Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Определение статической обменной емкости анионитов

Введение

Ионный обмен - гетерогенный химический процесс, в котором участвует электролит и ионит. Ионит - твердая или жидкая, не смешивающаяся с водой или другим растворителем фаза, содержит закрепленные ионогенные группы, которые не могут переходить ее границу, и подвижные ионы, способные к обмену с внешней средой.

Полимерные иониты представляют собой сшитые полиэлектролиты, состоящие из полимерного каркаса (матрицы) и функциональных (ионогенных) групп. Вследствие их ионизации в ионите образуются две разновидности ионов: фиксированные, закрепленные на матрице и не способные перейти во внешний раствор, а также ионы, противоположные по знаку заряда фиксированным ионам. Их называют противоионами. Они легко переходят во внешний раствор в обмен на строго эквивалентное количество ионов того же знака, поступающих в ионит из внешнего раствора.

Обменными или активными группами являются группы кислотного и основного характера. Иониты с однотипными функциональными группами называют монофункциональными, а при содержании обменных групп различной - полифункциональными.

Фиксированные ионы присоединены к матрице ковалентной связью. У катионитов они заряжены отрицательно, у анионитов - положительно.

Ионный обмен занимает прочные позиции в науке и технике. Трудно перечислить все области его применения. Однако следует особо отметить первостепенное значение ионного обмена в технологии получения аминокислот, полипептидов, белков, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, выделения и очистки антибиотиков, витаминов, гормонов, алкалоидов и других биопрепаратов и лекарственных веществ. Применение ионитов позволяет проводить деминерализацию воды для нужд электронной промышленности, тепло- и атомной энергетики; удалять из сточных вод вредные вещества; улавливать ценные компоненты с целью возвращения их в производство; регенерировать отработанные электролиты гальванических цехов; получать кислоты и щелочи из солей, а также получать соли заданного состава.

Большую роль играют иониты при извлечении металлов в процессе комплексной гидрометаллургической переработки сложных по составу бедных руд и океанических вод; тонкого препаративного и промышленного разделения смесей металлов с близкими свойствами (редкоземельные элементы, цирконий, гафний и др.). Велики достижения ионного обмена в области контроля и технологии органических и неорганических веществ. В химическом анализе с помощью ионного обмена производят концентрирование определяемых компонентов, удаление мешающих анализу ионов, тонкое разделение близких по свойствам соединений, что дает возможность затем определять содержание каждого из них любыми независимыми методами. В пищевой промышленности иониты используются в производстве пищевых кислот (лимонной, молочной, винной и др.), а также для стабилизации вин путем извлечения азотсодержащих веществ и т.п.

Целью данной работы являлось определение статической обменной емкости анионитов.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Отработка методики подготовки ионита к работе.

2. Отработка методики титриметрического анализа (титрования) анионита раствором едкого натра.

1. Обзор литературы

В настоящее время известно более тысячи видов ионитов. Единой классификации, которая охватывала бы всю совокупность свойств ионитов, до сих пор нет. Это объясняется сложностью состава и большим разнообразием характеристик ионитов, которые к тому же сильно зависят от условий внешней среды. Поэтому ограничиваются классификацией ионитов по нескольким признакам:

· природе матрицы;

· способу получения;

· внешней природе;

· степени пористости;

· типу фиксированных групп.

По природе матрицы иониты подразделяются на неорганические (минеральные) и органические, природные и искусственные (синтетические). К неорганическим природным ионитам относятся природные цеолиты, глинистые минералы (алюмосиликаты), в том числе бентонитовые глины (бейделлит, монтмориллонт), глауконит, вермикулит, полевые шпаты, силикаты металлов (титана, кальция и др.), а также другие породообразующие и рудные минералы переменного состава.

К неорганическим искусственным ионитам относятся синтетические цеолиты, труднорастворимые соли гетерополикислот, ферроцианиды, гидроксиды, оксиды и сульфиды металлов циркония, алюминия, титана и др.

К органическим природным ионообменным материалам относятся каменные и бурые угли, торф, целлюлоза и др.

Особое место в классификации занимают синтетические органические иониты на основе высокомолекулярных органических соединений, полученные синтезом. Они обладают постоянством состава и воспроизводимостью свойств, высокой способностью к обмену.

