Ионный обменник

Смола -Ionenaustauscherkartusche
Ионообменная колонка

Ионообменники или ионообменники - это материалы, в которых растворенные ионы могут быть заменены другими ионами того же заряда (т.е. положительными или отрицательными); происходит ионный обмен . Ионообменники поступают на рынок в виде колонок, заполненных ионообменным материалом, или в виде мембран, и обрабатываемый раствор протекает через них. Обмениваемые ионы связываются с ионообменным материалом, который, в свою очередь, высвобождает эквивалентное количество заряда из ранее связанных ионов в раствор.

Например, катионит может обменивать катионы кальция , растворенные в обычной водопроводной воде, на катионы натрия , связанные с ионообменником. Такие катионо-ионные обменники также встречаются в посудомоечных машинах . В них для процессов мытья подготавливается вода, не содержащая катионов кальция, которые в противном случае привели бы к образованию белых известковых отложений (пятен известкового налета) на посуде во время сушки и отложению накипи на нагревательных элементах и ​​в трубах машины ( известковый налет). Когда этот катионит исчерпан и полностью насыщен катионами кальция, его необходимо регенерировать. Это достигается путем вытеснения связанных катионов кальция с помощью раствора хлорида натрия (поваренной соли) с максимально высокой концентрацией . Этот процесс называется регенерацией теплообменника.

Катион иониты особенно важны для катионообменной емкости в почве . Они гарантируют, что катионы остаются доступными для растений и не вымываются дождем. Для восстановления загрязненных вод и почв могут быть произведены специальные катиониты, которые способны целенаправленно удалять определенные катионы тяжелых металлов из воды и почвы.

история

Люди использовали принцип ионообменников задолго до того, как стали понятны химические основы.

В второй книге Моисея, в процессе ионного обмена неявно самое старое упоминание: Это о передаче горькое в питьевой воде , проведенной путем вставки старых стволов деревьев - гнили целлюлоза является хорошим теплообменник для магния - ионов :

«Итак, они пришли к Маре; но они не могли пить воду из Мары, потому что она была очень горькой. Отсюда и название места Мара. Тогда народ стал роптать на Моисея, говоря: что нам пить? Он воззвал к Господу, и Господь показал ему посох; он бросил его в воду, и оно стало сладким ».

- Пример 15,23-25  LUT

Первыми ионообменниками, специально использованными в технологии, были алюмосиликаты , которые могут обратимо поглощать или высвобождать ионы щелочноземельных и щелочных металлов из раствора. Природные теплообменники этого типа, например, Б. в некоторых вулканических отложениях. Первые искусственные алюмосиликаты были разработаны под названием Permutit в начале 20 века и использовались для смягчения воды.

Дальнейшими разработками были слабокислые иониты на основе специального углерода и слабоосновные иониты на основе фенольных смол . Все эти старые виды обмена представляли собой механически измельченные гранулы, просеянные в соответствии с определенными размерами зерен. С развитием фенольных смол позже можно было напрямую получать сферические полимеры. С помощью сильноосновных ионообменников стало возможным удалять силикаты из сырой воды. Сегодняшние теплообменники в основном основаны на модифицированных полистиролах и полиакриловых кислотах .

функциональность

Схематическое изображение процесса умягчения воды: ионы кальция в воде заменяются ионами натрия. Ионы кальция связываются ионообменником.

Принцип ионного обмена основан на том факте, что ионы сильнее связаны с ионообменником, чем выше их заряд, и с тем же зарядом, тем больше их ионный радиус . Например, Na + в ионообменнике замещается на Ca 2+ , а также Ca 2+ на Al 3+ . Более сильный связывающий ион вытесняет более слабый связывающий ион из участков связывания ионообменного материала. Следовательно, необходимо гарантировать, что нежелательный ион, который должен быть удален из раствора, связан более прочно, чем ион, который связан с ионообменником. Другими важными влияющими факторами являются: значение pH раствора в зависимости от типа и количества участков связывания ионообменного материала, а также соответствующая концентрация вещества . Следующий список ионов двухвалентных металлов показывает, насколько сильно ионный радиус влияет на селективность ионообменной смолы. Значения действительны для раствора со значением pH 4,0 и кальцием в качестве основы с 1,0 для K M / Ca и слабокислой катионообменной смолы с полиакриловой структурой:

