Смягчение воды методом ионного обмена
Смягчение воды методом ионного обменаРеферат подготовил Пулатов Х.Л.Ташкентский химико-технологический институтКафедра иностранных языковТашкент – 2005ВведениеЖесткость водыНакипь и отложения солей на бытовой технике (например, в чайниках), белые хлопья в воде, пленка на чае и т.д. - все это показатели жесткой воды. Использование такой воды для хозяйственных целей вызывает ряд неудобств. Например, увеличивается расход мыла при стирке, медленно развариваются мясо и овощи, уменьшается срок службы бытовой техники. В настоящее время известна взаимосвязь жесткости воды и образования камней в почках. Жесткость питьевой воды по действующим стандартам должна быть не выше 7 мг-экв/л, и лишь в особых случаях допускается до 10 мг-экв/л. Для производственных целей использование жесткой воды недопустимо. Общая жесткость воды - это совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней ионов кальция и магния. Если концентрация этих ионов велика, то воду называют жесткой, если мала - мягкой. При большом содержании ионов магния, вода горьковата на вкус и оказывает послабляющее действие на кишечник. Различают карбонатную и некарбонатную жесткость. Карбонатная жесткость вызвана присутствием растворенных гидрокарбонатов кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2. При кипячении гидрокарбонаты разрушаются с образованием осадков малорастворимых карбонатов CaCO3, т.о. жесткость уменьшается, поэтому карбонатную жесткость называют временной. Т.о., при кипячении ионы Mg2+ и Ca2+ осаждаются в виде карбонатов. Например: Жесткость, сохраняющаяся после кипячения воды, называется постоянной или некарбонатной. Она обусловлена растворенными в воде кальциевыми и магниевыми солями сильных кислот (сульфатами и хлоридами). Жесткую воду перед употреблением умягчают.Первый способ - реагентный. Т.е., добавление гашеной извести и соды Na2CO3 (известковый способ), добавление полифосфатов.Второй способ - применение катионитов, т.е., синтетических ионообменных смол (фильтрование). Ионообменные смолыЭто вещества, способные к ионному обмену при контакте с растворами электролитов. Ионообменная очистка позволяет извлекать и утилизировать широкий спектр загрязняющих веществ: тяжелые металлы, хром, нитраты и нитриты, ПАВ, цианистые соединения, радиоактивные вещества, а также умягчает и обезжелезивает воду. При этом достигается высокая степень очистки (до уровня ПДК). Кроме того иониты используются для обессоливания воды в процессе водоподготовки. Неорганические и органические иониты могут быть природными (например: цеолиты, целлюлоза, торф, древесина) и синтетическими (силикагель, сульфазол и наиболее важные ионообменные смолы).По знаку заряда обменивающихся ионов все иониты делятся на катиониты, проявляющие кислотные свойства и аниониты, обладающие основными свойствами. В зависимости от степени диссоциации ионообменные смолы могут быть сильными и слабыми. В зависимости от рода ионов, которые связаны с активными группами ионита, различают следующие его форму: для катионитов - водородную форму (H - форма) и солевую форму, когда активные группы связаны с ионами металлов (например, Na - форму, NH4 - форму), для анионитов OH - форму, Cl - форму и др.Способность ионита к полному обмену характеризуется обменной емкостью, которая равна числу его активных групп, принимающих участие в обмене. Для количественной характеристики ионообменных свойств ионитов обычно определяют их динамическую и иногда полную (общую) обменную емкость (статическую).Основные требования к ионитам, используемым для очистки воды: высокая обменная емкость, высокая скорость ионного обмена, достаточная устойчивость по отношению к кислотам, щелочам, окислителям и восстановителям, нерастворимость в воде, органических растворителях и растворах электролитов и ограниченная набухаемость. В Водоподготовке в бытовых условиях часто используются сильнокислотные катиониты отечественных и импортных производителей преимущественно для умягчения и обезжелезивания воды. Пример: Состав катионита можно выразить формулой Na2R, где Na+ - весьма подвижный катион. Если пропускать жесткую воду через слои катионита, то ионы натрия обмениваются на ионы кальция и магния:Ca 2+ + Na2R = 2Na + + CaRMg 2+ + Na2R = 2Na + + MgRТаким образом ионы Ca2+ и Mg2+ переходят из раствора в катионит, а ионы Na+ - из катионита в раствор, и жесткость устраняется. После обеднения катионита ионами Na+ катиониты обычно регенерируют. Их выдерживают в растворе NaCl, где происходит обратное замещение - ионы Na+ переходят в катионит, а ионы Ca2+ и Mg2+ - в раствор:CaR + 2Na + = Na2R + Ca 2+MgR + 2Na + = Na2R + Mg 2+После этого регенерированный катионит может быть использован для смягчения новых порций жесткой воды. Аналогично и для анионитов. На степень регенерации влияет тип ионита, состав насыщенного слоя, природа, концентрация и раствор регенерирующего вещества, температура, время контакта и расход реагентов. Восстановление обменной емкости при регенерации обычно составляет 60 - 100 %. В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, "вклад" в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).Виды жесткостиОбщая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).Единицы измеренияВ мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3).Один моль на кубический метр соответствует массовой концентрации эквивалентов ионов кальция (1/2 Ca2+) 20.04 г/м3 и ионов магния (1/2Mg2+) 12.153 г/м3. Числовое значение жесткости, выраженное в молях на кубический метр равно числовому значению жесткости, выраженному в миллиграмм-эквивалентах на литр (или кубический дециметр), т.е. 1моль/м3=1ммоль/л=1мг-экв/л=1мг-экв/дм3.Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткост...
Другие файлы:
Умягчение воды методом ионного обмена
Известно, что жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Использование жесткой воды приводит к образованию накипи на внутренней...
Очистка воды методом ионного обмена
Метод очистки воды путем изменения ее ионного состава вплоть до полного удаления растворенных примесей. Сополимеризация стирола и дивинилбензола. Пони...
Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой. Количественный анализ проб воды и водных растворов при изучении ионного обмена на синтетических смолах
В пособии изложены теоретические основы ионного обмена, вытеснительной и проявительной (элюентной) хроматографии свойства ионитов. Рассмотрены вариант...
Вода очищенная
Получение воды для фармацевтических целей путем очищения от примесей. Виды воды, используемой на фармацевтическом предприятии: питьевая, умягченная, о...
Умягчение воды
Известно, что жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Использование жесткой воды приводит к образованию накипи на внутренней...
