ИОННЫЙ ОБМЕН

Сущность ионного обмена заключается в использовании способности специальных материалов, называемых ионообменными материалами или ионитами, изменять в желаемом направлении ионный состав воды.

Способность ионитов к ионному обмену объясняется их специфической структурой. Ионит состоит из твердой нерастворимой в воде молекулярной сетки, к отдельным местам которой на поверхности и внутри ее массы присоединены химически активные функциональные группы атомов ионита. С электрохимической точки зрения каждая молекула является своеобразным твердым электролитом. В результате электролитической диссоциации ионита вокруг нерастворимого в воде ядра образуется ионная атмосфера, представляющая собой ограниченное пространство вокруг молекулы ионита, в котором находятся подвижные и способные к обмену ионы. Если эти подвижные ионы имеют положительный заряд, ионит называется катионитом, если отрицательный — анионитом.

Реакции ионного обмена подчиняются правилам, действующим для реакции обычных электролитов: эквивалентность обмена ионов, обратимость этого процесса, селективность. Эквивалентность заключается в том, что обмен ионов между раствором и ионитом происходит в эквивалентных соотношениях так, чтобы соблюдался принцип электронейтральности раствора. Однако следует отметить, что суммарное количество ионов в растворе может меняться после ионирования вследствие протекания вторичных реакций.

Способность ионита к преимущественной сорбции одних, а не других видов ионов называется селективностью. Причиной, вызывающей селективность, является различие энергий притяжения различных ионов твердой фазой, обусловленной значениями радиусов сорбируемых ионов и их зарядов. При увеличении заряда иона (т.е. при повышении его валентности) по закону Кулона увеличивается энергия его притяжения противоположно заряженной твердой фазой. Поэтому с повышением валентности ионов селективность их сорбции ионитом возрастает. Соответственно, двухвалентные ионы сорбируются лучше, чем одновалентные, а трехвалентные поглощаются лучше двухвалентных.

Установлены ряды селективности для катионов и анионов, в которых каждый последующий ион сорбируется лучше, чем предыдущий. Например, для сильнокислотного катионита КУ-2 получен следующий ряд: Н+< Na+< NH4+< Mg2+< Zn2+< Cu2+< Ca2+< Al3+...

Основные катионы природных вод могут быть выделены в следующий ряд селективности: Н+< Na+< Mg2+< Са2+.

Выбор схем приготовления добавочной и подпиточной вод определяется качеством исходной воды и требуемым качеством обработанной воды, а также условиями экономичности, надежности и минимального сброса примесей, образующихся при эксплуатации водоподготовительных установок.

Используются различные схемы умягчения воды для котлов низкого и среднего давлений, например путем двухступенчатого Na- катионирования.

Двухступенчатое Na-катионирование (рис. 3.17) применяется для умягчения природных вод с малой карбонатной жесткостью. Применимость этой схемы ограничивается размером продувки по щелочам. В первой ступени удаляется основное количество ионов Са2+ и Mg2+. Оставшиеся ионы жесткости поглощаются в фильтре второй ступени. Используется в этом случае слабокислотный катионит.

Наряду с расмотренной выше наиболее простой схемой применяются и другие, более сложные и достаточно эффективные.

Схема двухступенчатого Na-катионирования

Рис. 3.17. Схема двухступенчатого Na-катионирования: I — вход воды; II — выход воды

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >