ობიექტური- იონ გადამცვლელის ერთ-ერთი მთავარი ფიზიკური და ქიმიური მახასიათებლის - საერთო დინამიური გაცვლის სიმძლავრის (PDEC) დადგენა.

მუშაობის არსი. იონების მაქსიმალური რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია იონგამცვლელის შთანთქმა, განსაზღვრავს მის მთლიან გაცვლის შესაძლებლობებს. იგი შეესაბამება იონოგენური ჯგუფების კონცენტრაციას. სიმძლავრე გამოიხატება, როგორც გაცვლილი იონის მილიმოლის ეკვივალენტების რაოდენობა 1 გ მშრალ (მმოლ ეკვივი/გ) ან 1 მლ ადიდებულ იონ გადამცვლელზე (მმოლ ეკვივ/მლ) pH მნიშვნელობებში, რომელიც შეესაბამება მის სრულ იონიზაციას. იონ გადამცვლელების სიმძლავრის განსაზღვრა ხორციელდება სტატიკურ ან დინამიურ პირობებში (იონგაცვლის სვეტში).

იონური გადამცვლელების სიმძლავრე დინამიურ პირობებში განისაზღვრება გამომავალი მრუდების მიხედვით, რომლებიც აგებულია კოორდინატებში „გაცვლილი იონის კონცენტრაცია სვეტის გამოსასვლელში – ელუატის მოცულობა“. ისინი გამოიყენება სრული დინამიური გაცვლის სიმძლავრის (PDOE) და დინამიური გაცვლის უნარის გასარკვევად (DOE), რომელიც აჩვენებს შთანთქმის იონების რაოდენობას, სანამ ისინი არ გამოჩნდებიან ელუატში (გარღვევა).

ლაბორატორიულ სამუშაოებში აუცილებელია სპილენძისთვის (II) ძლიერ მჟავე კათიონგამცვლელის KU-2-ის PDOE განსაზღვრა. ამისათვის, ხსნარი CuSO 4 გამუდმებითგაიარეთ KU-2 კათიონმცვლელით სავსე სვეტში H+-ფორმაში და გროვდება გამომავალი ხსნარის ცალკეული ნაწილები ( ელუტა) მოცულობით კოლბებში თითოეულ მათგანში Cu 2+ კონცენტრაციის შემდგომი დასადგენად.

როდესაც CuSO 4 ხსნარი გაივლის იონური გადამცვლელი ფენით, იონგაცვლის რეაქცია მიმდინარეობს:

2 R–SO 3 H + CuSO 4 Û (R–SO 3) 2 Cu + H 2 SO 4.

გამორეცხვის პირველ ნაწილებში Cu 2+ იონები არ უნდა იყოს, რადგან ხსნარის გავლისას იონგამცვლელი ფენა თანდათან გაჯერდება ამ იონებით. მერე მოდის სრიალი Cu 2+ იონები ელუატში, რის შემდეგაც Cu 2+ კონცენტრაცია სვეტის გამოსასვლელში გაიზრდება მანამ, სანამ არ გაუტოლდება Cu 2+ კონცენტრაციას სვეტის შესასვლელში, რაც მიუთითებს სრული გაჯერებაიონიტის ფენა.

გამორეცხვის ანალიზი Cu 2+ იონების შემცველობაზე ტარდება ფოტომეტრულად. განმარტება ეფუძნება სპილენძის (II) ამიაკის წარმოქმნას, რომელსაც აქვს ინტენსიური ლურჯი ფერი:

Cu 2+ + 4NH 3 ↔ 2+.

ამ ნაერთის სინათლის შთანთქმის მაქსიმუმი შეესაბამება λ = 620 ნმ. უცნობი კონცენტრაციის საპოვნელად გამოიყენება კალიბრაციის მრუდის მეთოდი.

აღჭურვილობა, ჭურჭელი, რეაგენტები: სვეტი KU-2 სულფოკაციტით წყალბადის სახით; ფოტოელექტრული კოლორიმეტრი; კუვეტები ( ლ= 3 სმ); მარიოტის კოლბა სვეტისთვის ხსნარის ერთგვაროვანი მიწოდებისთვის; სათვალე; მოცულობითი კოლბები ტევადობით 25,0 მლ (3 ც.) და 50,0 მლ (6 ც.); გრადუირებული პიპეტები; საზომი ცილინდრი 25 მლ ტევადობით, 0,1 ნ. სტანდარტული ხსნარი CuSO 4; 3 n. HCl ხსნარი; რეაგენტები Cu 2+-ის გამოსავლენად; 5% წყალხსნარი NH 3; უნივერსალური ინდიკატორის ქაღალდი.

სამუშაოს დასრულება

1. იონ გადამცვლელის მომზადება სამუშაოდ. ნამუშევარში გამოყენებულია წინასწარ მომზადებული სვეტი კათიონური გადამცვლელით, რომლის წონა უნდა დაზუსტდეს მასწავლებელთან.

უპირველეს ყოვლისა, საჭიროა კატიონ გადამცვლელის წყალბადის ფორმაში გადაყვანა. ამისათვის სვეტში გადის 80-100 მლ 3N მარილმჟავა. HCl ხსნარი, ფილტრატის შემოწმება Cu (II) შემცველობაზე. როგორც ანალიტიკური რეაგენტები სპილენძის (II) გამოსავლენად, შეგიძლიათ გამოიყენოთ NaOH ან KOH ხსნარი ( წარმოიქმნება ლურჯი ნალექი Cu (OH) 2), NH 3-ის წყალხსნარი ( სპილენძის ამონიუმის კომპლექსი (II) წარმოიქმნება ინტენსიური ლურჯი ფერისგან) და ა.შ.

ფილტრატში Cu (II) კათიონების არარსებობის შემთხვევაში, სვეტში კატიონ გადამცვლელი ირეცხება გამოხდილი წყლით ნეიტრალამდე. ამ ფორმით, იონის გადამცვლელი ითვლება სამუშაოდ მომზადებულად.

2. დინამიურ პირობებში იონური გაცვლის განხორციელება. CuSO 4-ის ხსნარი შეედინება მარიოტის კოლბაში, რომელიც დამაგრებულია სვეტის თავზე. შემდეგ ისინი იწყებენ მის გავლას კატიონიტის ფენაში, ინარჩუნებენ მუდმივ (~ 1 მლ/წთ) ფილტრაციის სიჩქარეს და არეგულირებენ მას გამოსასვლელში ხრახნიანი დამჭერით. სამუშაოს შესრულებისას აუცილებელია უზრუნველყოს, რომ სვეტში ხსნარის დონე მუდმივი იყოს. ფილტრატი გროვდება ცალკეულ ნაწილებად 25.0 მლ მოცულობის მოცულობითი კოლბაში და თითოეულ მათგანში განისაზღვრება Cu (II) კონცენტრაცია. იხილეთ ქვემოთ).

CuSO 4 ხსნარის გავლა კატიონ გადამცვლელში ჩერდება, როდესაც გაჯერებული Cu (II) იონის შემცველობა ბოლო ორ ნიმუშში მუდმივი რჩება.

3. ანალიზის ჩატარება.

§ კალიბრაციის გრაფიკის აგება. 0,1 ნ სტანდარტის ალიქვოტები. CuSO 4 ხსნარი (1.00; 2.50; 4.00; 5.00; 6.00 მლ) მოთავსებულია 50.0 მლ მოცულობის მოცულობით კოლბაში, 25 მლ 5% ამიაკის ხსნარი და გამოხდილი ემატება თითოეულ კოლბას წყალს ნიშნულამდე. იმავე ტევადობის მოცულობით კოლბაში მოამზადეთ საცნობარო ხსნარი, რომელიც შეიცავს 25 მლ ამიაკის ხსნარს.

გაზომეთ სინათლის შთანთქმა ( მაგრამ) ერთ-ერთი მომზადებული ხსნარი კიუვეტში 3 სმ ფენის სისქით ყველა ფილტრით და დამოკიდებულების მიხედვით ა = ვ(λ) განახორციელეთ ფილტრის არჩევანი.

შემდეგ გაზომეთ ყველა საცნობარო ხსნარის სინათლის შთანთქმა არჩეული სინათლის ფილტრით. გაზომვის შედეგები მუშავდება უმცირესი კვადრატების მეთოდით, სასურველია კომპიუტერის გამოყენებით და კოორდინატებში აგებულია კალიბრაციის გრაფიკი. ა – თან, მმოლ ეკვივი/მლ.

§ ფილტრის ანალიზი. ელუატის თითოეული შეგროვებული ნაწილი (25.0 მლ) რაოდენობრივად გადაიტანეს მოცულობით კოლბაში 50.0 მლ ტევადობით და განზავდნენ ნიშნულამდე 5% ამიაკის ხსნარით. სინათლის შთანთქმა იზომება საცნობარო ხსნართან მიმართებაში და ხსნარში Cu (II) კონცენტრაცია კალიბრაციის მრუდის მიხედვით.

თუ გაზომილი მნიშვნელობა ა≥ 0,6, შემდეგ ამ ხსნარის ალიქვოტი (10,0 მლ) მოთავსებულია 50,0 მლ მოცულობის მოცულობით კოლბაში, ემატება 20 მლ 5% NH 4 OH ხსნარი და განზავებულია გამოხდილი წყლით ნიშნულამდე. მიღებული ხსნარი ფოტომეტრირებულია. გამორეცხვის თითოეულ ნაწილში სპილენძის (II) კონცენტრაციის გაანგარიშებისას აუცილებელია გავითვალისწინოთ განზავება.

4. მიღებული მონაცემების დამუშავება.

4.1. PDOE-ის გაანგარიშება:

სინათლის შთანთქმის გაზომილი მნიშვნელობით ( მაგრამ) თითოეული ხსნარი განსაზღვრავს Cu (II) იონების კონცენტრაციას კალიბრაციის გრაფიკის გამოყენებით;

· ეკვივალენტთა კანონის მიხედვით, Cu (II) იონების კონცენტრაცია გამოითვლება გამორეცხვის ყველა პორციაში (25 მლ) ყველა ადრე გაკეთებული განზავების გათვალისწინებით;

გამოთვალეთ Cu (II) იონების ქიმიური რაოდენობა (მმოლ ეკვივი) მთლიან მოცულობაში გაუშვახსნარი ფორმულის მიხედვით

სადაც ვ(Cu 2+) = 25 მლ - ელუატის ერთი ნაწილის მოცულობა; გვ- პორციების რაოდენობა.

გამოთვალეთ Cu (II) იონების ქიმიური რაოდენობა (მმოლი ეკვივი) გამორეცხვის ყველა ნაწილში ფორმულის მიხედვით

სადაც C i(1/2 Cu 2+) - სპილენძის კონცენტრაცია მე- ელუატის ნაწილი.

სხვაობით იპოვნეთ Cu (II) მმოლ ეკვივალენტების რაოდენობა, რომელიც შთანთქავს იონგამცვლელს:

იონის გადამცვლელის (PDOE) დინამიური გაცვლის სიმძლავრის მნიშვნელობა გამოითვლება ფორმულით

ზოგიერთ შემთხვევაში, მასწავლებლის დავალებით, დამატებით გამოითვლება DOE.

4.2. გამომავალი მრუდის აგება. მიღებული მონაცემების საფუძველზე აგებულია გამომავალი მრუდი, რომელიც გამოსახულია ელუატის მოცულობა (მლ) ექსპერიმენტის დასაწყისიდან აბსცისის ღერძზე და სპილენძის (II) კონცენტრაცია ელუატის თითოეულ ნაწილში (მმოლ ეკვი/ლ. ) ორდინატთა ღერძის გასწვრივ.

