Если вы обратитесь к учебникам, то история появления и развития ионного обмена будет описана несколько по-другому. Но суть от этого не меняется. Вообще, если вы решите погрузиться в теорию глубже, то рекомендуем учебное пособие Николаевой Любови Анатольевны. Либо пройти её курс вместе с другими дисциплинами в учреждении дополнительного профессионального образования — ЧфПЭИПК. А если вам достаточно и базовых знаний, то далее они будут изложены в оптимальной, на наш взгляд форме.
Итак, ионообменные смолы (для упрощения иногда будем называть их просто — ионитами) делятся на катионообменные и анионообменные (или снова для упрощения катиониты и аниониты). Тут всё понятно из названия — катиониты обмениваются с обрабатываемыми жидкостями катионами, а аниониты — анионами. Также иониты делятся на неорганические, которые спасли моряков из легенды, и органические. Неорганические широкого распространения не получили, так что на них мы останавливаться не будем и сразу перейдём к органическим.
Органические иониты состоят из нерастворимой в стандартных растворителях полимерной матрицы. Сама матрица в обмене не участвует, а служит основой для закрепления на ней так называемых функциональных групп, состоящих из подвижной и неподвижной частей. Именно подвижная часть и участвует в ионном обмене.
Рассмотрим на конкретном примере. Для получения катионита возьмём матрицу из полистирола. Для удобства использования полистирол берётся в виде гранул. Пока это просто похожие на икру или бусинки частицы полимера. Но после их обработки концентрированной серной кислотой на них появляются многочисленные островки сульфогрупп SO3H. Они называются функциональными группами. В которых SO3 — неподвижная часть, постоянно остающаяся на матрице, а Н — подвижный ион, который и участвует в обмене.
Все виды матриц, функциональных групп и подвижных ионов вы можете найти в учебниках, а здесь мы лишь заметим, что функциональные группы и определяют тип смолы. Катиониты бывают сильнокислотными и слабокислотными. А аниониты, соответственно, сильноосновными и слабоосновными. И здесь названия неслучайны, и можно заметить сходство со свойствами сильных и слабых кислот и оснований. К примеру, слабоосновные аниониты способны поглощать только анионы сильных кислот. Для нормального функционирования слабоосновных анионитов предпочтительна кислотная среда (рН < 7), для слабокислотных катионитов — щелочная (рН > 7). Сильнокислотные и сильноосновные иониты работают и в щелочных, и в кислотных средах.
Во время работы фильтра с ионообменной смолой подвижные ионы заменяются в обрабатываемой среде на те, которые требовалось удалить. Самым распространённым случаем является удаление из воды ионов кальция и магния в фильтрах умягчителях. Подвижным ионом в подобных фильтрах является ион натрия. Он попадает в умягчаемую воду, а кальций с магнием остаются на его месте в функциональных группах. В какой последовательности ионы вытесняют друг друга можно увидеть по ряду селективности. Вот пример ряда селективности для самого известного отечественного катионита КУ-2-8:
H<Na<K<Cs<Mg<Cu<Ca<Sr<Ce<Ba. Он наглядно показывает, что, к примеру, магний вытесняет из функциональной группы все катионы, которые находятся от него слева, но сам может быть вытеснен катионами, находящимися справа.
Когда изначально размещённые в функциональных группах подвижные ионы заканчиваются, фильтру требуется регенерация. В регенерационном растворе находится настолько большое количество будущих подвижных ионов функциональных групп, что во время регенерации о ряде селективности мы можем забыть. Благодаря высокой концентрации ионы водорода или натрия во время регенерации вытесняют любых представителей ряда селективности.
Так как производителей ионитов много, напрашивается появление какой-либо единой системы обозначения типов смол. И, в принципе, она есть. Но, к сожалению, ей почти никто не придерживается. Поэтому, знакомство с ней, возможно, вам и не пригодится. Тем не менее, можно её на всякий случай и сохранить.
