших количественную теорию ионообменных процессов. Эта теория была проверена на алюмосиликатах и затем с успехом перенесена на другие катионные поглотители. [c.5] Никольским [13] с сотрудниками на примере анионитов типа слабых оснований было установлено, что обмен анионов подчиняется тем же закономерностям, что и обмен катионов. Из последних работ с анионитами ПЭК и ПЭ-9 следует, что обмен на этих анионитах, имеющих свойства сильных оснований, подчиняется тем же закономерностям, что и обмен на катионитах, имеющих свойства сильных кислот. [c.5] Второй основной характеристикой ионита является его обменная способность (Г). В общем случае (наиболее сложном) обменная способность ионита, как это следует из многих работ, зависит от активности (концентрации) и природы поглощаемого иона, а также от активности (концен трации) водородных иопов в растворе (величины рП). [c.6] Приведенные нами характеристики ионита — величина обменной способности Г и константа обмена К — относятся к равновесным условиям. Для характеристики ионита в неравновесном состоянии мо1ут служить выходные кривые, которые дают представление об относительной скорости процесса. Выходная кривая описывает зависимость концентрации вещества в растворе за слоем ионита от объема пропущенного раствора. Выходные кривые позволяют судить не только о скорости процесса поглощения и вытеснения ионов, но и определять обменную способность ионита. [c.7] Основными характеристиками ионита следует считать константы обмена для различных пар ионов, обменную способность при разных pH и выходные кривые, характеризующие относительную скорость обмена. Ниже приводится экспериментальный материал по определению этих величин для некоторых ионитов. [c.7] Для целей сравнительной характеристики ионитов можно пользоваться кажущимися [уравнение (3)] константами обмена для двух ионов, методика определения которых состоит в следующем. Навески ионита (от 2,25 до 1 г) помещаются в маленькие колонки и через них пропускаются растворы с точно известными концентрациями ионов, но в разных соотношениях. Удобно брать, например, отношения концентраций ионов 1 3, 1 1 и 3 1. При этом необходимо, чтобы ионная сила раствора оставалась постоянной и не превышала 0,1. [c.7] После того, как ионит будет приведен в равновесие с раствором (концентрация вытекающего из колонки раствора должна быть равна исходной концентрации), поглощенные ионы вытесняются разбавленным раствором кислоты (в случае катионита) или щелочи (в случае анионита). Механически задержанный раствор учитывается по весу. Вытесненные ионы определяются аналитически. [c.7] Таким образом получаются все необходимые для расчета константы обмена. [c.8] А цо2-/С1- также растет. [c.8] Для катионитов в табл. 1 приведены величины констант обмена, неимеющих специфического сродства к сульфосмолам ионов натрия и аммония. Данные для констант обмена ионов никеля и натрия показывают, что никель особенно хорошо поглощается вофатитом С. Явление преимущественного поглощения двухвалентных ионов (например, Са ) наблюдалось для карбоксильных катионитов и другими авторами [14]. На сульфокатионитовых смолах преимущественное поглощение иона никеля по сравнению с натрием невелико. [c.8] Ход кажущейся константы обмена при изменении соотношения концентраций ионов в растворе представляет интерес в связи с тем, что дает возможность выбрать наиболее благоприятные условия для разделения ионов, т. е. концентрации ионов в растворе, при которой наблюдается наибольшая избирательность. В случае ионов разной валентности избирательность поглощения иона большей валентности может быть достигнута разбавлением раствора. Этот факт вытекает из анализа уравнения изотермы обмена и экспериментально подтвержден при обмене одно- и двухвалентных ионов Е. Н, Разгоном [12] и др. [c.9] В общем случае обменная способность является функцией pH раствора, активности и природы иона, которым насыщается ионит. Поэтому для сравнения обменных способностей разных ионитов необходимо строго соблюдать постоянство этих величии. [c.9] Учитывая эти обстоятельства, можно рекомендовать для сравнительтюй характеристики ионитов следующую методику определения их обменной способности. [c.9] Обменная способность карбоксильного катионита вофатита С невелика в кислой области и резко возрастает при увеличении pH до 9. Обменная способность сульфокатионитов различных марок изменяется нри увеличении pH сравнительно мало. Так, например, у вофатита Р обменная способность при изменении pH от 3 до 9 увеличивается лишь на 30%. Катиониты СБС, МСФ, эспатит-1 и вофатит К изменяют свою обменную способность в том же интервале pH всего на 10—15%. [c.10] Зависимость обменной способности ионитов от pH может быть получена также из кривых титрования, которые дают возможность судить о кислотных и основных свойствах ионита и природе его активных групп. Кривые титрования выражают зависимость pH раствора, находящегося в равновесии с ионитом, от объема кислоты или щелочи, добавляемых при титровании. Кривые титрования ионитов должны быть получены методом отдельных навесок, который описан в литературе и широко использован в работах Б. П. Никольского с сотрудниками. Этот метод заключается в том, что к серии одинаковых навесок катионита в водородной форме или анионита в гидроксильно11 форме прибавляется определенное количество нейтральной соли, возрастающее количество кислоты или щелочи и дестиллированная вода до постоянного объема. После установления равновесия определяется pH раствора со стеклянным электродом. По экспериментальным данным вычерчивается кривая титрования, причем по оси абсцисс откладывается число миллилитров добавленной кислоты или щелочи, а по оси ординат — pH раствора. Метод отдельных навесок позволяет получать кривые титрования при постоянной концентрации поглощаемого иона и в строго равновесных условиях. [c.10] ИЛИ аниона (0,1 н.). На рис. 2 представлены кривые для вофатитов С, Р и К. Соответственно кислотной силе вофатита получаются различного типа кривые титрования кривая С — типа слабой кислоты, кривая Р— тина кислоты средней силы и кривая К — типа сильной кислоты. По характеру кривых титрования отечественных смол эспатита-1, СБС, СМ-12 (рис. 3) можно заключить, что наиболее сильнокислотным катионитом является смола СБС, катионит СМ-12 проявляет свойства более слабой кислоты, а эспатит-1 занимает промежуточное положение между ними. [c.11] Величины обменной способности ионнтов, определенные из кривых титрования, могут быть представлены графически, как функция pH. На рис. 5 дана зависимость Г от pH для различного типа катионитов, а на рис. 6 — для слабого и сильного анионита. Характер зависимости Г от pH зависит от типа активных групп ионита. [c.11] Вернуться к основной статье