ბუნებაში მიმდინარე და პრაქტიკაში განხორციელებული პროცესების მნიშვნელოვანი რაოდენობა არის იონგაცვლის პროცესები. იონის გაცვლა საფუძვლად უდევს ელემენტების მიგრაციას ნიადაგში და ცხოველებისა და მცენარეების ორგანიზმებში. მრეწველობაში იგი გამოიყენება ნივთიერებების გამოყოფისა და წარმოებისთვის, წყლის გაწმენდისთვის, ჩამდინარე წყლების გასაწმენდად, ხსნარების კონცენტრაციისთვის და ა.შ. იონის გაცვლა შეიძლება მოხდეს როგორც ერთგვაროვან ხსნარში, ასევე ჰეტეროგენულ სისტემაში. ამ შემთხვევაში, ქვეშ იონის გაცვლაგვესმოდეს ჰეტეროგენული პროცესი, რომლითაც ხდება გაცვლა იონებს შორის ხსნარში და მყარ ფაზაში ე.წ იონის გადამცვლელი ან იონური გადამცვლელი. იონ გადამცვლელი შთანთქავს იონებს ხსნარიდან და სანაცვლოდ აძლევს იონებს, რომლებიც მისი სტრუქტურის ნაწილია ხსნარში.

3.5.1. იონ გადამცვლელების კლასიფიკაცია და ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები

იონგაცვლის სორბენტები, იონგამცვლელებიარის პოლიელექტროლიტები, რომლებიც შედგება მატრიცები- ატომების ან მოლეკულების უძრავი ჯგუფები (მაღალმოლეკულური ჯაჭვები) აქტიური იონოგენური ჯგუფებიატომები, რომლებიც უზრუნველყოფენ მის იონგაცვლის შესაძლებლობებს. იონური ჯგუფები, თავის მხრივ, შედგება უძრავი იონებისგან, რომლებიც მატრიქსთან არის დაკავშირებული ქიმიური ურთიერთქმედების ძალებით და მოძრავი იონების ეკვივალენტური რაოდენობა საპირისპირო მუხტით - კონტრიონები. მრიცხველებს შეუძლიათ გადაადგილება კონცენტრაციის გრადიენტის გავლენის ქვეშ და მათი გაცვლა შესაძლებელია იმავე მუხტის მქონე ხსნარებიდან. სისტემაში იონგამცვლელი - ელექტროლიტური ხსნარი, გაცვლის იონების განაწილებასთან ერთად, ხდება გამხსნელის მოლეკულების ამ ფაზებს შორის გადანაწილებაც. გამხსნელთან ერთად გარკვეული რაოდენობით კოიონები(იმავე სახელწოდების იონები პასუხისმგებელნი არიან ფიქსირებულებზე). ვინაიდან სისტემის ელექტრული ნეიტრალიტეტი შენარჩუნებულია, კოიონებთან ერთად, კონტრიონების დამატებითი რაოდენობა, მათი ექვივალენტი, გადადის იონ გადამცვლელში.

იმისდა მიხედვით, თუ რომელი იონები არიან მოძრავი, იონ გადამცვლელები იყოფა კატიონ გადამცვლელებად და ანიონ გადამცვლელებად.

კატიონ გადამცვლელებიშეიცავენ უძრავ ანიონებს და გაცვლიან კატიონებს, მათ ახასიათებთ მჟავე თვისებები - მოძრავი წყალბადი ან ლითონის იონი. მაგალითად, კატიონ გადამცვლელი R / SO 3 - H + (აქ R არის სტრუქტურული ბაზა ფიქსირებული ფუნქციური ჯგუფით SO 3 - და კონტრაიონი H +). კატიონ გადამცვლელში შემავალი კათიონების ტიპის მიხედვით მას ჰქვია H-კატიონური გადამცვლელი, თუ მისი ყველა მოძრავი კატიონი წარმოდგენილია მხოლოდ წყალბადით, ან Na-კატიონ გადამცვლელით, Ca-კატიონმცვლელით და ა.შ. ისინი აღინიშნება RH, RNa, R 2 Ca, სადაც R არის ჩარჩო კატიონური გადამცვლელის აქტიური ჯგუფის ფიქსირებული ნაწილით. ფართოდ გამოიყენება კატიონ გადამცვლელები ფიქსირებული ფუნქციური ჯგუფებით -SO 3 -, -PO 3 2-, -COO -, -AsO 3 2- და სხვ.

ანიონ გადამცვლელებიშეიცავენ უმოძრაო კატიონებს და გაცვლიან ანიონებს, მათ ახასიათებთ ძირითადი თვისებები - მოძრავი ჰიდროქსიდის იონი ან მჟავა ნარჩენის იონი. მაგალითად, ანიონის გადამცვლელი R / N (CH 3) 3 + OH -, ფუნქციური ჯგუფით -N (CH 3) 3 + და კონტრაიონი OH -. ანიონის გადამცვლელი შეიძლება იყოს სხვადასხვა ფორმით, ისევე როგორც კატიონ გადამცვლელი: OH-ანიონ გადამცვლელი ან ROH, SO 4 - ანიონგამცვლელი ან RSO 4, სადაც R არის ჩარჩო ანიონური გადამცვლელის აქტიური ჯგუფის ფიქსირებული ნაწილით. ყველაზე ხშირად გამოყენებული ანიონ გადამცვლელები ფიქსირებული ჯგუფებით - +, - +, NH 3 +, NH + და ა.შ.

კათიონური გადამცვლელის აქტიური ჯგუფის დისოციაციის ხარისხიდან და შესაბამისად იონური გაცვლის უნარიდან გამომდინარე, კატიონ გადამცვლელები იყოფა: ძლიერ მჟავე და სუსტად მჟავე. ასე რომ, აქტიური ჯგუფი -SO 3 H მთლიანად დისოცირებულია, შესაბამისად, იონური გაცვლა შესაძლებელია ფართო pH დიაპაზონში, სულფო ჯგუფების შემცველი კათიონური გადამცვლელები კლასიფიცირდება როგორც ძლიერ მჟავე. საშუალო სიმტკიცის კათიონ გადამცვლელები მოიცავს ფისებს ფოსფორმჟავას ჯგუფებით. უფრო მეტიც, ორფუძიანი ჯგუფებისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ ეტაპობრივი დისოციაცია, მხოლოდ ერთ ჯგუფს აქვს საშუალო სიძლიერის მჟავის თვისებები, მეორე იქცევა სუსტი მჟავის მსგავსად. ვინაიდან ეს ჯგუფი პრაქტიკულად არ იშლება ძლიერ მჟავე გარემოში, ამიტომ მიზანშეწონილია ამ იონ გადამცვლელების გამოყენება ოდნავ მჟავე ან ტუტე გარემოში, pH4. სუსტად მჟავე კატიონ გადამცვლელები შეიცავენ კარბოქსილის ჯგუფებს, რომლებიც სუსტად მჟავე ხსნარებშიც კი ნაკლებადაა დაშორებული, მათი მოქმედების დიაპაზონი pH5-ზე. ასევე არსებობს ორფუნქციური კათიონ გადამცვლელები, რომლებიც შეიცავს როგორც სულფო ჯგუფებს, ასევე კარბოქსილის ჯგუფებს ან სულფო და ფენოლურ ჯგუფებს. ეს ფისები მუშაობენ ძლიერ მჟავე ხსნარებში და მაღალი ტუტეობისას მკვეთრად ზრდიან მათ ტევადობას.

კათიონ გადამცვლელების მსგავსად, ანიონური გადამცვლელები იყოფა მაღალი ძირითადი და დაბალი ძირითადი. უაღრესად ძირითადი ანიონის გადამცვლელები შეიცავს კარგად დისოცირებულ მეოთხეულ ამონიუმის ან პირიდინის ფუძეებს, როგორც აქტიურ ჯგუფებს. ასეთ ანიონიტებს შეუძლიათ ანიონების გაცვლა არა მხოლოდ მჟავე, არამედ ტუტე ხსნარებშიც. საშუალო და დაბალი ძირითადი ანიონური ფისები შეიცავს პირველად, მეორად და მესამეულ ამინოჯგუფებს, რომლებიც წარმოადგენენ სუსტ ფუძეებს, მათი მოქმედების დიაპაზონი pH89-ზე.

ასევე გამოიყენება ამფოტერული იონგამცვლელები - ამფოლიტები, რომელიც მოიცავს ფუნქციურ ჯგუფებს როგორც მჟავების, ასევე ფუძეების თვისებებით, მაგალითად, ორგანული მჟავების ჯგუფები ამინოჯგუფებთან ერთად. ზოგიერთ იონ გადამცვლელს, გარდა იონგაცვლის თვისებებისა, აქვს კომპლექსური ან რედოქსის თვისებები. მაგალითად, იონური გადამცვლელები, რომლებიც შეიცავს იოგენურ ამინოჯგუფებს, იძლევიან კომპლექსებს მძიმე ლითონებთან, რომელთა წარმოქმნა ერთდროულად ხდება იონის გაცვლასთან ერთად. იონური გაცვლა შეიძლება თან ახლდეს თხევად ფაზაში კომპლექსურობას, მისი pH მნიშვნელობის კორექტირებით, რაც იონების გამოყოფის საშუალებას იძლევა. ელექტრონიონ გადამცვლელები გამოიყენება ჰიდრომეტალურგიაში ხსნარებში იონების დაჟანგვის ან შემცირებისთვის განზავებული ხსნარებიდან მათი ერთდროული სორბციით.

იონის გადამცვლელზე შთანთქმული იონის დეზორბციის პროცესს ე.წ ელუცია, ხოლო იონის გადამცვლელი რეგენერირებულია და იგი გადადის საწყის ფორმაში. შთანთქმის იონების გამორეცხვის შედეგად, იმ პირობით, რომ იონური გადამცვლელი საკმარისად "დატვირთულია", ელუატები მიიღება 100-ჯერ მეტი იონის კონცენტრაციით, ვიდრე საწყის ხსნარებში.

