
Ионообменное оборудование представляет собой традиционную, технологически зрелую систему опреснения воды. Его принцип заключается в обмене ионов между ионообменной смолой и ионами того же заряда, присутствующими в предварительно обработанной воде, в определенных условиях, что позволяет достичь таких функций, как умягчение, удаление щелочей и удаление солей.
Ионообменное оборудование представляет собой традиционную, технологически зрелую систему опреснения воды. Его принцип заключается в обмене ионов между ионообменной смолой и ионами того же заряда, присутствующими в предварительно обработанной воде, в определенных условиях, что позволяет достичь таких функций, как умягчение, удаление щелочей и удаление солей. При использовании для усовершенствованной очистки воды динамическое сопротивление полученной воды может достигать 18 МОм·см.
Муниципальная водопроводная вода обычно содержит растворимые неорганические соли различных типов и концентраций. В повседневной жизни человека, а также в промышленном и сельскохозяйственном производстве существуют определенные требования как к типам, так и к концентрациям неорганических солей, присутствующих в воде. Следовательно, вода, не соответствующая стандартам, должна подвергаться опреснению. Традиционные методы опреснения используют химическое опреснение с помощью анионообменных и катионообменных смол (ионообменное оборудование), также известное как процесс двойной очистки.
Ионообменные методы могут использоваться для удаления как катионов, так и анионов из воды. Если взять хлорид натрия (NaCl) в качестве представителя неорганических солей в воде, то основное уравнение реакции опреснения воды будет следующим:
1. Катионообменная колонка: R-H⁺ + Na⁺ = R⁻ + Na⁺ + H⁺ 2. Анионообменная колонка: R⁻ + OH⁻ + Cl⁻ = R⁻ + Cl⁻ + OH⁻Когда анионообменные и катионообменные колонки соединены последовательно, они называются композитным слоем. Общее уравнение реакции: R-H+R-OH+NaCl=R-Na+R-Cl+H2O
Из этого следует, что NaCl в воде был заменен ионами H⁺ и OH⁻ из смолы, причем H₂O является продуктом реакции, что позволяет удалить соли из воды.
2. Колонна смешанного ионообменного слоя: оставшиеся соли, которые еще не были обменены в анионном и катионном слоях, удаляются далее. Поскольку ионы H⁺ и OH⁻, попадающие в Дальнейшее удаление остаточных солей как из катионного, так и из анионного слоев. После смешанного ионообменного слоя ионы H⁺ и OH⁻, попадающие в воду, немедленно образуют воду (H₂O) с очень низкой степенью ионизации. Это практически исключает явления противоположного обмена, которые могут возникать при катионном или анионном обмене, что позволяет проводить очень тщательные обменные реакции. В результате качество сточных вод из смешанной системы превосходит качество, достигаемое с помощью сложной системы, состоящей из последовательно соединенных катионных и анионных ионообменных колонок, что позволяет получать готовую воду значительной чистоты.
3. Ионообменное оборудование работает с помощью ионообменных смол в электролитных растворах, удаляя из воды различные анионы и катионы. Оно служит незаменимым методом в процессе производства воды высокой чистоты. Ионообменные установки подразделяются на катионообменные, анионообменные и другие. Когда питательная вода проходит через ионообменную колонку, катионы и анионы (такие как ионы HCO₃⁻) в воде обмениваются ионами H⁺ из катионообменной смолы и ионами OH⁻ из анионообменной смолы внутри колонки, что позволяет достичь обессоливания. Различные комбинации смешанных катионо-анионообменных колонок могут удовлетворить более высокие требования к качеству воды.
Очистка воды — оборудование для ионного обмена
Спрос на ионообменные смолы в области водоочистки является значительным и составляет примерно 90 % от общего объема производства, где они используются для удаления различных анионов и катионов из воды. Наибольшее потребление ионообменных смол приходится на производство чистой воды для тепловых электростанций, за которым следуют применения в атомной энергетике, производстве полупроводников и электронной промышленности.
Пищевая промышленность
Ионообменные смолы используются в таких промышленных процессах, как рафинирование сахара, производство глутамата натрия, очистка алкогольных напитков и производство биопродуктов. Например, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы получают путем извлечения крахмала из кукурузы, после чего проводится гидролиз с получением глюкозы и фруктозы, которые затем подвергаются ионообменной обработке для получения конечного продукта. В пищевой промышленности потребление ионообменных смол занимает второе место после применения в водоочистке.
Фармацевтическая промышленность
Ионообменные смолы в фармацевтической промышленности играют важную роль в разработке новых поколений антибиотиков и повышении качества существующих. Успешная разработка стрептомицина является ярким примером этого.
Синтетическая химия и нефтехимическая промышленность
В органическом синтезе кислоты и основания обычно используются в качестве катализаторов для таких реакций, как этерификация, гидролиз, эфирный обмен и гидратация. Замена неорганических кислот и оснований ионообменными смолами позволяет проводить те же реакции, предлагая при этом дополнительные преимущества. К ним относятся возможность повторного использования смол, простота отделения продукта, отсутствие коррозии реактора, минимальное загрязнение окружающей среды и простой контроль реакции.
При получении метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) в качестве катализатора в реакции между изобутиленом и метанолом используется макропористая ионообменная смола, которая заменяет ранее использовавшийся тетраэтилсвинец, вызывавший серьезное загрязнение окружающей среды.
Охрана окружающей среды
Ионообменные смолы нашли применение в решении многих важных экологических проблем. Многие водные и неводные растворы содержат токсичные ионные или неионные вещества, которые можно извлечь с помощью этих смол для повторного использования. Примерами могут служить удаление ионов металлов из отработанных жидкостей гальванических цехов и извлечение полезных веществ из отработанных жидкостей при производстве пленки.
Гидрометаллургия и другие процессы
Ионообменные смолы могут использоваться для отделения, концентрирования и очистки урана из обедненной урановой руды, а также для извлечения редкоземельных элементов и драгоценных металлов.