Ионообменная смола: виды, использование, восстановление и замена

Ионообменные (IX) смолы часто очень эффективны для удаления жесткости, щелочности, хлоридов, ртути и органических соединений, а также других загрязняющих веществ. Хотя они могут предложить некоторую эффективность по сравнению с другими технологиями очистки, они также требуют специальных процессов обслуживания. При надлежащем уходе смолы IX могут давать стабильные результаты и иметь длительный срок службы, что оправдывает первоначальные инвестиции.

В этой статье мы описали общие стратегии регенерации смолы и материалы, которые помогут вам лучше понять и оптимизировать процессы IX на вашем предприятии.

Типы ионообменных смол

Ионизируемые группы, присоединенные к шарику смолы, определяют функциональные возможности смолы. Смолы для промышленной обработки воды подразделяются на четыре основные категории:

  • Катион сильной кислоты (SAC)
  • Катион слабой кислоты (WAC)
  • Сильный основной анион (SBA)
  • Слабоосновный анион (WBA)

Помимо катионообменных и анионообменных смол существуют некоторые хелатирующие смолы. Они состоят из полистирола с различными функциональными группами, включая аминофосфоновую, триэтиламмониевую и тиоловую, и почти всегда связываются с катионами. Эти смолы используются для удаления тяжелых металлов и других материалов из смесей с высокой степенью селективности.

© shutterstock

Применение ионообменных смол

Ионообменные смолы имеют ряд применений, включая фильтрацию биодизельного топлива, умягчение воды, удаление примесей из воды и других растворов и деминерализацию. Некоторые из этих приложений описаны ниже.

  • Умягчение воды

Умягчение воды – это процесс удаления из воды двухвалентных катионов. Ранее для процесса использовались цеолиты. Их можно регенерировать, пропуская через них концентрированный раствор NaCl, чтобы высвободить CaCl2 и MgCl2. Однако они редко используются для умягчения воды.

Позже были разработаны ионообменные смолы, обладающие большей емкостью и эффективностью, чем цеолиты. Они имеют большее сродство к ионам магния и кальция, чем к ионам натрия. Поэтому необходимо вытеснить накопившиеся ионы жесткости с шариков смолы раствором концентрированного соляного раствора хлорида натрия. Смолы имеют множество применений в коммерческих, жилых и промышленных областях для умягчения воды.

  • Очистка воды

Ионообменные системы могут очищать растворы, содержащие опасные ионы металлов, заменяя их безвредными ионами натрия и калия. Таким образом, они также применяются при обработке или очистке воды, где активированный уголь (смешанный со смолами) используется для удаления органических загрязнителей, таких как хлорид.

  • Разделение металлов

Ионообменные процессы используются для извлечения, разделения и концентрирования металлов. Например, они используются для отделения урана от плутония и других актиноидов. В течение многих лет система ионного обмена была единственным подходом к разделению редкоземельных металлов, таких как актиниды и лантаноиды, друг от друга.

  • Катализ

Ионообменные смолы представляют собой эффективный подход к замене кислот, щелочей и катализаторов, содержащих ионы металлов, в ряде химических реакций, включая реакции инверсии, гидролиза, гидратации и полимеризации.

  • Колоночная хроматография

Ионообменные смолы также очень часто используются в лабораторной технике колоночной хроматографии. Смола представляет собой неподвижную фазу, упакованную в колонки разного размера, которые затем притягивают заряженные ионы, присутствующие в лизате клеток или других биологических смесях (подвижная фаза). Это очень распространенный метод, используемый в разработке лекарств и терапевтических средств.

© shutterstock

Типы процессов регенерации ионообменной смолы

Системы ионообменной смолы обычно имеют форму колонок, содержащих одну или несколько разновидностей смолы. Во время рабочего цикла поток направляется в колонну IX, где он вступает в реакцию со смолой. Цикл регенерации может быть одного из двух типов, в зависимости от пути, который проходит регенерирующий раствор. Это включает:

  1. Прямоточная регенерация (CFR). В CFR регенерирующий раствор следует по тому же пути, что и раствор, подлежащий обработке, который обычно идет сверху вниз в IX-колонке. CFR обычно не используется, когда требуется обработка больших потоков или требуется более высокое качество, для слоев сильнокислотных катионов (SAC) и сильноосновных анионов (SBA), поскольку для однородной регенерации смолы потребуется избыточное количество регенерирующего раствора. Без полной регенерации смола может просочиться загрязняющими ионами в очищенный поток при следующем сервисном цикле.
  2. Регенерация обратным потоком (RFR). Также известная как противоточная регенерация, RFR включает в себя впрыск регенерирующего раствора в направлении, противоположном рабочему потоку. Это может означать загрузку с восходящим потоком/регенерацию с нисходящим потоком или цикл загрузки с нисходящим потоком/регенерации с восходящим потоком. В любом случае регенерирующий раствор сначала контактирует с менее истощенными слоями смолы, что делает процесс регенерации более эффективным. В результате RFR требует меньше регенерирующего раствора и приводит к меньшей утечке загрязняющих веществ, хотя важно отметить, что RFR работает эффективно только в том случае, если слои смолы остаются на месте во время регенерации. Следовательно, RFR следует использовать только с колонками с насадкой IX или если используется какое-либо удерживающее устройство для предотвращения движения смолы внутри колонки.

Ионообменные смолы представляют собой полимеры, используемые в исследовательских и промышленных областях в качестве среды для процессов ионного обмена. Смола содержит поры, которые улавливают один конкретный ион и заменяют его другим.

Оставьте комментарий