ზოგიერთ ბუნებრივ მასალას აქვს იონგაცვლის თვისებები: ცეოლიტები, ხე, ცელულოზა, სულფონირებული ქვანახშირი, ტორფი და ა. . ყველაზე გავრცელებულია ორგანული იონგამცვლელები - სინთეზური იონგამცვლელი ფისები, რომლებიც წარმოადგენენ მყარი მაღალმოლეკულური პოლიმერული ნაერთებს, რომლებიც შეიცავს ფუნქციურ ჯგუფებს, რომლებსაც შეუძლიათ ელექტროლიტური დისოციაცია, ამიტომ მათ უწოდებენ პოლიელექტროლიტებს. მათი სინთეზირება ხდება საჭირო იონური ჯგუფების შემცველი მონომერების პოლიკონდენსაციისა და პოლიმერიზაციით, ან ადრე სინთეზირებული პოლიმერის ცალკეულ ერთეულებში იონური ჯგუფების დამატებით. პოლიმერული ჯგუფები ქიმიურად არის მიბმული ერთმანეთთან, ჯვარედინი კავშირშია ჩარჩოში, ანუ სივრცულ სამგანზომილებიან ქსელში, რომელსაც ეწოდება მატრიცა, მათთან ურთიერთქმედების ნივთიერების - წყალგამყოფი აგენტის დახმარებით. დივინილბენზოლი ხშირად გამოიყენება როგორც ჯვარედინი. დივინილბენზოლის ოდენობის კორექტირებით შესაძლებელია ფისოვანი უჯრედების ზომის შეცვლა, რაც შესაძლებელს ხდის იონ გადამცვლელების მიღებას, რომლებიც შერჩევით შთანთქავენ ნებისმიერ კატიონს ან ანიონს "საცრის ეფექტის" გამო, უჯრედის ზომაზე დიდი იონები არ არის. შეიწოვება ფისით. უჯრედის ზომის გასაზრდელად გამოიყენება რეაგენტები ვინილბენზოლთან შედარებით უფრო დიდი მოლეკულებით, მაგალითად, ეთილენგლიკოლების და ბიფენოლების დიმეტაკრილატები. ტელოგენების, ნივთიერებების გამოყენების გამო, რომლებიც ხელს უშლიან გრძელი ხაზოვანი ჯაჭვების წარმოქმნას, მიიღწევა იონური გადამცვლელების გაზრდილი გამტარიანობა. იმ ადგილებში, სადაც ჯაჭვები გატეხილია, ჩნდება ფორები, ამის გამო იონური გადამცვლელები იძენენ უფრო მობილურ ჩარჩოს და უფრო მეტად იშლება წყალხსნართან შეხებისას. ტელოგენად გამოიყენება ნახშირბადის ტეტრაქლორიდი, ალკილბენზოლები, სპირტები და ა.შ.. ამ გზით მიღებულ ფისებს აქვთ. ლარისტრუქტურა ან მიკროფოროვანი. Მიღება მაკროფოროვანიიონები რეაქციულ ნარევში ამატებენ ორგანულ გამხსნელებს, რომლებიც უფრო მაღალი ნახშირწყალბადებია, როგორიცაა იზოოქტანი, სპირტები. გამხსნელი იჭერს პოლიმერიზებელ მასას და ჩარჩოს ფორმირების დასრულების შემდეგ, იგი გამოხდება, რის შედეგადაც პოლიმერში დიდი ფორები რჩება. ამრიგად, სტრუქტურის მიხედვით, იონის გადამცვლელები იყოფა მაკროფოროვან და გელებად.

მაკროფოროვან იონგამცვლელებს აქვთ გაცვლის უკეთესი კინეტიკური მახასიათებლები გელებთან შედარებით, რადგან მათ აქვთ განვითარებული სპეციფიური ზედაპირი 20-130 მ 2/გ (განსხვავებით გელისგან, რომლებსაც აქვთ ზედაპირი 5 მ 2/გ) და დიდი ფორები - 20-100 ნმ, რაც ხელს უწყობს იონების ჰეტეროგენულ გაცვლას, რომელიც ხდება ფორების ზედაპირზე. გაცვლითი კურსი მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული მარცვლების ფორიანობაზე, თუმცა ეს ჩვეულებრივ გავლენას არ ახდენს მათ გაცვლის შესაძლებლობებზე. რაც უფრო დიდია მოცულობა და მარცვლის ზომა, მით უფრო სწრაფია შიდა დიფუზია.

გელის იონგამცვლელი ფისები შედგება ერთგვაროვანი მარცვლებისგან, რომლებსაც მშრალი სახით არ აქვთ ფორები და გაუვალია იონებისა და მოლეკულების მიმართ. ისინი გამტარი ხდებიან წყალში ან წყალხსნარში შეშუპების შემდეგ.

იონ გადამცვლელების შეშუპება

შეშუპებაეწოდება თხევად გამხსნელში მოთავსებული იონური გადამცვლელის მოცულობის თანდათანობითი ზრდის პროცესს, გამხსნელის მოლეკულების ნახშირწყალბადის ჩარჩოში ღრმად შეღწევის გამო. რაც უფრო მეტად იბერება იონური გადამცვლელი, მით უფრო სწრაფად ხდება იონების გაცვლა. შეშუპებაახასიათებდა წონის შეშუპება- აბსორბირებული წყლის რაოდენობა 1 გ მშრალ იონგამცვლელზე ან შეშუპების თანაფარდობა- ადიდებულმა იონგამცვლელის სპეციფიკური მოცულობების თანაფარდობა და მშრალი. ხშირად, ფისის მოცულობა შეშუპების პროცესში შეიძლება გაიზარდოს 10-15-ჯერ. მაღალმოლეკულური ფისის შეშუპება რაც უფრო დიდია, მით უფრო დაბალია მისი შემადგენელი ერთეულების ჯვარედინი კავშირის ხარისხი, ანუ ნაკლებად ხისტია მისი მაკრომოლეკულური ქსელი. სტანდარტული იონ გადამცვლელების უმეტესობა შეიცავს 6-10% დივინილბენზოლს კოპოლიმერებში (ზოგჯერ 20%). ჯვარედინი კავშირისთვის დივინილბენზოლის ნაცვლად გრძელი ჯაჭვის აგენტების გამოყენებისას მიიღება კარგად გამტარი მაკრორეტიკულირებული იონური გადამცვლელები, რომლებზეც იონური გაცვლა ხდება მაღალი სიჩქარით. გარდა მატრიცის სტრუქტურისა, იონური გადამცვლელის შეშუპებაზე გავლენას ახდენს მასში ჰიდროფილური ფუნქციური ჯგუფების არსებობა: რაც უფრო მეტად იმატებს იონური გადამცვლელი, მით მეტია ჰიდროფილური ჯგუფები. გარდა ამისა, იონგამცვლელები, რომლებიც შეიცავენ ერთჯერად დამუხტულ კონტრიონებს, უფრო ძლიერად იშლება, განსხვავებით ორი და სამი დამუხტული კონტრიონებისგან.კონცენტრირებულ ხსნარებში შეშუპება ხდება უფრო ნაკლებად, ვიდრე განზავებულებში. არაორგანული იონგამცვლელების უმეტესობა საერთოდ ან თითქმის არ შეშუპებულია, თუმცა ისინი შთანთქავენ წყალს.

იონის გადამცვლელის სიმძლავრე

სორბენტების იონგაცვლის უნარი ხასიათდება მათი გაცვლის მოცულობა, დამოკიდებულია ფუნქციური იონოგენური ჯგუფების რაოდენობაზე იონების გადამცვლელის მასაზე ან მოცულობაზე. იგი გამოხატულია მილიეკვივალენტებში 1 გ მშრალ იონგამცვლელზე ან ეკვივალენტებში 1 მ 3 იონ გადამცვლელზე და უმეტეს სამრეწველო იონ გადამცვლელებისთვის არის 2-10 მეკვ/გ დიაპაზონში. სრული გაცვლის შესაძლებლობა(POE) - იონების მაქსიმალური რაოდენობა, რომელიც შეიძლება შეიწოვოს იონ გადამცვლელმა, როდესაც ის გაჯერებულია. ეს არის მუდმივი მნიშვნელობა მოცემული იონური გადამცვლელისთვის, რომელიც შეიძლება განისაზღვროს როგორც სტატიკურ, ასევე დინამიურ პირობებში.

სტატიკური პირობებში, ელექტროლიტური ხსნარის გარკვეულ მოცულობასთან შეხებისას, განსაზღვრეთ სრული სტატიკური გაცვლის სიმძლავრე(PSOE) და წონასწორული სტატიკური გაცვლის უნარი(PCOE), რომელიც იცვლება წონასწორობაზე მოქმედი ფაქტორების მიხედვით (ხსნარის მოცულობა, შემადგენლობა, კონცენტრაცია და ა.შ.). წონასწორული იონგამცვლელი - ხსნარი შეესაბამება მათი ქიმიური პოტენციალის თანასწორობას.

დინამიურ პირობებში, ხსნარის უწყვეტი ფილტრაციით გარკვეული რაოდენობის იონგამცვლელის მეშვეობით, განსაზღვრეთ დინამიური გაცვლის უნარი- იონების რაოდენობა, რომელიც შეიწოვება იონგამცვლელის მიერ სორბირებული იონების გარღვევამდე (DOE), სრული დინამიური გაცვლის სიმძლავრეიონ გადამცვლელის (PDOE) სრულ განვითარებამდე. გარღვევამდე სიმძლავრე (სამუშაო სიმძლავრე) განისაზღვრება არა მხოლოდ იონური გადამცვლელის თვისებებით, არამედ დამოკიდებულია საწყისი ხსნარის შემადგენლობაზე, მისი გავლის სიჩქარეზე იონის გადამცვლელ ფენაში, იონის სიმაღლეზე (სიგრძეზე). გადამცვლელი ფენა, მისი რეგენერაციის ხარისხი და მარცვლების ზომა.

ოპერაციული სიმძლავრე განისაზღვრება გამომავალი მრუდის ნახ. 3.5.1

S 1 - სამუშაო გაცვლის სიმძლავრე, S 1 +S 2 - სრული დინამიური გაცვლის სიმძლავრე.

როდესაც ელუცია ხორციელდება დინამიურ პირობებში, გამორეცხვის მრუდი აქვს მრუდის ფორმა, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 3.5.2

როგორც წესი, DEC არის PDOE-ის 50%-ზე მეტი ძლიერ მჟავე და ძლიერ ფუძე იონგამცვლელებისთვის და 80%-ზე სუსტად მჟავე და სუსტად ძირითადი იონგამცვლელებისთვის. ძლიერ მჟავე და ძლიერ ფუძე იონგამცვლელების სიმძლავრე პრაქტიკულად უცვლელი რჩება pH ხსნარების ფართო სპექტრში. სუსტად მჟავე და სუსტად ძირითადი იონური გადამცვლელების სიმძლავრე დიდწილად დამოკიდებულია pH-ზე.

იონ გადამცვლელის გაცვლის სიმძლავრის გამოყენების ხარისხი დამოკიდებულია მარცვლების ზომასა და ფორმაზე. ჩვეულებრივ მარცვლის ზომები 0,5-1 მმ-ის ფარგლებშია. მარცვლების ფორმა დამოკიდებულია იონგამცვლელის მომზადების მეთოდზე. ისინი შეიძლება იყოს სფერული ან არარეგულარული ფორმის. სასურველია სფერული მარცვლები - ისინი უზრუნველყოფენ უკეთეს ჰიდროდინამიკურ პირობებს და პროცესის მაღალ სიჩქარეს. ასევე გამოიყენება იონის გადამცვლელები ცილინდრული მარცვლებით, ბოჭკოვანი და სხვა. რაც უფრო თხელია მარცვლები, მით უკეთესია იონგამცვლელის გაცვლის უნარი, მაგრამ ამავდროულად, გამოყენებული აღჭურვილობიდან გამომდინარე, იზრდება სორბენტის ფენის ჰიდრავლიკური წინააღმდეგობა ან იონური გადამცვლელის მცირე მარცვლების მოცილება. ხსნარი იზრდება. გადატანის თავიდან აცილება შესაძლებელია ფერომაგნიტური დანამატის შემცველი იონური გადამცვლელების გამოყენებით. ეს საშუალებას გაძლევთ შეინახოთ წვრილმარცვლოვანი მასალა შეჩერებულ ზონაში - მაგნიტური ველი, რომლის მეშვეობითაც ხსნარი მოძრაობს.

იონ გადამცვლელებს უნდა გააჩნდეთ მექანიკური სიმტკიცე და ქიმიური წინააღმდეგობა, ანუ არ უნდა განადგურდეს წყალხსნარებში შეშუპებისა და მუშაობის შედეგად. გარდა ამისა, ისინი ადვილად უნდა აღდგეს, რითაც შეინარჩუნებენ აქტიურ თვისებებს დიდი ხნის განმავლობაში და მუშაობენ ცვლილებების გარეშე რამდენიმე წლის განმავლობაში.

6. მოქმედების ვადა ამოღებულ იქნა სტანდარტიზაციის, მეტროლოგიისა და სერტიფიცირების სახელმწიფოთაშორისი საბჭოს N 5-94 ოქმის მიხედვით (IUS 11-12-94).

7. გამოცემა (2002 წლის იანვარი) შესწორებული (IUS 3-91)


ეს სტანდარტი ვრცელდება იონ გადამცვლელებზე და აკონკრეტებს მეთოდებს დინამიური გაცვლის სიმძლავრის დასადგენად იონის გადამცვლელის სრული რეგენერაციით და რეგენერატორული აგენტის ნაკადის მოცემული სიჩქარით.

მეთოდები მოიცავს სამუშაო ხსნარიდან შთანთქმული იონების ოდენობის განსაზღვრას ადიდებულმა იონ გადამცვლელის ერთეული მოცულობით, ხსნარის უწყვეტი დინების დროს იონ გადამცვლელი ფენით.

1. შერჩევის მეთოდი

1. შერჩევის მეთოდი

1.1. ნიმუშის აღების მეთოდი მითითებულია კონკრეტული პროდუქტების მარეგულირებელ და ტექნიკურ დოკუმენტაციაში.

1.2. იონ გადამცვლელებისთვის, რომლებშიც ტენის მასური წილი 30%-ზე ნაკლებია, აღებულია ნიმუში (100 ± 10) გ. შესივებისთვის სინჯს ათავსებენ 600 სმ 3 ტევადობის ჭიქაში და ასხამენ გაჯერებულს. ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარი, რომელიც ჭარბად უნდა ფარავდეს იონგამცვლელ ფენას მისი შეშუპების გათვალისწინებით. 5 საათის შემდეგ იონგამცვლელს რეცხავენ გამოხდილი წყლით.

1.3. იონ გადამცვლელებისთვის, რომელთა ტენიანობის მასის ფრაქცია 30%-ზე მეტია, ნიმუში (150 ± 10) გ მიიღება 600 სმ 3 ტევადობის ჭიქაში და ემატება 200 სმ 3 გამოხდილი წყალი.

2. რეაგენტები, ხსნარები, საწყობები, ინსტრუმენტები

გამოხდილი წყალი GOST 6709-ის შესაბამისად ან დემინერალიზებული წყალი, რომელიც აკმაყოფილებს GOST 6709-ის მოთხოვნებს.

ბარიუმის ქლორიდი GOST 742-ის მიხედვით, ქიმიურად სუფთა, ხსნარი 10% მასის წილით.

კალციუმის ქლორიდი 2-წყლიანი, ქიმიურად სუფთა, კონცენტრაციების ხსნარები (СаСl=0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ) და (СаСl)=0,0035 მოლ/დმ (0,0035 ნ).

ჰიდროქლორინის მჟავა GOST 3118-ის მიხედვით, ქიმიურად სუფთა, ხსნარები 5% მასური წილით და კონცენტრაციით (HCl) = 0,5 მოლ/დმ (0,5 N), (HCl) = 0,1 მოლ/დმ (0, 1 N) და (HCl) )=0,0035 მოლ/დმ (0,0035 ნ).

გოგირდის მჟავა GOST 4204-ის მიხედვით, ქიმიურად სუფთა, ხსნარები 1%, კონცენტრაციით (HSO) = 0,5 მოლ/დმ (0,5 ნ).

ნატრიუმის ჰიდროქსიდი GOST 4328-ის მიხედვით, ქიმიურად სუფთა, ხსნარები მასური ფრაქციის 2, 4, 5%, კონცენტრაციები (NaOH) = 0,5 მოლ/დმ (0,5 N), (NaOH) = 0,1 მოლ/დმ (0,1 N), (NaOH)=0,0035 მოლ/დმ (0,0035 ნ).

ნატრიუმის ქლორიდი GOST 4233-ის მიხედვით, ქიმიურად სუფთა, გაჯერებული ხსნარი და საკონცენტრაციო ხსნარი (NaCI)=0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ).

შერეული ინდიკატორი, რომელიც შედგება მეთილის წითელი და მეთილენის ლურჯი ან მეთილის წითელი და ბრომკრეზოლის მწვანე, მომზადებულია GOST 4919.1 შესაბამისად.

ინდიკატორი მეთილის ნარინჯისფერი ან მეთილის წითელი, ხსნარი მასის ფრაქციის 0,1% მომზადებულია GOST 4919.1 მიხედვით.

ინდიკატორი ფენოლფთალეინი, ალკოჰოლური ხსნარი 1% მასის ფრაქციის მქონე მომზადებულია GOST 4919.1 მიხედვით.

ქიმიური ცაცხვის შთამნთქმელი KhPI-1 GOST 6755 ან სოდა ცაცხვის მიხედვით.

ტუბი (კალციუმის ქლორიდი) GOST 25336 მიხედვით.

ჭიქა 1000 GOST 1770-ის მიხედვით.

ცილინდრები GOST 1770 ვერსიების 1-4 შესაბამისად 100 და 250 სმ3 ტევადობით და 1, 2 ვერსიებით 500 და 1000 სმ3 ტევადობით.

სათვალეები B ან H GOST 25336-ის მიხედვით ნებისმიერი დიზაინით 600 და 1000 სმ ტევადობით.

კოლბები Kn-1-250 GOST 25336-ის მიხედვით.

პიპეტები 2-2-100, 2-2-25, 2-2-20 და 2-2-10 NTD-ის მიხედვით.

ბიურეტები NTD ტიპების მიხედვით 1, 2, ვერსიები 1-5, სიზუსტის კლასები 1, 2, ტევადობით 25 ან 50 სმ 3, გაყოფის მნიშვნელობით არაუმეტეს 0,1 სმ და 1, 2 ტიპის ბიურეტები, შესრულება 6. , სიზუსტის კლასები 1, 2, ტევადობით 2 ან 5 სმ, გაყოფის ღირებულებით არაუმეტეს 0,02 სმ.

1, 2 შესრულების მოცულობითი კოლბები GOST 1770-ის შესაბამისად, სიზუსტის კლასები 1, 2, ტევადობით 10, 25 და 100 სმ3.

საცერი საკონტროლო ბადით 0315K GOST 6613-ის მიხედვით 200 მმ დიამეტრის ჭურვით.

ჭიქა ChKTs-5000 GOST 25336-ის შესაბამისად ან დამზადებულია პოლიმერიზაციის მასალისგან, საკმარისია მასში საცრის დასაყენებლად.

ლაბორატორიული კონფიგურაცია (იხ. ნახაზი) ​​შედგება ბოთლის 1 და მინის სვეტისგან 6 შიდა დიამეტრით (25.0 ± 1.0) მმ და სიმაღლე მინიმუმ 600 მმ, რათა განისაზღვროს დინამიური გაცვლის სიმძლავრე იონის სრული რეგენერაციის პირობებში. გადამცვლელი და შიდა დიამეტრი (16,0 ± 0,5) მმ და სიმაღლე არანაკლებ 850 მმ, რათა განისაზღვროს რეგენერატორული აგენტის მოცემული ნაკადის პირობებში. ფილტრი 7 ტიპის FKP POR 250 XC GOST 25336-ის მიხედვით ან სხვა ფილტრაციის მოწყობილობა, რომელიც მდგრადია მჟავებისა და ტუტეების მიმართ, გაუვალი 0,25 მმ-ზე მეტი იონგამცვლელი მარცვლებისთვის და აქვს დაბალი ფილტრაციის წინააღმდეგობა, შედუღებულია სვეტის ქვედა ნაწილში. სვეტი ბოთლს უკავშირდება მინის მილის 3 და რეზინის შლანგის 4 გამოყენებით ხრახნიანი დამჭერით 5. ჰაერიდან ნახშირორჟანგის ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარში შეღწევის თავიდან ასაცილებლად, კალციუმის ქლორიდის მილი 2 შთამნთქმელი KhPI-1. დამონტაჟებულია ბოთლის საცობში.

ლაბორატორიული დაყენება

ნებადართულია სხვა საზომი ხელსაწყოების გამოყენება მითითებულზე უარესი მეტროლოგიური მახასიათებლებით, აგრეთვე რეაგენტების ხარისხზე არანაკლებ მითითებულზე.

3. დინამიური გაცვლის სიმძლავრის განსაზღვრის მეთოდი იონიტის სრული რეგენერაციით

3.1. მზადება გამოცდისთვის

3.1.1. ტესტირებისთვის მზადება ტარდება GOST 10896-ის მიხედვით და მომზადების შემდეგ იონგამცვლელი ინახება დახურულ კოლბაში გამოხდილი წყლის ფენის ქვეშ.

კატიონგამცვლელი ფისოვანი კლასის KU-2-8chS და ანიონგაცვლის კლასის AV-17-8chS არ არის მომზადებული ტესტირებისთვის GOST 10896-ის მიხედვით.

3.1.2. იონგამცვლელის ნიმუში კოლბიდან წყალხსნარის სახით გადადის ცილინდრში 100 სმ 3 ტევადობით და იონური გადამცვლელი ფენა იკუმშება ცილინდრის ფსკერის მყარ ზედაპირზე დაჭერით, სანამ შეკუმშვა არ შეჩერდება. იონ გადამცვლელის მოცულობა რეგულირდება 100 სმ 3-მდე და იონური გადამცვლელი გადადის სვეტში გამოხდილი წყლის დახმარებით, რაც დარწმუნდება, რომ ჰაერის ბუშტები არ მოხვდეს იონგამცვლელის გრანულებს შორის. ჭარბი წყალი ამოიწურება სვეტიდან, ტოვებს ფენას 1-2 სმ სიმაღლეზე იონგამცვლელის დონიდან.

3.1.3. სვეტში იონგამცვლელი ირეცხება გამოხდილი წყლით, გადადის ზემოდან ქვემოდან 1,0 დმ/სთ სიჩქარით. ამ შემთხვევაში, ანიონის გადამცვლელი ირეცხება ტუტესაგან (ფენოლფთალეინის მიერ), ხოლო კატიონური გადამცვლელი მჟავისგან (მეთილის ფორთოხლის საშუალებით).

3.1.4. ჰიდროქსილის სახით ძლიერი ფუძის ანიონური ფისები სწრაფად იტენება და ირეცხება ნახშირორჟანგისგან თავისუფალი წყლით.

3.2. ტესტის ჩატარება

3.2.1. იონ გადამცვლელების დინამიური გაცვლის სიმძლავრის განსაზღვრა შედგება რამდენიმე ციკლისგან, რომელთაგან თითოეული მოიცავს სამ თანმიმდევრულ ოპერაციას - გაჯერება, რეგენერაცია, რეცხვა, რომლის პირობები მოცემულია ცხრილში.1.

ცხრილი 1

დინამიური გაცვლის სიმძლავრის განსაზღვრის პირობები იონური გადამცვლელის სრული რეგენერაციით

ინდიკატორი	იონიტის კლასი	იონური გადამცვლელების გაჯერების სამუშაო ხსნარი	გაჯერების კონტროლი	რეგენერირებადი გახეხვის ხსნარი
					გაჯერება არა	სარეცხი- კა	რეგენი- რაცია
დინამიური გაცვლის უნარი გარღვევამდე ()	ძლიერად - მჟავა კატიონ გადამცვლელები	კალციუმის ქლორიდი (CaCl)=0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ)	ფილტრატში კალციუმის იონების კონცენტრაციამდე (Ca)=0,05 მმოლ/დმ (0,05 მგ ეკვ/დმ) განისაზღვრება GOST 4151-ის მიხედვით.	მარილმჟავა, ხსნარი მასის წილით 5%
	ძლიერად - ძირითადი ანიონური გადამცვლელები	ნატრიუმის ქლორიდი (NaCl)=0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ)	სანამ ტუტე კონცენტრაცია არ შემცირდება 0,5 მმოლ/დმ (0,5 მგ ეკვივი/დმ) ფილტრატში მის მაქსიმალურ სტაბილურ მნიშვნელობასთან შედარებით [შერეული მაჩვენებელი, ტიტრირების ხსნარი, მარილმჟავას კონცენტრაცია (HCl) = 0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ.) ] და სანამ ქლორის იონების შემცველობა არ გაიზრდება ფილტრატში მის სტაბილურ შემცველობასთან შედარებით (განსაზღვრულია GOST 15615 მიხედვით)	ნატრიუმის ჰიდროქსიდი, ხსნარი მასური წილით 5%
	სუსტი - ძირითადი ანიონური გადამცვლელები		სანამ ფილტრატში არ გამოჩნდება მჟავა (მეთილის ფორთოხალი)
სრული დინამიური გაცვლის სიმძლავრე ()	სუსტი - ძირითადი ანიონური გადამცვლელები	მარილმჟავა (HCl)=0,1 მოლ/დმ (0,1 ნ)	ფილტრატის კონცენტრაციის სამუშაო ხსნარის კონცენტრაციასთან გათანაბრებამდე	ნატრიუმის ჰიდროქსიდი, ხსნარი 2% მასის წილად

შენიშვნები:

1. Ca იონების კონცენტრაციის განსაზღვრისას GOST 4151-ის მიხედვით

2. სპეციფიკური დატვირთვა არის ხსნარის მოცულობა, რომელიც გაივლის იონგამცვლელის მოცულობას 1 საათში, მაგალითად, 5 დმ/დმ სთ შეესაბამება ფილტრაციის სიჩქარეს, რომლითაც გადის ხსნარის 500 სმ (8,3 სმ/წთ). იონგამცვლელის 100 სმ 1 საათში.

3. ფილტრაციის სიჩქარე დგინდება საზომ ცილინდრში ფილტრატის მოცულობის გარკვეული დროის ინტერვალზე გაზომვით.


ხსნარები და წყალი იკვებება ზემოდან ქვემოდან. როდესაც AN-1 და AN-2FN კლასის ანიონური გადამცვლელი გაჯერებულია, ხსნარები იკვებება ქვემოდან ზემოდან.

3.2.2 გაჯერების, რეგენერაციის და რეცხვის ოპერაციების ჩატარებამდე სვეტი ივსება შესაბამისი ხსნარით. იონგამცვლელის ზემოთ ხსნარის ფენა უნდა იყოს (15 ± 3) სმ.

3.2.3. გაჯერების, რეგენერაციისა და გარეცხვის შემდეგ იონგამცვლელის ზემოთ სვეტში რჩება 1-2 სმ სიმაღლის თხევადი ფენა.

3.2.4. იონგამცვლელის სვეტი ივსება სამუშაო ხსნარით იონგამცვლელის კონკრეტული კლასისთვის (იხ. ცხრილი 1) ისე, რომ ხსნარის ფენა იონგამცვლელის ზემოთ იყოს (15±3) სმ და შეირჩევა შესაბამისი ფილტრაციის სიჩქარე.

0,1 მოლ/დმ (0,1 ნ) კონცენტრაციით სამუშაო ხსნარების სვეტში გავლისას, ფილტრატი გროვდება 250 სმ 3 მოცულობის ცილინდრებში, 0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ) კონცენტრაციით. - 1000 სმ ტევადობის ცილინდრებში გაჯერების მეორე და მომდევნო ციკლებში სამუშაო ხსნარის იონების ფილტრატში გამოჩენამდე (განისაზღვრება პირველი ციკლის შემდეგ), ფილტრატი გროვდება 100 და 250 სმ3 ნაწილებად. , შესაბამისად, სამუშაო ხსნარის კონცენტრაციები.

3.2.5. ნიმუში აღებულია ფილტრატის თითოეული ნაწილიდან და გაჯერება კონტროლდება ცხრილი 1-ის შესაბამისად.

3.2.6. მას შემდეგ, რაც სამუშაო ხსნარის იონები გამოჩნდება ფილტრატის ნაწილში, გამოითვლება ფილტრატის მთლიანი მოცულობა.

3.2.7. მთლიანი დინამიური გაცვლის სიმძლავრის დასადგენად, ხსნარის გავლა გრძელდება მანამ, სანამ ფილტრატის კონცენტრაცია არ გათანაბრდება სამუშაო ხსნარის კონცენტრაციასთან. გაჯერების კონტროლი ამ შემთხვევაში ტარდება ნიმუშის ტიტრირებით მჟავა ხსნარით (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) შერეული ინდიკატორით, სანამ ფერი შეიცვლება.

3.2.8. რეგენერაციამდე, სვეტში იონგამცვლელი იხსნება გამოხდილი წყლის დინებით ქვემოდან ზემოდან ისე, რომ იონ გადამცვლელის ყველა მარცვალი მოძრაობს. გაჯერების ოპერაციამდე ტარდება KU-1 კათიონმცვლელის და AN-1 და AN-2FN ანიონმცვლელების შესუსტება.

3.2.9. იონ გადამცვლელის რეგენერაცია ხორციელდება მჟავა ხსნარით (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) ცხრილში 1-ში მითითებული სიჩქარით. ფილტრატი მუდმივად გროვდება 250-1000 სმ 3 ცილინდრით ნაწილებად, ინდიკატორის 3-4 წვეთით. როდესაც მჟავა (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) ჩნდება ფილტრატში, მისი კონცენტრაცია განისაზღვრება შემდგომ ნაწილებში. ფილტრატის გასაკონტროლებლად ნიმუში აღებულია პიპეტით ან მოცულობითი კოლბით და ტიტრირდება მჟავა ხსნარით (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) კონცენტრაციებით (HCl, HSO) = 0,5 მოლ/დმ (0,5 N), (NaOH) = 0,5 მოლ/დმ ( 0 .5 ნ.) ინდიკატორის არსებობისას

3.2.10. მჟავა ხსნარი (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) გადადის მანამ, სანამ ფილტრატის კონცენტრაცია არ გაუტოლდება აღმდგენი ხსნარის კონცენტრაციას.

3.2.11. რეგენერაციის შემდეგ, იონგამცვლელი ირეცხება გამოხდილი წყლით, სანამ ნეიტრალდება მეთილის ფორთოხლის (ფენოლფთალეინის) თვალსაზრისით, ცხრილში 1-ში მითითებული სიჩქარით. შემდეგ იონგამცვლელი ინახება გამოხდილ წყალში 1 საათის განმავლობაში და კვლავ შემოწმდება ფილტრატი. თუ ფილტრატი არ არის ნეიტრალური, ფისი კვლავ გარეცხილია.

3.2.12. დინამიური გაცვლის სიმძლავრის განსაზღვრა სრულდება, თუ ბოლო ორ ციკლში მიიღება შედეგები, რომელთა შორის შეუსაბამობა არ აღემატება საშუალო შედეგის 5%-ს.

3.2.13. ანიონგამცვლელი ფისის AV-17-8chS დინამიური გაცვლის უნარი განისაზღვრება ორ პარალელურ ნიმუშზე პირველ გაჯერების ციკლში, ფილტრატში სამუშაო ხსნარის იონების გამოჩენამდე. ფილტრატი გროვდება 250 სმ3-ის ნაწილებად.შედეგი აღებულია ორი განსაზღვრის შედეგების საშუალო არითმეტიკულად, რომელთა შორის დასაშვები შეუსაბამობა არ აღემატება საშუალო შედეგის 5%-ს.

(Amendment, IUS 3-91).

4. დინამიური გაცვლის სიმძლავრის განსაზღვრის მეთოდი რეგენერაციული ნივთიერების მოცემული მოხმარებით

4.1. მზადება გამოცდისთვის

4.1.1. იონიტი, შერჩეული 1.2 და 1.3 პუნქტების შესაბამისად, გამოყოფილია წვრილი ფრაქციებიდან სველი გაცრის გზით GOST 10900-ის მიხედვით N 0315K ბადისებრი საცრის გამოყენებით.

4.1.2. სკრინინგული ანიონგამცვლელი ფისი მოთავსებულია ჭიქაში, ემატება 500 მლ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი 4%-იანი მასის ფრაქციის მქონე და აურიეთ. 4 საათის შემდეგ ჰიდროქსიდის ხსნარი დრენირებულია და ანიონის გადამცვლელი ირეცხება წყლით ფენოლფთალეინთან მიმართებაში ოდნავ ტუტე რეაქციამდე და გადადის სვეტში, როგორც ეს მითითებულია პუნქტში 3.1.2.

4.1.3. გაწმენდილი კათიონმცვლელი ირეცხება სუსპენზიიდან და სიმღვრივედან გამოხდილი წყლით დეკანტაციით, სანამ არ გამოჩნდება გამჭვირვალე სარეცხი წყალი და გადაეცემა სვეტში 3.1.2 პუნქტის შესაბამისად.

4.2. ტესტის ჩატარება

4.2.1. იონ გადამცვლელების დინამიური გაცვლის შესაძლებლობების განსაზღვრა ფილტრატში სამუშაო ხსნარის იონების გამოჩენამდე () შედგება რამდენიმე ციკლისგან, რომელთაგან თითოეული მოიცავს სამ თანმიმდევრულ ოპერაციას - გაჯერება, რეგენერაცია, რეცხვა, რომლის პირობები მოცემულია ცხრილში 2. ხსნარები და წყალი იკვებება ზემოდან ქვემოდან. თხევადი ფენის სიმაღლე იონ გადამცვლელის დონეს ზემოთ დაყენებულია, როგორც ეს მითითებულია 3.2.2 და 3.2.3 პუნქტებში.

ცხრილი 2

იონ გადამცვლელების დინამიური გაცვლის სიმძლავრის განსაზღვრის პირობები რეგენერაციული ნივთიერების ნაკადის მოცემულ სიჩქარეზე

იონიტის კლასი	რეგენერირებადი გახეხვის ხსნარი	რეგენის სპეციფიკური მოხმარების მაჩვენებელი შემცირების აგენტი (), გ/მოლი (გ/გ ეკვ) შთამნთქმელი იონები	სარეცხი კონტროლი	სამუშაო ხსნარი იონური გადამცვლელის გაჯერებისთვის	გაჯერების კონტროლი	ფილტრაციის სიჩქარე
						ნაზი - შენი	გათეთრება	რეგ- არა tion
ძლიერად მჟავა კატიონ გადამცვლელები			ფილტრატში ნარჩენი მჟავის კონცენტრაციამდე, არაუმეტეს (HSO)=1 მმოლ/დმ (1 მგ ეკვ/დმ) და კალციუმის იონების კონცენტრაცია (Ca)=0,05 მმოლ/დმ (0,05 მგ ეკვ/დმ), განსაზღვრეთ GOST 4151-ის მიხედვით	კალციუმის ქლორიდი (СаСl=0,0035 მოლ/დმ (0,0035 N)	ფილტრატში კალციუმის იონების კონცენტრაციამდე (Ca)=0,05 მმოლ/დმ-ზე მეტი (0,05 მგ ეკვ/დმ), განსაზღვრეთ GOST 4151-ის მიხედვით
სუსტი - მჟავა კატიონ გადამცვლელები	გოგირდის მჟავა, ხსნარი 1% მასის წილად		ფილტრატში სულფატის იონების არარსებობამდე (ნიმუში BaCl-ით HCl-ის თანდასწრებით)	ნატრიუმის ჰიდროქსიდი (NaOH)=0,0035 მოლ/დმ (0,0035 N)	ნატრიუმის ჰიდროქსიდის (NaOH) ფილტრატში კონცენტრაციამდე=0,1 მმოლ/დმ (0.1 მგ ეკვ/დმ) (ფენოლფთალეინისთვის)
ძლიერად - ძირითადი ანიონური გადამცვლელები	ნატრიუმის ჰიდროქსიდი მასური წილით 4%		ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ნარჩენი კონცენტრაციამდე ფილტრატში, არაუმეტეს (NaOH)=0,2 მმოლ/დმ. (0.2 მგ ეკვ/დმ) ფენოლფთალეინისთვის	ნატრიუმის ქლორიდი (NaCI)=0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ)	სანამ ტუტე კონცენტრაცია შემცირდება (NaOH)=0,7 მმოლ/დმ (0.7 მგ ეკვ/დმ) ფილტრატში მის მაქსიმალურ სტაბილურ მნიშვნელობასთან შედარებით
სუსტი - ძირითადი ანიონური გადამცვლელები	ნატრიუმის ჰიდროქსიდი, ხსნარი მასური წილადით 4%		ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ნარჩენი კონცენტრაციამდე ფილტრატში, არაუმეტეს (NaOH) = 0,2 მმოლ/დმ (0,2 მგ ეკვ/დმ) ფენოლფთალეინისთვის.	ჰიდროქლორინის (გოგირდის) მჟავა (HCl, HSO) \u003d 0,0035 მოლ/დმ (0,0035 ნ.)	ფილტრატში ნარჩენი მჟავის კონცენტრაციამდე არაუმეტეს (N)=0,1 მმოლ/დმ (0,1 მგ ეკვივ/დმ), შერეული მაჩვენებელი, ტიტრაციული ხსნარი - ნატრიუმის ჰიდროქსიდის კონცენტრაცია (NaOH)=0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ. .)

შენიშვნები:

1. აღმდგენი ნივთიერების () სპეციფიკური მოხმარების სიჩქარის გამოხატვისას გრამებში თითო მოლზე, სიტყვა „მოლი“ ნიშნავს იონის ეკვივალენტის მოლურ მასას (Na, K, Ca, Mg, Cl, NO, HCO, HSO, CO, SO

და ა.შ.).

2. რეგენერატორული აგენტის ფაქტობრივი მოხმარება არ უნდა განსხვავდებოდეს მითითებული მაჩვენებლისგან 5%-ზე მეტით.

3. Ca იონების კონცენტრაციის განსაზღვრისას GOST 4151-ის მიხედვით ნებადართულია 2-3 წვეთი ქრომის-მუქი ლურჯი ინდიკატორის გამოყენება და ტიტრირება Trilon B კონცენტრაციის ხსნარით (NaHCON 2HO) = 0,01 მოლ/დმ (0,01).

4. სპეციფიკური დატვირთვა არის ხსნარის მოცულობა, რომელიც გაივლის იონმცვლელის მოცულობაში 1 საათში, მაგალითად, 5 დმ/დმ სთ შეესაბამება ფილტრაციის სიჩქარეს, რომლითაც გადის ხსნარის 500 სმ (8,3 სმ/წთ). იონგამცვლელის 100 სმ 1 საათში.

5. ფილტრაციის სიჩქარე დგინდება საზომ ცილინდრში ფილტრატის მოცულობის გარკვეული დროის ინტერვალზე გაზომვით.


კატიონური გადამცვლელის თაბაშირის თავიდან აცილების მიზნით, რეგენერაცია მჟავით და რეგენერაციული პროდუქტებიდან რეცხვა ხორციელდება შეუფერხებლად, ოპერაციებს შორის უფსკრული თავიდან აცილების მიზნით.

ყოველი მომდევნო ციკლის განხორციელებამდე, იონგამცვლელი იხსნება წყლის ნაკადით ქვემოდან ზევით ისე, რომ იონ გადამცვლელის ყველა მარცვალი მოძრაობაშია.

4.2.2. რეგენერაციული ხსნარი გადის სვეტში იონ გადამცვლელში, რომლის მოცულობა () კუბურ სანტიმეტრებში გამოითვლება ფორმულით

სად არის რეგენერაციული ნივთიერების სპეციფიკური მოხმარების მაჩვენებელი, გ/მოლი (გ/გ ეკვ);

- დინამიური გაცვლის სიმძლავრე; აირჩიეთ მარეგულირებელი და ტექნიკური დოკუმენტაციის მიხედვით კონკრეტული იონური გადამცვლელისთვის, მოლ/მ (გ ეკვ/მ); AV-17-8, AN-31 და EDE-10P კლასების იონ გადამცვლელებისთვის, ნებადართულია დინამიური გაცვლის სიმძლავრის გაზრდილი მნიშვნელობა 3-მდე პირველი რეგენერაციისთვის;

არის იონგამცვლელის ნიმუშის მოცულობა, სმ;

- აღმდგენი ხსნარის კონცენტრაცია, გ/დმ.

აღმდგენი ხსნარის რაოდენობა იზომება სვეტის გასასვლელში ცილინდრით ან ჭიქით. შემდეგ სვეტი გათიშულია, სვეტში იონგამცვლელის ზემოთ ხსნარის დონე იკლებს 1-2 სმ-მდე და ქვედა თავსახური იხურება.

4.2.3. რეგენერაციის შემდეგ, იონ გადამცვლელები ირეცხება გამოხდილი წყლით, რათა მოიხსნას ჭარბი მჟავა (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) ცხრილში 2 მითითებული სიჩქარით.

პერიოდულად იღებენ ფილტრატის სინჯს და ტიტრატებენ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის (მჟავა) კონცენტრაციის ხსნარებით (NaOH, HCl, HSO)=0.1 მოლ/დმ (0.1 N) მეთილის ფორთოხლის (ფენოლფთალეინი) თანდასწრებით.

რეცხვის კონტროლი ცხრილის მიხედვით.2.

4.2.4. გარეცხვის შემდეგ სვეტი ივსება სამუშაო ხსნარით და გაჯერების მაჩვენებელი დგინდება მე-2 ცხრილის მიხედვით.

სვეტში 0,01 მოლ/დმ (0,01 ნ) კონცენტრაციის სამუშაო ხსნარების გავლისას ფილტრატი გროვდება 250 მლ ტევადობის ცილინდრში, 0,0035 მოლ/დმ (0,0035 ნ) კონცენტრაციით, ცილინდრი. გამოიყენება 1000 მლ ტევადობით.გაჯერების მეორე და მომდევნო ციკლებში სამუშაო ხსნარის იონების ფილტრატში გამოჩენამდე (განისაზღვრება პირველი ციკლის შემდეგ) ფილტრატი გროვდება შესაბამისად 100 და 250 მლ. სამუშაო ხსნარის კონცენტრაციებიდან.

4.2.5. გაჯერების გასაკონტროლებლად, ნიმუში აღებულია ფილტრატის ნაწილიდან და ანალიზდება მე-2 ცხრილის შესაბამისად. თუ ანალიზის შედეგი აჩვენებს, რომ გაჯერების დონემ არ მიაღწია ცხრილში 2 მითითებულ მნიშვნელობებს, ფილტრატის ყველა წინა ნიმუში შეიძლება არ გაანალიზდეს.

4.2.6. მას შემდეგ, რაც სამუშაო ხსნარის იონები გამოჩნდება ფილტრატის ნაწილში მე-2 ცხრილში მითითებული რაოდენობით, გაჯერება სრულდება და გამოითვლება ფილტრატის მთლიანი მოცულობა () და დინამიური გაცვლის სიმძლავრე.

4.2.7. იონ გადამცვლელი ექვემდებარება მეორე რეგენერაციას და ირეცხება 4.2.2 და 4.2.3 პუნქტების შესაბამისად.

მეორე ციკლისთვის საჭირო რეგენერატორული აგენტის გამოთვლისას გამოიყენეთ პირველ ციკლში მიღებული დინამიური გაცვლის სიმძლავრის მნიშვნელობა 4.2.6 პუნქტის შესაბამისად.

შემდგომი გაჯერების ციკლების განხორციელებამდე, რეგენერაციული ნივთიერების ნაკადის სიჩქარე გამოითვლება წინა ციკლში მიღებული დინამიური გაცვლის სიმძლავრის მნიშვნელობიდან.

4.2.8. განსაზღვრა სრულდება, თუ ბოლო ორ ციკლში მიიღება შედეგები, რომელთა დასაშვები შეუსაბამობები არ აღემატება საშუალო შედეგის 5%-ს, აღმდგენი ნივთიერების ფაქტობრივ სპეციფიკურ მოხმარებასთან, რომელიც არ განსხვავდება მოცემული ნორმისგან. ვიდრე 5%.

5. შედეგების დამუშავება

5.1. დინამიური გაცვლის სიმძლავრე () მოლში კუბურ მეტრზე (გ ეკვ/მ) ფილტრატში სამუშაო ხსნარის იონების გამოჩენამდე გამოითვლება ფორმულით

სად არის იონგამცვლელში გავლილი ფილტრატის მთლიანი მოცულობა სამუშაო ხსნარის იონების გამოჩენამდე, სმ;


- იონ გადამცვლელის მოცულობა, იხ

5.2. რეგენერაციული ნივთიერების ფაქტობრივი მოხმარება () გრამებში თითო მოლზე (გ/გ ეკვ) შთანთქმული იონების გამოითვლება ფორმულით

სად არის აღმდგენი ხსნარის მოცულობა, სმ;

- აღმდგენი ხსნარის კონცენტრაცია, გ/დმ;

- იონ გადამცვლელში გავლილი ფილტრატის მთლიანი მოცულობა სამუშაო ხსნარის იონების გამოჩენამდე, სმ;

- სამუშაო ხსნარის კონცენტრაცია, მოლ/დმ (n.

5.3. ჯამური დინამიური გაცვლის სიმძლავრე () მოლში კუბურ მეტრზე (გ ეკვ/მ) გამოითვლება ფორმულით

სად არის იონგამცვლელში გავლილი ფილტრატის მთლიანი მოცულობა ფილტრატის და სამუშაო ხსნარის კონცენტრაციების გათანაბრებამდე, სმ;

- სამუშაო ხსნარის კონცენტრაცია, მოლ/დმ (ნ.);

- ფილტრატის ნაწილის მოცულობა სამუშაო ხსნარის იონების გამოჩენის შემდეგ (გარღვევა), სმ;

- ხსნარის კონცენტრაცია ფილტრატის ნაწილში სამუშაო ხსნარის იონების გამოჩენის შემდეგ (გარღვევა), მოლ/დმ (ნ.);

- იონური გადამცვლელის მოცულობა,

5.4. განსაზღვრის შედეგად აღებულია ბოლო ორი ციკლის შედეგების საშუალო არითმეტიკული, რომელთა შორის დასაშვები შეუსაბამობები არ აღემატება ± 5%-ს, ნდობის ალბათობით = 0,95.

Შენიშვნა. იონური გადამცვლელების დინამიური გაცვლის სიმძლავრის მოლში კუბურ მეტრზე გამოხატვისას სიტყვა "მოლი" აღნიშნავს იონის ეკვივალენტის მოლურ მასას (Na, K, Ca, Mg, Cl, NO, HCO, HSO, CO, SO, და ა.შ.).



დოკუმენტის ტექსტი მოწმდება:
ოფიციალური გამოცემა
იონიტები. განსაზღვრის მეთოდები
გაცვლის მოცულობა: შ. GOSTs. -
მოსკოვი: IPK სტანდარტების გამომცემლობა, 2002 წ

შესავალი

ანიონის გაცვლის ფისის მთლიანი გაცვლის სიმძლავრე განისაზღვრება მისი ნეიტრალიზებით HCl ან H 2 SO 4 ხსნარით სტატიკური ან დინამიური პირობებით და გამოიხატება ეკვივალენტებში 1 გ მშრალ ან ადიდებულ ანიონგამცვლელ ფისზე.

ანიონის გაცვლის რეაქციები / A-ანიონგაცვლის ფისოვანი / აქვს ფორმა:

A. /OH/ +H /Cl = A.OH.Cl +HO;

A. /OH/ + H /SO = A.SO +2HO.

გარდა გაცვლის სიმძლავრის გარდა, ანიონის გადამცვლელის ვარგისიანობის ძირითადი მაჩვენებლებია: გაუფერულება, შეშუპების ხარისხი, დაბერების უნარი, წყალში და ორგანულ გამხსნელებში უხსნადობა, რეგენერაციის სიმარტივე, თერმული და მექანიკური სიმტკიცე.

შაქრის ინდუსტრიაში გამოყენებული სხვადასხვა კლასის ანიონის გადამცვლელების საერთო გაცვლის სიმძლავრე შეიძლება იყოს 1-10 მეკვ/გ. შიდა მაკროფოროვანი ანიონგამცვლელი ფისოვანი AV-17-2P, რომელიც გამოიყენება შაქრის ხსნარების გასათეთრებლად, აქვს საერთო გაცვლის სიმძლავრე 0,1 ნ. HCl ხსნარი 3.8 მგ-ეკვ/გ, და 0.1 ნ. NaCl ხსნარი 3.4 მგ-ეკვ/გ.

ანალიზის მიზანი - შეაფასეთ ანიონის გაცვლის ფისის ხარისხი შაქრის ხსნარების გაუფერულებლად.

ანალიზის მეთოდის პრინციპი ეფუძნება 0,1 N მჟავას ხსნარის ტიტრაციას, რომელიც არ შეიწოვება ანიონის გადამცვლელის მიერ. NaOH ხსნარი.

რეაგენტები:

0.1 ნ HCl და NaOH ხსნარები.

მოწყობილობები და მასალები:

შუშის სვეტი დიამეტრით 18 მმ, სიმაღლე 250 მმ, ქვედა ნაწილში გამოყვანილი ბოლოთი, რომელზედაც ჩასმულია რეზინის მილი ხრახნიანი დამჭერით;

მინის ძაბრი;

მოცულობითი კოლბა 500 სმ 3;

ბიურეტი ტიტრირებისთვის;

ჭიქა;

ანიონის გაცვლის ფისი.

განმარტების პროგრესი

OH - სახით ანალიზისთვის მომზადებული ანიონური გადამცვლელის 10 გ წყალთან ერთად გადადის შუშის სვეტში 18 მმ დიამეტრის შუშის ბამბის ტამპონით ბოლოში, ხოლო ჭარბი წყალი იშლება რეზინის მილით ხრახნიანი დამჭერით.

ამის შემდეგ, 400 სმ 3 0.1 ნ. HCl ხსნარი, ხსნარის დონის შენარჩუნებით ანიონგამცვლელი ფენის ზემოთ 1 სმ-ის ტოლი, შემდეგ რეცხავენ ანიონმცვლელის ორმაგი მოცულობით წყლით. ფილტრატი და სარეცხი საშუალებები გროვდება მოცულობით კოლბაში და მიიღება 500 სმ 3 მოცულობამდე. შერჩეულია მთლიანი მოცულობიდან 50 სმ 3 ჭიქაში და ტიტრირდება 0,1 ნ. NaOH ხსნარი.

გამოთვლები:

1. შესადარებელი შედეგების მისაღებად, ანიონური გადამცვლელის გაცვლის სიმძლავრე გამოიხატება ისევე, როგორც კატიონური გადამცვლელი მშრალი იონმცვლელის მგ-ეკვ/გ-ში.

მაშასადამე, თუ 1 გ აბსოლუტურად მშრალი ანიონმცვლელი შთანთქავს

სმ 3 0,1 ნ. HCl ხსნარი და ამ ხსნარის 1 სმ 3 შეიცავს 0,1 მგ-ეკვ/გ, მაშინ E A ანიონის გაცვლის ფისის მთლიანი გაცვლის სიმძლავრე შეიძლება გამოითვალოს ფორმულიდან.

,

სადაც ე ა- ანიონური გადამცვლელის მთლიანი გაცვლის სიმძლავრე, აბსოლუტურად მშრალი იონმცვლელის მგ-ეკვ/გ;

ა- ტიტრასთვის შეგროვებული ფილტრატის რაოდენობა, სმ 3;

V O - 0,1 ნ ოდენობა. ანიონის გადამცვლელში გავლილი HCl ხსნარი სმ 3;

ვბ- ფილტრატის საერთო რაოდენობა, სმ 3;

გ- მშრალი ანიონგამცვლელი ფისის რაოდენობა, რომელიც აღებულია მისი სიმძლავრის დასადგენად, გ;

ვარის ანიონიტის ტენიანობა, %. განისაზღვრება 95-100˚С 3 საათის განმავლობაში გაშრობით.

2. ანიონის გადამცვლელის სიმძლავრე ასევე შეიძლება გამოისახოს HCl-ის პროცენტულად. ამ შემთხვევაში გაითვალისწინეთ ის ფაქტი, რომ 1 სმ 3 0,1 ნ. HCl ხსნარი შეიცავს 0,0036 გ HCl, E-ის გამოთვლა ხდება ფორმულის მიხედვით

6.3. იონგაცვლის ფისების რეგენერაცია

შესავალი

სამუშაო ციკლში დახარჯული იონგამცვლელი ფისები წყლით გარეცხვის შემდეგ ექვემდებარება რეგენერაციას (აღდგენას).

კატიონ გადამცვლელები მცირდება HCl და HSO სუსტი ხსნარებით

K.Na + H /SO = K.H + Na /SO;

KNa + HCl = KH + NaCl.

ანიონის გადამცვლელების რედუქციისთვის გამოიყენება NaOH, KOH, NaCl და სხვ. სუსტი ხსნარები.

A.OH.Cl + Na /OH = A./OH/ + Na /Cl.

რეგენერაციის ციკლის ბოლოს, რეგენერატის მჟავიანობა კატიონ გადამცვლელიდან ან რეგენერატის ტუტეობა ანიონის გადამცვლელიდან უნდა მიუახლოვდეს რეგენერაციული ხსნარების მჟავიანობას და ტუტეს. რეგენერაციის დასასრული განისაზღვრება ტიტრაციით.

ანალიზის მიზანი - აღადგინოს იონური გადამცვლელების გაცვლის უნარი.

ანალიზის მეთოდის პრინციპი რეგენერაციული ხსნარების ტიტრირების საფუძველზე კატიონ გადამცვლელიდან 0,1 ნ. NaOH ხსნარი, ხოლო ანიონის გადამცვლელიდან - 0,1 ნ. HCl ხსნარი.

რეაგენტები:

5% HCl ხსნარი;

4% NaOH ხსნარი;

0.1 ნ NaOH ხსნარი;

0.1 ნ HCl ხსნარი.

მოწყობილობები და მასალები:

მინის სვეტები კატიონგამცვლელი ფისით და ანიონგამცვლელი ფისით.

განმარტების პროგრესი

ფისის წყლით გარეცხვის შემდეგ რეგენერაცია ტარდება სვეტებში: კატიონ გადამცვლელი - 5%-იანი HCl ხსნარით და ანიონური გადამცვლელი - 4%-იანი NaOH ხსნარით, მათი გავლა 20 სმ 3/წთ სიჩქარით.

კატიონმცვლელის რეგენერაციის დასასრული დგინდება მისი რეგენერაციული ხსნარების ტიტრაციით 0,1 ნ. NaOH ხსნარი, და ანიონის გადამცვლელი - 0,1 ნ. HCl ხსნარი.

რეგენერაციის შემდეგ კატიონ გადამცვლელს რეცხავენ წყლით ნეიტრალურ ან ოდნავ მჟავე რეაქციამდე, ხოლო ანიონის გადამცვლელს - ნეიტრალურ ან ოდნავ ტუტე რეაქციამდე.

ტესტის კითხვები

1. რა არის იონური გაცვლა?

2. რა არის იონგამცვლელი ფისები?

3. რა იონგამცვლელი ფისები გამოიყენება შაქრის წარმოებაში?

4. გვიამბეთ იონ გადამცვლელების სტატიკური და დინამიური გაცვლის სიმძლავრის შესახებ?

5. რა განსაზღვრავს იონური გადამცვლელების მთლიან გაცვლის სიმძლავრეს?

6. რა ერთეულებით არის გამოხატული ჯამური გაცვლის სიმძლავრე?

7. რა დანიშნულება აქვს შაქრის წარმოებაში იონგამცვლელების გამოყენებას?

8. რა პრინციპს ეფუძნება იონური გადამცვლელების მთლიანი გაცვლის სიმძლავრის განსაზღვრა?

9. რატომ ხდება იონგამცვლელი ფისი რეგენერირებული?

10. რა პრინციპს ეფუძნება იონგამცვლელების რეგენერაცია?

11. როგორ განისაზღვრება იონგამცვლელის რეგენერაციის პროცესის დასასრული?

ლაბორატორია #7

შაქრის წარმოების ჩამდინარე წყლების ანალიზი

შესავალი

კვების მრეწველობაში ყველაზე დიდ წყალს შაქრის ქარხნები მოიხმარენ. თუ შაქრის ჭარხლის ქარხნის საჭიროებისთვის გამოიყენება მხოლოდ ბუნებრივი რეზერვუარებიდან სუფთა წყალი, ჩამდინარე წყლების ნაწილის წარმოებაში დაბრუნების გარეშე, მაშინ სამრეწველო (სუფთა) წყლის ჯამური მოხმარება იქნება 1200-1500% ჭარხლის წონით. შესაძლებელია მტკნარი წყლის მოხმარების შემცირება ჭარხლის წონით 150-250%-მდე, იმ პირობით, რომ ნარჩენი წყალი გამოიყენება შაქრის ქარხნის ბევრ უბანში მოცირკულირე წყალმომარაგების სქემის მიხედვით. არტეზიული წყალი გამოიყენება მხოლოდ ცენტრიფუგაში გრანულირებული შაქრის გასარეცხად, მასეკუიტური Ι კრისტალიზაციის დასატუმბლად და ქარხნული ლაბორატორიის საჭიროებებისთვის.

შაქრის ქარხნების ნარჩენი (ნარჩენი) წყლები მრავალფეროვანია მათი ფიზიკური და ქიმიური შემადგენლობით, დაბინძურების ხარისხით და საჭირო გაწმენდის მეთოდით. დაბინძურების ხარისხის მიხედვით, ისინი იყოფა სამ კატეგორიად. თითოეული კატეგორია იყოფა ორ ქვეჯგუფად: A და B, საიდანაც A ქვეჯგუფის წყალი ხარისხით უკეთესია ვიდრე B ქვეჯგუფი.

შაქრის წარმოების ჩამდინარე წყალი შეიცავს დიდი რაოდენობით ორგანულ ნივთიერებებს და მათი დამუშავება ბუნებრივ პირობებში დაკავშირებულია გარკვეულ სირთულეებთან, მოითხოვს მნიშვნელოვან მიწის ფართობებს და შეიძლება ჰქონდეს უარყოფითი გავლენა გარემოზე. ბოლო წლებში შემუშავდა ბიოლოგიური დამუშავების არაერთი მეთოდი და მათი განსახორციელებლად შესაბამისი აღჭურვილობა. ამჟამად შემოთავაზებული გამწმენდი მეთოდები ძირითადად ეფუძნება ანაერობულ და აერობულ პროცესებს შაქრისა და სახამებლის ქარხნების კანალიზაციის მინარევების დაშლისათვის.

ჩამდინარე წყლების დამუშავების თანამედროვე ტექნოლოგია მოიცავს მათში შემავალი მინარევების თანმიმდევრულ გამოყოფას მექანიკური, ანაერობული და აერობული მეთოდებით. ამავდროულად, ანაერობული მეთოდი ახალი პროცესია ჩამდინარე წყლების გაწმენდის ტექნოლოგიაში. ანაერობული გაწმენდის პროცესი მისი განსახორციელებლად მოითხოვს ტემპერატურის შენარჩუნებას 36-38 0 C დიაპაზონში, რაც დაკავშირებულია დამატებით სითბოს მოხმარებასთან. მისი განსხვავება ფართოდ გავრცელებული აერობული მეთოდისგან, უპირველეს ყოვლისა, მდგომარეობს ბიოსლამის მინიმალურ ზრდაში და ნახშირწყლების შემცველი მინარევების ბიოგაზად გადაქცევაში, რომლის მთავარი კომპონენტია მეთანი.

აერობული პროცესი

C 6 H 12 O 6 + O 2 ---- CO 2 + H 2 O + ბიოპრეციპიტატი + სითბო (6360 კჯ).

ანაერობული პროცესი

C 6 H 12 O 6 ---- CH 4 + CO 2 + ბიოპრეციპიტატი + სითბო (0,38 კჯ).

ანაერობული მეთოდები იყოფა ოთხ ძირითად ჯგუფად გამწმენდის პროცესებში გამოყენებული რეაქტორების ტიპის მიხედვით:

ბიოსლამის რეცირკულაციასთან ერთად (გააქტიურებული ტალახი):

ანაერობული ნალექის ფენით და მისი შიდა დალექვით;

ბიოსლამის ინერტული შემავსებლებით;

განსაკუთრებული.

ჩამდინარე წყლები, რომლებიც ექვემდებარება ანაერობულ დამუშავებას, უნდა შეიცავდეს რაც შეიძლება ნაკლებ მექანიკურ მინარევებს და ნივთიერებებს, რომლებიც აფერხებენ მეთანოგენურ პროცესს. მათში უნდა გაიაროს ჰიდროლიზის მჟავა ფაზა, გარდა ამისა, ჩამდინარე წყლებს უნდა ჰქონდეს გარკვეული pH მნიშვნელობა და ტემპერატურა 36-38 0 С-ის ფარგლებში.

ითვლება, რომ ანაერობული დამუშავების მეთოდი ეკონომიკურად მომგებიანია ჩამდინარე წყლებისთვის 1.2-2.0 გ/დმ 3 BOD 5-ზე მეტი დაბინძურებით (ჟანგბადის ბიოლოგიური მოთხოვნა). დაბინძურების ზედა ზღვარი შეზღუდული არ არის. ეს შეიძლება იყოს 100 გ / დმ 3 COD (ქიმიური ჟანგბადის მოთხოვნა).

Ესენი მოიცავს:

ა) ჭარბი მტკნარი წყალი წნევის ავზიდან, მასეკუიტის გაციებიდან მასეკუიტის მიქსერებში, ტუმბოებიდან და სხვა დანადგარებიდან 30°C-ზე დაბალი ტემპერატურის მქონე. ეს წყლები არ საჭიროებს დამუშავებას წარმოებაში დასაბრუნებლად;

ბ) ბარომეტრიული, ამიაკი და სხვა 30°C-ზე მაღალი ტემპერატურით. ამ წყლების დასაბრუნებლად საჭიროა წინასწარი გაგრილება და აერაცია.

ჩამდინარე წყლების II კატეგორიისმოიცავს კონვეიერის სარეცხი წყალს ჰიდრავლიკური კონვეიერებიდან და ჭარხლის სარეცხი მანქანებიდან. ამ წყლების წარმოებაში ხელახალი გამოყენებისთვის საჭიროა მათი წინასწარი მექანიკური გაწმენდა სპეციალურ დასალექავ ავზებში დასახლებით.

ჩამდინარე წყლების III კატეგორიისმოიცავს: ბაგასის წყალს, მის შლამს, ლავერის წყალს, კონვეიერის სარეცხი წყლის ნალექს, თხევადი ფილტრაციის ნალექს, საყოფაცხოვრებო, ფეკალურ და სხვა მავნე წყლებს. III კატეგორიის წყლის დამუშავება მოითხოვს ბიოლოგიურ და კომბინირებულ დამუშავების მეთოდებს შესაბამის დანალექ ავზებსა და ფილტრაციის ველებში.

არსებულ შაქრის ქარხნებში საფუძვლად იღება წყლის ბალანსის შემდეგი ძირითადი მაჩვენებლები (ჭარხლის წონით%): წყალსაცავიდან მტკნარი წყლის მიღება - 164; I კატეგორიის გადამუშავებული წყლების რაოდენობა - 898; II კატეგორია -862; III კატეგორიის ჩამდინარე წყლები - 170 ან 110, იმ პირობით, რომ კონვეიერის სარეცხი ტალახის სუსპენზია წყდება ვერტიკალურ დასალექავ ავზებში-შესქელებებში Sh1-POS-3 და დეკანტატი უბრუნდება II კატეგორიის წყლის რეცირკულაციის წრეს.

შაქრის ჭარხლის ახლად აშენებული ქარხნებისთვის მტკნარი წყლის მოხმარება წარმოების საჭიროებისთვის არ უნდა აღემატებოდეს ჭარხლის წონის 80%-ს, ხოლო გაწმენდილი სამრეწველო ჩამდინარე წყლების რაოდენობა, რომელიც ჩაედინება ბუნებრივ წყალსატევებში არ უნდა აღემატებოდეს ჭარხლის წონის 75%-ს.

სამრეწველო და ჩამდინარე წყლების ხარისხის გაანალიზებისას მათი ტემპერატურა, ფერი, სუნი, გამჭვირვალობა, ნალექის მახასიათებლები, შეჩერებული მყარი შემცველობა, მშრალი ნარჩენი, pH, მთლიანი ტუტე (მჟავიანობა), დაჟანგვისუნარიანობა, ბიოქიმიური ჟანგბადის მოთხოვნა (BOD), ქიმიური ჟანგბადის მოთხოვნა ( COD) განისაზღვრება ამიაკის, ნიტრატების, ქლორიდების კონცენტრაცია და სხვა მაჩვენებლები.

ობიექტური - დაეუფლოს სამრეწველო (სუფთა) და ჩამდინარე წყლების ხარისხის კონტროლის მეთოდებს.

VION მასალები გამოიყენება სამრეწველო ვენტილაციის გამონაბოლქვი აირების გასაწმენდად ხსნადი კომპონენტებიდან, მჟავა აეროზოლებიდან და მძიმე მეტალის მარილებიდან, სადაც ისინი ძირითადად გამოიყენება ნემსით ნაქსოვი ქსოვილების სახით.

სამუშაო პროცესი:

წონა 2 გრ. კატიონ გადამცვლელი VION KN-1 (მშრალი). ჩაასხით ბიურეტში. კატიონ გადამცვლელით სავსე სვეტში გადაიტანეთ CuCl 2-ის საწყისი ხსნარი (3,6 მმოლ/ლ). შემდეგი, ჩვენ ვჭრით 50 მლ ნიმუშებს ტიტრაციით. მეთოდოლოგიის საფუძველზე (პუნქტი 3.1) ვადგენთ ნიმუშის ოპტიკურ სიმკვრივეს და ვპოულობთ სპილენძის კონცენტრაციას. შედეგები წარმოდგენილია ცხრილში 3.5.

ცხრილი 3.5

			С, მმოლ/ლ

ჩვენ გამოვსახეთ ფილტრატში სპილენძის კონცენტრაციის დამოკიდებულება იონ გადამცვლელში გავლილი ხსნარის მოცულობაზე.

ბრინჯი. 3.4

სორბციის პროცესი შედგება კატიონთა გადამცვლელის მიერ კათიონების პირველი ნაწილის სრულ შთანთქმაში, ხოლო შთანთქმის რეგიონი თანდათან მოძრაობს სვეტის გასწვრივ გამოსასვლელში. ამის შემდეგ დგება მომენტი, როდესაც კათიონური გადამცვლელის სიმძლავრის ამოწურვის გამო კათიონები იწყებენ სვეტის დატოვებას. გრაფიკიდან ჩანს, რომ სპილენძის კონცენტრაცია სვეტის გასასვლელში თანდათან იზრდება და აქვს S- ფორმის მრუდის ფორმა, ნულიდან მაქსიმუმამდე. ეს მრუდი გადაჭიმულია მარილის დაბალი კონცენტრაციით.

ჩვენ გამოვთვალეთ სვეტის მიერ შთანთქმული სპილენძის რაოდენობა მანამ, სანამ კათიონური გადამცვლელი მთლიანად არ გაჯერდება, როგორც S- ფორმის მრუდით შემოსაზღვრული ფიგურის ფართობი და პირდაპირი მაქსიმალური კონცენტრაცია:

n = ?Vi*(Cmax - Ci) (3)

სადაც Vi = 50 მლ,

Cmax = 3,6 მმოლი

n1 = 2,20 მმოლი.

გამოთვალეთ კათიონური გადამცვლელის მოცულობითი სიმძლავრე:

s1 \u003d n1 / m c \u003d 2,20 / 2 \u003d 1,10 მმოლ / გ. კატიონ გადამცვლელი.

შედეგების განხილვა

ექსპერიმენტული სამუშაოების დროს განისაზღვრა სამი სხვადასხვა კატიონმცვლელის (KU-2-8, KU-1, VION KN-1) ჯამური გაცვლის სიმძლავრე. შედეგები ნაჩვენებია სურათზე 3.5.

კათიონური გადამცვლელის მთლიანი გაცვლის სიმძლავრე პროპორციულია S- ფორმის მრუდით შემოსაზღვრული ფიგურის ფართობისა და პირდაპირი მაქსიმალური კონცენტრაციისა. როგორც ჩანს 3.5 სურათიდან. სხვადასხვა იონ გადამცვლელების სიმძლავრე განსხვავებულია და ნაკლებია პასპორტში დეკლარირებული კათიონური გადამცვლელების მთლიანი გაცვლის სიმძლავრეზე. ამრიგად, KU-2-8 კათიონ გადამცვლელის ჯამური გაცვლის სიმძლავრე ექსპერიმენტულად აღმოჩნდა 28%-ით დაბალი ვიდრე პასპორტის ღირებულება, KU-1-ის მთლიანი გაცვლის სიმძლავრე 57%-ით დაბალია პასპორტის ღირებულებაზე და POE VION KN-1 კათიონგამცვლელი 39%-ით დაბალია. ეს მონაცემები მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული იონური გადამცვლელების და ფილტრების გაანგარიშებისა და დიზაინის დროს.