По способу получения органические синтетические иониты делят на полимеризационные и поликонденсационные.

Метод полимеризации приводит к образованию высокомолекулярных соединений за счет раскрытия двойных связей мономера (например, стирола). Образуются лишь линейные нити полимеров, связанные между собой только межмолекулярными силами. Для получения химически стойкой матрицы цепи полимеров химически «сшивают» соединениями с двумя двойными связями (например, дивинлбензола).

Получение высокомолекулярных соединений поликонденсацией протекает с выделением воды. В реакциях поликонденсации используют фенол, сульфофенол и полиамины в сочетании с формальдегидом или эпихлоргидрином, что определяет многообразие конденсационных катионитов и анионитов.

По внешней форме иониты разделяются на порошкообразные, зернистые (сферические зерна и зерна неправильной формы), формованные и волокнистые. Особый вид ионитов - жидкие.

Размер и форма частиц зернистых ионитов определяется способом синтеза ионита, причем размер частиц зависит от природы и концентрации эмульгатора, а также от интенсивности перемешивания.

Степень пористости ионитов определяется свойствами его физической структуры. Исходя из структуры, иониты можно разделить на две основные группы: микропористые (гелевые), не имеющие переходных пор, и макропористые, для которых характерно их наличие.

Иониты, обладающие относительно равномерным распределением по массе смолы гелевых и межгелевых участков, называют изопористыми. Расстояние между гелевыми участками в этих ионитах почти в 2 раза больше, чем среднее расстояние между гелевыми участками в нерегулярно построенных гелевых ионитах. За счет этого объясняется устойчивость изопористых ионитов к необратимому экранированию ионогенных групп адсорбированными органическими веществами.

Полимерные ионообменные смолы, содержащие поры сверхмолекулярных размеров, которые могут заполняться газами или жидкостью, получили названеие макропористых ионитов. Они характеризуются развитой внутренней поверхностью за счет переходных пор, сохраняющихся и в обезвоженном полимере. В качестве основы для получения макропористых ионитов наиболее часто используется сополимер стирола и дивинилбензола.

По типу противоионов иониты могут быть самыми разнообразными. Многочисленные ионные формы катионитов можно представить как водородную (Н-форму), солевые (натриевую, кальциевую и т.д.), и смешанные; ионные формы анионитов, как гидроксильную (ОН-форму), солевые (хлоридную, сульфатную и т.д.) и смешанные формы. [1]

По типу фиксированных ионов в зависимости от знака заряда противоионов рназличают амфолиты, катиониты и аниониты.

Амфотерные иониты (или амфолиты) представляют собой ионообменные материалы, которые содержат катионо- и анионообменные группы, обладая двойственными функциями.

Катиониты содержат в качестве обменных отрицательно заряженные функциональные группы и положительно заряженные противоионы, например, и др.

Аниониты содержат отрицательно заряженные противоионы, а в качестве функциональных - группы, которые могет нести положительный заряд, например, и др. [2]

1.2 Аниониты, основные положения

Аниониты -- это основания или соли, анионы которых способны к обмену с анионами раствора.

В зависимости от силы ионогенной группы различаются сильно-, средне- и слабоосновные аниониты, которые могут работать в различных условиях.

Сильноосновные аниониты сорбируют все анионы солей из раствора. Они работают при рН раствора от 0 до14, но наиболее эффективны при рН от 0 до 10. Могут обменивать ионы в средах с кислой, нейтральной и щелочной реакцией.

Соответственно они могут регенерироваться только достаточно концентрированными растворами щелочей либо растворимых фторидов, карбонатов или хлоридов, взятых с большим избытком по сравнению со стехиометрическим количеством.

Используются в основном для доочистки воды от анионов слабых кислот. При работе в Сl-форме могут поглощать из воды такие анионы как .

Необратимо поглощают природные органические кислоты, что постепенно снижает их рабочую емкость. [3]

Среднеосновные аниониты, как правило, биофункциональны. Поэтому они в основном сорбируют в основном анионы сильных кислот, но в незначительных количествах могут поглощать и анионы слабых кислот. Обладают большей, чем сильноосновные, обменной емкостью. В определенных условиях обладают селективностью к ионам поливалентных металлов. Их емкость и ряд селективности сильно зависят от рН раствора.