Реферат: Состав, структура и синтез ионообменных смол
Изопористые ионообменные смолы имеют однородную структуру и полностью состоят из смолы, поэтому их обменная способность выше, чем у предыдущих смол.
1.3 Свойства ионообменных смол
Набухание. Воздушно-сухие иониты, выпускаемые промышленностью, состоят из твердых гранул или бусин размером от 0,5 до 3-4 мм. При погружение в воду иониты набухают вследствие поглощения определенного количества воды. Набухание сопровождается растяжением пространственной сетки смолы и увеличением ее объема. Способность к набуханию зависит от числа ионогенных групп и поперечных связок. С увеличением числа поперечных связок набухаемость уменьшается.
Полная объемная емкость. Она характеризует максимальное количество ионов, которое может быть поглощено смолой при ее насыщении.
Статистическая (равновесная) объемная емкость. Это емкость смолы при достижении равновесия в статистических условиях с раствором определенного объема и состава.
Динамическая (рабочая) объемная емкость. Это количество ионов, поглощенных смолой при фильтрации раствора через слой ее до достижения проскока сорбируемого иона.
Характеристика ионообменной смолы АВ-16гс приведена в таблице 1.
Таблица 1- Характеристика смолы АВ-16гс.
| Наименование показателя | Норма для марки и сорта | |
| АВ-16гс | ||
| Высший | Первый | |
| 1. Внешний вид | Зерна желтого цвета | |
| 2. Гранулометрический состав | ||
| а) размер зерен, мм | 0.315-1.25 | 0.315-1.25 |
| б) содержание рабочей фракции, %, не менее | 95 | 93 |
| в) эффективный размер зерен, мм, не более | 0,4-0,6 | 0,6 |
| г) коэффициент однородности, не более | 1,7 | 1,8 |
| 3. Содержание влаги, %, не более | 35-50 | |
| 4. Удельный объем в ОН– -форме, см³/г | 3,0±0,3 | |
| 5. Полная статическая обменная емкость, мг•экв/мл, не менее | 1,15 | 1,00 |
| 6. Равновесная статическая обменная емкость, мг•экв/мл, не менее | 1,00 | 0,90 |
| 7. Динамическая обменная емкость, мг•экв/м³, не менее | 700 | 690 |
| 8. Окисляемость фильтрата в пересчете на кислород, мг/л, не более | 0,55 | 0,65 |
| 9. Осмотическая стабильность, %, не менее | 92,5 | 85 |
| 10. Ионная форма | Хлоридная | |
| 11. Функциональные группы | Четвертичные триметиламмониевые | |
2. Экспериментальная часть
2.1 Метод анализа раствора K2 Cr2 O7
Концентрацию K2 Cr2 O7 в растворах определяем йодометрическим методом. В коническую колбу переносят пипеткой 5 мл приготовленного раствора бихромата калия, добавляют воды до 100 мл, прибавляют 5 мл концентрированной соляной кислоты, затем 1-2 г йодида калия и хорошо перемешивают. Титруют выделившейся йод тиосульфатом натрия. Когда бурая окраска выделившегося йода перейдет в лимонно-желтую, прибавляют 1-2 мл раствора крахмала. Светло-синяя окраска раствора в точки эквивалентности переходит в светло-зеленую.
Молярность раствора бихромата калия рассчитывается по формуле:
; 
.
Для приготовления раствора крахмала взвешивают 0,5 г. «растворимого крахмала» и тщательно растирают его с несколькими миллилитрами воды. Полученную пасту вливают в 100 мл. кипящей воды, кипятят еще.
2.2 Подготовка смолы АВ-16гс к работе
Для подготовки ионообменной смолы АВ-16гс к работе, необходимо в 100 мл дистиллированной воды добавить NH
OH до рН=8, ввести смолу. Выдержать смолу в щелочном растворе трое суток. Затем слить раствор высушить смолу при комнатной температуре.
2.3 Приготовление растворов K 2 Cr 2 O 7 и определение их концентрации
Для получения раствора K2 Cr2 O7 с определенной концентрацией, необходимо взять следующее количество бихромата калия:
mнавески =M×h
где M – молярная масса K2 Cr2 O7 , г/моль; η – концентрация раствора, моль/л. Затем полученные растворы бихромата калия анализируют йодометрическим методом. Результаты анализа представлены в таблицах 2-4.
Таблица 2 – Определение концентрации раствора K2 Cr2 O7 -1
| № опыта |  , мл | Vтиос , мл | Vсредн , мл | Мисх , моль/мл |
| 1 | 5 | 10,0 | 9,85 | 0,032 |
| 2 | 5 | 9,7 | 9,85 | 0,032 |
| 3 | 5 | 9,8 | 9,85 | 0,032 |
| 4 | 5 | 9,9 | 9,85 | 0,032 |
| 5 | 5 | 9,9 | 9,85 | 0,032 |
| 6 | 5 | 9,8 | 9,85 | 0,032 |
Таблица 3 – Определение концентрации раствора K2 Cr2 O7 -2
| № опыта | , мл | Vтиос , мл | Mисх , моль/мл |
| 1 | 5 | 14,9 | 0,049 |
| 2 | 5 | 14,6 | 0,049 |
| 3 | 5 | 14,6 | 0,049 |
| 4 | 5 | 14,6 | 0,049 |
Таблица 4 – Определение концентрации раствора K2 Cr2 O7 -3
| № опыта | , мл | Vтиос , мл | Mисх , моль/мл |
| 1 | 5 | 37 | 0,12 |
| 2 | 5 | 37 | 0,12 |
| 3 | 2 | 14,8 | 0,12 |
Полученные растворы имеют концентрацию 0,032 ммоль/мл; 0,048 ммоль/мл; 0,12 ммоль/мл.
3. Определение динамических характеристик ионита марки “АВ16-гс” по бихромат-ионам
Для определения динамических характеристик ионита снимаем кривые сорбции и десорбции при различных концентрациях раствора бихромата калия.
Для определения динамической обменной емкости (ДОЕ) ионита марки АВ-16гс засыпаем в ионообменную колонку (d=12мм). Заливаем ионит дистиллированной водой и устанавливаем скорость пропускания раствора 2,5-3 мл/мин. Высота слоя смолы составляет 60 мм. Затем пропускаем через ионит раствор бихромата калия исходной концентрации (Мисх =0,032 ммоль/мл, Мисх =0,048 ммоль/мл, Мисх =0,12 ммоль/мл ). Результаты опыта представлены в таблицах 5-7.
Таблица 5 – Сорбция бихромат-ионов ионитом при Mисх =0,032 ммоль/мл
| № опыта |  , мл | Vобщ , мл | Vтиос , мл |  , ммоль/мл |
| 1 | 5 | 5 | 0 | 0 |
| 2 | 5 | 10 | 0 | 0 |
| 3 | 5 | 15 | 0 | 0 |
| 4 | 5 | 20 | 0 | 0 |
| 5 | 10 | 30 | 0 | 0 |
| 6 | 10 | 40 | 0 | 0 |
| 7 | 5 | 45 | 0,1 | 0,0003 |
| 8 | 5 | 50 | 0,2 | 0,0006 |
| 9 | 10 | 65 | 0,4 | 0,0006 |
| 10 | 10 | 75 | 1 | 0,001 |
| 11 | 10 | 85 | 2,4 | 0,004 |
| 12 | 10 | 95 | 3,5 | 0,005 |
| 13 | 10 | 105 | 6,4 | 0,01 |
| 14 | 5 | 110 | 5 | 0,016 |
| 15 | 5 | 115 | 5,9 | 0,019 |
| 16 | 5 | 140 | 8,9 | 0,029 |
| 17 | 5 | 150 | 9,1 | 0,03 |
| 18 | 5 | 155 | 9,6 | 0,032 |
| 19 | 5 | 164 | 9,6 | 0,032 |
Таблица 6 – Сорбция бихромат-ионов ионитом при Mисх =0,048 ммоль/мл
| № опыта | , мл | Vобщ , мл | Vтиос , мл | , ммоль/мл |
| 1 | 5 | 5 | 1,3 | 0,004 |
| 2 | 5 | 10 | 4,8 | 0,016 |
| 3 | 5 | 15 | 5,3 | 0,017 |
| 4 | 5 | 20 | 6 | 0,02 |
| 5 | 5 | 25 | 6,4 | 0,021 |
| 6 | 5 | 35 | 6,5 | 0,021 |
| 7 | 5 | 45 | 6,6 | 0,022 |
| 8 | 5 | 50 | 6,6 | 0,022 |
| 9 | 5 | 60 | 7,2 | 0,024 |
| 10 | 5 | 70 | 7,7 | 0,025 |
| 11 | 5 | 85 | 8,5 | 0,028 |
| 12 | 5 | 95 | 9,3 | 0,031 |
| 13 | 5 | 110 | 10,4 | 0,034 |
| 14 | 5 | 120 | 11,2 | 0,037 |
| 15 | 5 | 130 | 11,5 | 0,038 |
| 16 | 5 | 145 | 13 | 0,043 |
| 17 | 5 | 150 | 13,4 | 0,044 |
| 18 | 5 | 160 | 13,9 | 0,046 |
| 19 | 5 | 170 | 14 | 0,046 |
| 20 | 5 | 177 | 14,6 | 0,048 |
Таблица 7 – Сорбция бихромат-ионов ионитом при Mисх =0,12 ммоль/мл
| № опыта | , мл | Vобщ , мл | Vтиос , мл | , ммоль/мл |
| 1 | 5 | 5 | 0 | 0 |
| 2 | 5 | 10 | 11,6 | 0,03 |
| 3 | 5 | 20 | 16,8 | 0,05 |
| 4 | 5 | 30 | 18,2 | 0,06 |
| 5 | 2 | 40 | 7,8 | 0,065 |
| 6 | 2 | 50 | 9,7 | 0,08 |
| 7 | 2 | 60 | 12,2 | 0,1 |
| 8 | 2 | 70 | 14,5 | 0,12 |
| 9 | 2 | 72 | 14,8 | 0,12 |
На выходе из ионообменной колонки концентрации бихромат-ионов возрастает и приближается к Mисх .
Используя полученные данные строим выходные кривые сорбции бихромат-ионов ионитом марки АВ-16гс (рисунки 2-5).
Рассчитываем полную динамическую обменную емкость (ПДОЕ) сорбента графически: 1) ПДОЕ= 3,6 ммоль/г;
2) ПДОЕ= 3,34 ммоль/г;
3) ПДОЕ= 4,05 ммоль/г.