Ионообменные смолы — синтетические органические иониты — высокомолекулярные синтетические соединения с трехмерной гелевой и макропористой структурой, которые содержат функциональные группы кислотной или основной природы, способные к реакциям ионного обмена.
Ионообменные смолы представляют собой твёрдые полимеры, нерастворимые, ограниченно набухающие в растворах электролитов и органических растворителях. Они способны к ионному обмену в водных и водноорганических растворах.
Ионообменные смолы получают путем полимеризации или поликонденсации.
Ионообменные смолы относятся к следующим классам:
- Катионнообменные смолы (катиониты) — содержат кислотные группы
- Анионообменные смолы (аниониты) — содержат основные группы
- Амфотерные ионообменные смолы — содержат одновременно и кислотные, и основные группы
- Селективные ионообменные смолы — содержат комплексообразующие группы
- Окислительно-восстановительные смолы — содержат функциональные группы, способные к изменению зарядов ионов
Кроме того, ионообменные смолы могут содержать группы различных классов, относясь к полифункциональным смолам.
АНИОНИТЫ
Аниониты подразделяются на:
- сильноосновные, способные к обмену анионов любой степени диссоциации в растворах при любых значениях рН;
- слабоосновные, способные к обмену анионов из растворов кислот при рН 1-6;
- промежуточной и смешанной активности.
Как правило, иониты выпускаются в солевых (натриевая, хлористая) или смешанно-солевых формах (натрий водородная, гидроксильно-хлоридная).
Кроме того, выпускаются иониты, практически полностью переведенные в рабочую форму (водородную, гидроксильную и др.).
КАТИОНИТЫ
Катиониты подразделяются на:
- сильнокислотные, обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН.
- слабокнслопшые, способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.
По структуре матрицы ионообменные смолы делятся на:
- гелевые — микропоры имеют молекулярные размеры. Они представляют собой гомогенные поперечносвязанные полимеры. Фиксированные ионы равномерно распределены по всему объему полимера. Гелевые ионообменные смолы обладают высокой обменной емкостью, однако характеризуются невысокой скоростью обмена
- макропористые — размеры пор смолы имеют размеры в десятки нанометров. Имеют фиксированную систему пор и каналов, определяемую условиями синтеза. Обменная ёмкость таких смол меньше, чем гелевых при высокой скорости обмена.
Одной из важной характеристикой ионообменных смол является ионообменная емкость - весовая, объемная и рабочая. Весовая и объемная емкости являются стандартными показателями, определяются в лабораторных условиях по стандартным методикам и указываются в паспортных данных продукцию.
В то же время, рабочая ионообменная емкость не может быть измерена в лабораторных условиях, так как зависит от геометрических размеров слоя смолы и от конкретных характеристик обрабатываемых растворов (уровня регенерации, скорости потоков, концентрации растворенных веществ, требуемых показателей качества обрабатываемого раствора, точного размера частиц).
Изготовители ионообменных смол с помощью дополнительных исследований определяют данные, на основании которых можно рекомендовать оптимальные технологии сорбции-десорбции.
Ионообменные смолы в основном применяются:
- для умягчения и обессоливания воды в теплоэнергетике и других отраслях;
- для разделения и выделения цветных и редких металлов в гидрометаллургии;
- при очистке возвратных и сточных вод;
- для регенерации отходов гальванотехники и металлообработки;
- для разделения и очистки различных веществ в химической промышленности;
- в качестве катализатора для органического синтеза.
Ионообменные смолы используются в котельных, теплоэлектростанциях, атомных станциях, пищевой промышленности (при производстве сахара, алкогольных, слабоалкогольных и других напитков, пива, бутилированной воды), фармацевтической промышленности и других отраслях.
Для удобства транспортировки, ионообменные смолы упаковывают по стандартному весу, и продают их определенными объемами - уже для удобства потребителя. Для каждого продукта определяется и постоянно корректируется насыпной вес влажного продукта, основанный на отношении веса к объему (кг/м3).