Ион металла К м / ок Ион металла К м / ок Ион металла К м / ок
Hg 2+ 2800 Ni 2+ 57 год Fe 2+ 4.0
Cu 2+ 2300 Zn 2+ 17-е Mn 2+ 1.2
Pb 2+ 1200 CD 2+ 15-е Ca 2+ 1.0

Помимо селективности, поглощенные ионы также могут вытесняться ионообменным материалом за счет увеличения концентрации вещества. Последнее осуществляется во время регенерации. Далее реакции представлены на примере ионов натрия, которые присутствуют в виде поваренной соли (NaCl) в водном растворе. Сильнокислая катионообменная смола используется для поглощения (= загрузка / работа) и отделения (= регенерация). Регенератор - соляная кислота.

: Основная структура катионита, например Б. сульфированный полистирол

При загрузке реакция идет слева направо. Если концентрация иона H 3 O + в правой части уравнения увеличивается, реакция снова смещается влево, и обменник снова превращается в кислотную форму, он регенерируется. Когда теплообменник находится в режиме загрузки / регенерации и в одном направлении от опресняемой текучей среды и протекает регенерирующий раствор, говорят о теплообменнике постоянного тока в направлении, противоположном направлению потока противоточного теплообменника . Концентрация регенерирующего агента обычно составляет 3–10% HCl.

В приведенном примере во время загрузки в стекающей воде образуется разбавленная соляная кислота. Из-за эффекта противоиона , в зависимости от концентрации соли в исходной воде и условий загрузки ионообменной смолы, во время загрузки происходит проскальзывание натрия . Таким образом, в чистой воде, стекающей после теплообменника, остается небольшое количество натрия. Это может достигать значений 1 мг Na + / л и выше , особенно с теплообменником постоянного тока . С противоточным теплообменником они составляют ≤ 0,1 мг Na + / л.

Типы ионообменников

В зависимости от типа обмениваемых ионов различают катиониты и аниониты. В случае катионита активная группа представляет собой анионную группу, такую ​​как группы сульфоновой кислоты или карбоксильные группы с диссоциируемым катионом. Различают слабокислые катиониты (карбоксильные группы) и сильнокислые с группами сульфоновой кислоты.

В случае анионообменников сильноосновные типы содержат группы четвертичного аммония в качестве активных групп, которые могут обмениваться своими противоионами. Обычно используются аниониты типа I и типа II. Различие между типами I и II относится к свойствам термического сопротивления и обменной емкости. Анионообменник типа I термически более стабилен, но имеет более низкую обменную способность, чем теплообменник типа II. Активная обменная группа обменника типа I представляет собой триметиламмониевую группу (-N + (CH 3 ) 3 ). Тип II имеет по крайней мере одну из трех метильных групп, замененных гидроксиэтильной группой (-CH 2 -CH 2 -OH).

Слабоосновные обменники содержат аминогруппы, к которым присоединены анионы свободных кислот. Анионы кислот связываются обратимо. При использовании щелочей свободные аминогруппы снова образуются во время регенерации. В зависимости от типа аминогруппы - первичная (–NH 2 ), вторичная (–NHR) или третичная аминогруппа (–NR 2 ) - основность обменников от слабой до среднеосновной.

Амфотерные обменники могут обмениваться анионами и катионами одновременно. Катиониты обменивают растворенные катионы (положительно заряженные ионы) на другие катионы, входящие в состав обменного материала. Катионообменные материалы сами по себе являются солями, поэтому катионы (в уравнении ниже: Z + ) могут легко переходить в раствор, т.е. являются мобильными (подвижными). В полимерные и нерастворимые в воде анионы (в приведенном ниже уравнении: Q м- ) обменного катиона материала являются стационарными , то есть неподвижна. В качестве общего уравнения процесса обмена одновалентных катионов (Ka + ) из растворенной соли (Ka + + An - ) ионообменником [(Z + ) n Q m− ] можно записать:

Аниониты обменивают анионы (отрицательно заряженные ионы) растворенной соли на другие анионы. В стационарных катионах ионообменника полимерные, в то время как анионы анионита являются мобильными .

Примеры ионообменных материалов:

Технические ионообменные колонны

В то время как в лаборатории используются колонки из стекла или пластика, заполненные сменными смолами, колонки в технических системах сконструированы как контейнеры. Эти контейнеры в основном изготовлены из стали с внутренним покрытием из твердой резины. Дренажные системы или основания форсунок для входа и / или выхода обрабатываемой жидкости и регенерирующих растворов встроены в контейнер. В зависимости от версии обменника или его функции используются следующие типы:

Первые четыре типа теплообменников заполнены катионообменными или анионообменными смолами. Соответственно используются слабо- и сильнокислые или слабо- и сильноосновные ионообменные смолы. Для опреснения требуется как минимум два теплообменника, чтобы можно было удалить катионы и анионы. Остальные три типа работают с катионообменными и анионообменными смолами. Здесь возможно опреснение в контейнере.

Типичная система деминерализации содержит теплообменник для катионов, теплообменник для анионов и, если должна производиться деионизированная вода с остаточной проводимостью <1,0 мкСм / см, теплообменник со смешанным слоем. Эта комбинация также известна как линия опреснения . Между катионообменником и анионообменником часто располагается капельный резервуар для удаления CO 2 . Последний снижает образовавшуюся свободную угольную кислоту из-за карбонатной жесткости до <10 мг / л. Это более экономично, чем удаление с помощью анионитов.

Для непрерывного производства чистой воды необходимы две дороги. Одна дорога находится в эксплуатации, а вторая дорога ремонтируется или приостановлена. Нормальное время эксплуатации дороги до регенерации составляет более 6 часов. Если система рассчитана менее чем на 4 часа, ее называют системой с коротким циклом .

В дополнение к перечисленным выше системам, которые все работают как пакетные системы, существуют также технологические системы, которые работают непрерывно. Для этого типа опреснительных установок были разработаны различные процессы, но они редко используются на практике. Подробнее об этом в системах непрерывного ионного обмена .

Смола ионообменник

Ионообменники из синтетических смол могут различаться по структуре каркасов полимер / поликонденсат: речь идет о гелевых смолах или макропористых смолах. Первые теплообменники этого типа были разработаны Робертом Грисбахом на лакокрасочной фабрике Wolfen (в то время входившей в IG Farben ) в 1930-х годах и выпущены на рынок под торговым названием Wofatit ( Wo lfener Fa rbenfabrik Permu tit replace ). Производство Wofatit в Вольфене было продолжено и получило дальнейшее развитие в ГДР. К 1988 году было запущено в производство 95 различных видов вофатита, включая катиониты и аниониты. Текущие торговые наименования: Lewatit ( Lanxess ), Dowex (Dow Chemicals), Amberlite (Rohm and Haas), Treverlite (CHEMRA) и Resinex (Jacobi Carbons). Смоляные теплообменники предназначены для очистки различных типов воды и водных растворов.

Если органические ионообменники используются для очистки питьевой и технической воды или в пищевой промышленности, должны соблюдаться особые требования к качеству. Благодаря производственному процессу новые теплообменники могут выделять мономеры в обрабатываемую жидкость в начальный период эксплуатации . Допустимый промах органических компонентов ограничен законом. Предельное значение для выброса ТОС (органического углерода) в Германии может составлять максимум 2,5 мг на м 2 контактной поверхности в день при 72-часовой попытке контакта, которая повторяется дважды .

Ниже представлена ​​таблица с общими характеристиками, предоставленными производителями для различных типов ионообменных смол. Перечисленные данные являются характеристиками сильнокислой катионообменной смолы и регенерирующих соляной кислоты (HCl) и серной кислоты (H 2 SO 4 ):

единица измерения Данные
Тип смолы Полистирольная смола, гелевая смола, функциональная группа: сульфоновая кислота.
Форма зерна мм Сферы 0,3-1,2
Диапазон температур  ° C до 120
диапазон pH нет ограничений
Насыпной вес г / л 800–900 (мокрая смола)
Полезный объем (NVK) вал CaO / л макс. 1,85 ( макс. 1,4 ) °
Общая вместимость val / l 2,2 (влажная смола)
мин. высота слоя смоляного слоя мм 600 ( 900 ) °
Расход агента регенерации г 100% HCl / л до 200 ( до 90 ) °
Концентрация регенеранта % HCl 4-6 ( 8-10 ) °
Расход агента регенерации г 100% H 2 SO 4 / л до 250 ( 50-120 ) °
Концентрация регенеранта % H 2 SO 4 1,5-6 ( 1,5-10 ) °
Потребность в промывочной воде л / л 4-7 ( 2-3,5 ) °
спец. Операция загрузки л / ч · л 4–40 ( до 180 ) °°
Обратная промывка м / ч 7–15 ( обычно не требуется ) °
Падение давления каждый м + м / ч 0,15-0,2 м вод. Ст. При 20 ° C
Форма поставки, обычная загружен натрием
Набухание Na → H форма % 5-10

° перед скобками = с постоянным током, в скобках = с противотоком

°° перед скобами для опреснения воды, в скобках для опреснения конденсата

Гелевые смолы, например, поглощают гуминовые кислоты из воды, загрязненной органическими веществами гуминовыми веществами , которые невозможно удалить при регенерации ионообменника; они приводят к так называемому загрязнению ионообменников.

В частности, засорение влияет на анионообменные смолы, и они становятся амфотерными при абсорбции таких соединений , поскольку анионообменные смолы несут в себе основные и кислотные группы. Когда теплообменник регенерируется едким натром, ионы натрия теперь также связываются. В целом, засорение снижает производительность теплообменников за счет блокировки активных основных групп, увеличивает потребность в промывочной воде при промывании регенерирующего раствора и ухудшает качество чистой воды из-за более высокого проскока натрия. После различных рабочих циклов ионообменные смолы в значительной степени становятся неактивными, и их необходимо заменить. С развитием макропористых ионообменных смол было улучшено удаление органических веществ.

Так называемые теплообменники - поглотители могут быть подключены выше по потоку для ионного обмена поверхностных вод, таких как болотная вода и черная вода с высокой концентрацией органических веществ . Единственная задача теплообменников-поглотителей - улавливать вредные гуминовые вещества. В системах с многокамерными теплообменниками одна камера также может быть спроектирована как ступень поглотителя. Свойства можно регулировать в широких пределах с помощью подходящих составов и условий во время производства, так что можно производить обменники, которые являются селективными по отношению к определенным ионам (например, Lewatit Mk51 для бората).

регенерация

Регенерации ионитов основан на том факте , что ионный обмен является равновесной реакцией. Фактически, желаемая прямая и нежелательная обратная реакция также имеют место одновременно во время работы. Однако при использовании ионообменника преобладает прямая реакция . Обратной реакции способствуют во время регенерации добавление избытка «более слабых» ионов, потому что многие более слабые ионы вытесняют «более сильные» ионы, предпочитаемые обменником. (См. Также: Принцип малейшего принуждения )

Регенерация осуществляется прямотоком или противотоком, что зависит от направления потока жидкости во время работы (также называемой загрузкой) и регенерации. При постоянном токе ионообменник протекает в одном направлении как во время работы, так и во время регенерации. В случае противотока регенерация происходит в направлении, противоположном нагрузке. Для регенерации используются различные процессы. Наиболее важными процессами являются прямоточная, противоточная, комплексная и прогрессивная регенерация. У них есть различные преимущества и недостатки с точки зрения расхода химикатов и эффекта регенерации. В зависимости от различных ионообменных смол обычно используются следующие химические вещества для регенерации:

  • Для катионитов: разбавленная серная кислота или соляная кислота, а также водный солевой раствор.
  • Для анионитов: водный раствор аммиака, разбавленный раствор гидроксида натрия и карбонат натрия или водный солевой раствор.

Также были разработаны процессы регенерации теплообменников с помощью электричества, в которых теплообменник (особенно для теплообменников со смешанным слоем) заполняется между двумя мембранами теплообменника (KAT и AAT), и к нему подается напряжение. Ионы мигрируют в поле и связываются анолитом (кислотой) и католитом (щелоком) и, таким образом, разделяются. Мембраны предотвращают диффузию электролитов обратно в теплообменник. Если они не регенерируются электролитически, теплообменники со смешанным слоем должны быть разделены на колонны путем промывки снизу (AAT оседает вверху).

В 1970-х годах было исследовано, достаточно ли разницы температур вместо химикатов для ионного обмена и регенерации. Были разработаны ионообменные смолы, которые поглощают катионы и анионы из солевого раствора при комнатной температуре и снова высвобождают их при нагревании до ионов H + и OH - . Уравнение этих реакций:

Анионная смола в форме ОН + катионная смола в форме Н реагирует с ионами Na + Cl с образованием катионита в натриевой и анионной смоле в форме хлорида + вода.

При 20 ° C реакция идет слева направо. При нагревании до 80 ° C абсорбированные ионы снова высвобождаются, реакция меняется на противоположную, и смолы превращаются в регенерированную форму. С умеренно солоноватой водой можно достичь более 80% опреснения. Первые опытные установки были успешно протестированы как Sirotherm Process в США. Однако из-за увеличения стоимости энергии этот процесс до сих пор не получил экономического признания на практике.

Ионообменные смолы, заблокированные абсорбцией примесей и, следовательно, в значительной степени неактивные - например, катиониты с белковыми соединениями или аниониты с гуминовыми кислотами - можно обрабатывать теплым щелочным солевым раствором. В результате эти примеси часто можно снова хотя бы частично удалить. После такой специальной обработки также требуется нормальная регенерация.

Приложения

Ионообменники очень часто используются для умягчения , засоления , частичного или полного опреснения воды или водных растворов.

Процесс очистки питьевой воды, в котором диоксид углерода (CO 2 ) используется в качестве регенератора, называется «процессом Carix», разработанным примерно в 1980 году. Сейчас это чаще используется как для частичного опреснения, так и для снижения содержания сульфатов или нитратов в питьевой воде.

Порошковые ионообменники используются для удаления незначительных примесей, таких как красители, следы металлов, токсичных органических соединений хлора и т. Д. Из водных растворов или неводных жидкостей, например. Б. используется для предварительной фильтрации .

Ионообменники с мелким размером зерна и большей высотой слоя используются для хроматографического разделения органических соединений. Одним из примеров является выделение глюкозы и фруктозы из смесей, полученных в результате ферментации кукурузного крахмала до инвертного сахара.

Ионообменные смолы также используются в химии в качестве катализаторов различных синтезов. Это использование также частично осуществляется в неводных растворах.

Другие важные области применения ионообменников:

  • Производство деминерализованной воды : часто также называют деионизированной водой или неправильно называют дистиллированной водой (вода, очищенная дистилляцией ). С помощью катионитов и анионитов из воды удаляются нежелательные соли. Поэтому в науке и технике это также называется деминерализованной водой , деионизированной водой или деминерализованной водой ( v oll e ntsalzt).
  • Электронная промышленность: Чрезвычайно чистая деионизированная вода, также известная как сверхчистая вода , требуется для производства электронных компонентов, особенно в производстве микросхем . Для производства сверхчистой воды деионизированная вода с проводимостью <0,08 мкСм / см дополнительно фильтруется через свечной фильтр с размером пор ≤ 1 микрон и обрабатывается УФ-светом для уничтожения микробов.
  • Очистка растворов сахарного сока: Катиониты и аниониты также используются для очистки сахарных соков при производстве сахара (сахарозы), глюкозы или фруктозных концентратов. Это удаляет соли, белки и красители из сырых растворов и улучшает чистоту конечных продуктов. Кроме того, улучшается функция ферментов, используемых при производстве глюкозы или фруктозы из кукурузного крахмала. Выход сахара можно повысить, высолив оставшуюся патоку из свекловичного сахара. Если сок сахарной свеклы-сырца уже опреснен, его можно перерабатывать непосредственно в белый сахар путем выпаривания в вакууме без какой-либо патоки. Другие вещества, содержащиеся в свекле, также могут быть извлечены из сточных вод регенерации.
  • Пивоваренная вода: пивоваренная вода, используемая при производстве пива, не должна иметь высокого содержания карбонатной жесткости. Кроме того, соли магния и кальция должны присутствовать в определенном соотношении. Природные воды часто не соответствуют этим требованиям. Поэтому пивоваренная вода частично декарбонизируется с использованием слабокислотных катионитов. Теплообменник регенерируют соляной или серной кислотой.
  • Извлечение урана: помимо извлечения из сточных вод ионов металлов с +2 валентностью, процесс ионного обмена для производства урана используется при извлечении урана из руды. Руда переваривается щелочным карбонатом. Уран может быть сконцентрирован из полученного раствора с помощью слабокислых катионитов или сильноосновных анионитов. Затем уран осаждается из регенерированного материала в виде оксида, также известного как желтый кек .
  • В посудомоечных машинах: здесь используются ионообменники для защиты машины от ионов Ca 2+ и Mg 2+ , которые могут привести к образованию накипипросторечии : кальцификации ). Эти ионы заменяются ионами Na + , а не «кислотными» ионами H + , как в случае других обменников , поскольку они могут разрушить металл в посудомоечной машине. Встроенный ионообменник через некоторое время наполняется ионами Ca 2+ и Mg 2+ . Существует специальная регенерирующая соль, которую необходимо регулярно добавлять для необходимой регенерации .
Бытовые фильтры для воды
  • В фильтрах для воды : эти «фильтры» обычно содержат не только ионообменник для декальцинации воды и, таким образом, предотвращения образования накипи в чайниках, но также в основном фильтры с активированным углем для удаления веществ, ухудшающих запах и вкус.
  • В моющих средствах: ионообменник также должен снижать содержание гидрокарбоната кальция в воде в моющих средствах , чтобы предотвратить образование известкового мыла . Это означает, что требуется меньше моющего средства. Цеолит А , например, является важным ионообменником в моющих средствах .
  • Очистка сточных вод: одним из примеров является очистка сточных вод, которые остаются после гальваники , то есть во время производства металлических покрытий. Эти сточные воды содержат ионы тяжелых металлов , которые могут отравить стадию биологической очистки на очистных сооружениях. Удерживаемые ионы металлов (например, серебра) могут быть переработаны.
  • Очистка и восстановление фенолов из сточных вод: химические сточные воды должны быть предварительно очищены, если они содержат высшие фенолы , бисфенолы и п-нитрофенол . Без разделения этих ингредиентов стадия биологической очистки на очистных сооружениях была бы сильно затруднена или в значительной степени заблокирована. Такие загрязненные сточные воды можно предварительно очистить с помощью специальных макропористых анионообменников. В случае более высокого содержания фенолы также могут быть извлечены.
  • В фармацевтической промышленности ионообменные смолы используются для концентрирования, очистки, например для удаления солей и органических примесей, а также для обесцвечивания. Тип используемого ионообменника зависит от желаемых и требуемых реакций. Слабоосновные обменники в основном используются для очистки аминокислот и отделения антибиотиков с группами карбоновых кислот. С другой стороны, антибиотики с основными группами обрабатываются слабокислотными обменниками. Последний тип обменника также используется, например, для производства витамина B12. Сильно основные обменники используются особенно для обесцвечивания. Сильно кислые теплообменники позволяют разделять и изолировать алкалоиды.
  • В медицине: например, для высвобождения активных ингредиентов пути поглощения протонов+ ионы) или металлических ионами присутствуют в организме в ионообменник и высвобождать активный ингредиент , содержащегося в ионообменнике. Еще одно применение - лечение гиперкалиемии путем удаления ионов K + из организма и замены их ионами Na + . В терапии гиперхолестеринемии анионообменники используются (в виде так называемых ионообменных смол ) для связывания отрицательно заряженных желчных кислот в кишечнике и, например, высвобождения лимонной кислоты. Это препятствует энтерогепатической циркуляции желчных кислот, печень должна производить больше желчных кислот из холестерина, а уровень холестерина ЛПНП в крови падает до 20%. Положительные побочные эффекты - это усиление полезного действия холестерина ЛПВП на 3–8% и увеличение плотности рецепторов ЛПНП, что приводит к усиленному извлечению ЛПНП из крови. Запор (запор), тошнота и снижение всасывания жирорастворимых витаминов A, D, E, K могут быть неблагоприятными. В Германии холестирамин используется, хотя и редко по этому показанию .
  • Гидропоника : в классической немецкой гидропонике с керамзитовым субстратом (не путать с гидропонными системами резервуар для храненияводыобычнодобавляются гранулыдолгосрочных удобрений на основесмол. Они снабжают растения минералами посредством ионного обмена.
  • Разделение редкоземельных металлов: метод ионного обмена с большим успехом использовался в ранее чрезвычайно громоздком и трудном разделении различных редкоземельных металлов . В ядерных исследованиях доказана их польза в отделении плутония от урана и продуктов ядерного деления. Впервые редкоземельный металл прометий и некоторые трансурановые элементы могут быть обнаружены и изолированы посредством ионного обмена .
  • В аквариумистике: для чувствительных рыб, моллюсков или ракообразных для удаления нежелательных ионов (например, ионов меди). Также для удаления нитритов NO 2 - и нитратов NO 3 - ( нитратный фильтр ) в пресноводных аквариумах, если невозможно установить бактериально-биологические фильтры.

Ионообменная мембрана

Ионообменная мембрана (также известная как ионообменная мембрана ) представляет собой тонкую пленку (толщина: 20-100 микрометров), через которую могут проходить только ионы с определенным знаком заряда. «Анионообменные мембраны» проницаемы для электрически отрицательно заряженных частиц (анионов), в то время как «катионообменные мембраны» пропускают только электрически положительно заряженные частицы (катионы).

Ионообменные мембраны служат как фильтры с селективным зарядом, с помощью которых катионы или анионы могут быть целенаправленно удалены из растворов. Такие мембраны используются в электродиализе для обогащения солевых растворов или для разделения солей и используются для производства кислот и оснований из солевых растворов.

Технические ионообменные мембраны (например, Amberplex) состоят из набухших в воде полимерных сетей, к которым электрически заряженные химические группы (например, COO - , SO 3 - , PO 4 - , NR 4 + ) прикреплены ковалентными связями . Общий заряд мембраны уравновешивается подвижными противоионами, растворенными в водной фазе. Эти подвижные противоионы можно обменять на другие подвижные ионы с таким же зарядом, как только мембрана войдет в контакт с солевым раствором. В результате все ионы с тем же знаком заряда, что и подвижные противоионы, могут проходить через эту мембрану, в то время как противоположно заряженные ионы - с тем же знаком заряда, что и фиксированные ионы (функциональная группа) мембранной сетки (полимерная матрица) - отклоняются. . Этот механизм известен как «исключение Доннана» (в честь Фредерика Джорджа Доннана ) и означает, что ионообменные мембраны могут использоваться как фильтры с селективным зарядом.

Селективность , S +/-, из ионообменной мембраны определяется как отношение концентраций катионов к анионов в мембране. Этот размер уменьшается с увеличением концентрации соли, т.е. ЧАС. Мембраны становятся неэффективными в концентрированных солевых растворах (концентрация соли> 10–15 моль / л). Расчет катионно-анионной селективности чрезвычайно затруднен, поскольку S +/- зависит одновременно от ионной активности и осмотического давления внутри мембраны.

Смотри тоже

опухать

  1. Заряды в поверхностных слоях
  2. ^ Rohm and Haas Co.; В: янтарь-привет-лит. № 162, осень 1979 г., стр. 2.
  3. Г. Кюне и Ф. Мартинола; В: Ионообменники - их устойчивость к химическим и физическим агентам ; VGB Kraftwerkstechnik, 57, выпуск 3, март 1977 г., стр.176.
  4. ^ Байер АГ; В: ионообменник. 1999, Художественная и рекламная печать K + W, Бад Эйнхаузен, стр. 10.
  5. Герхард Швахула, Ганс Рейтер: Разработка ионообменников на основе синтетических смол от Wolfen - первые 50 лет. В кн . : Свидетельства современных свидетелей. Том III: Химическая промышленность. (Монография Т. 19). Общество немецких химиков, Франкфурт 2000, ISBN 3-924763-88-7 .
  6. Федеральный вестник здравоохранения 28, № 12-1985; Для: Оценка состояния здоровья пластмасс в рамках Закона о пищевых продуктах и ​​товарах ( памятная записка с оригинала от 13 апреля 2014 г. в Интернет-архиве ) Информация: ссылка на архив была вставлена ​​автоматически, но еще не проверена. Проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. (PDF; 654 kB), раздел 1.3.13.3.1.2.  @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.dvgw.de
  7. Данные в основном основаны на технических паспортах производителя для типов Lewatit S 100 и Amberlite IR 120.
  8. Кальвин Калмон, Харрис Голд: Новые направления в ионном обмене. В: Наука об окружающей среде и технологии. Октябрь 1976 г., том 10, № 10, стр. 980-984.
  9. Клаус Хаген, Вольфганг Хоэлл: Процесс Carix - технология, испытанная и проверенная на протяжении многих лет. 2009, специальный номер GWF Wasser Abwasser, стр. W44 - W48, ISSN  0016-3651 .
  10. Объяснение фильтров предварительного покрытия .
  11. Эван Х. Крук, Роджер П. МакДоннел, Джеймс Т. Mc.Nulty: Удаление и восстановление фенолов из промышленных отходов. В: Ind. Eng. Chem., Prod. Res. Dev., 1975, Vol. 14, No. 2, с. 113-118.
  12. Хуберт Шнеманн, Ллойд Янг, Мэри Энн Кода-Кимбл: Прикладная лекарственная терапия: Клиническая и фармацевтическая помощь в… Springer DE, 2001, ISBN 3-642-56505-0 , p. 216 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг).

литература

  • Герд Крюгер: Ионообменники - обзор. В: Chemiker-Zeitung . 79 (21), (1955), стр. 733-737; Газета "Химик". 79 (22), (1955), стр. 768-772; Газета "Химик". 79 (23), (1955), стр. 804-806, ISSN  0009-2894
  • Фридрих Мартинола: Ионообменники и адсорберы - универсальные инструменты для химической промышленности . В: Инженер-химик Технология. 51 (7) (1979), стр. 728-736, ISSN  1522-2640 .
  • А. Ф. Холлеман , Э. Виберг : Учебник неорганической химии . 37–39 Версия. Вальтер де Грюйтер, Берлин, 1956, стр. 330.
  • Справочник Бэбкока: Вода. 1962 г.
  • Rohm and Haas Comp.: Янтарный свет. № 127, март 1972 г., № 132, январь 1973 г., № 142, сентябрь 1974 г., № 160, зима 1978-79 гг., № 174, весна 1984 г.
  • Брошюры по продуктам от производителей ионообменных смол, например Б. Ланксесс для Леватита, Рома и Хааса для Амберлита и т. Д.

веб ссылки