TECHNOLOGIA

TECHNOLOGIA

W O D Y

W O D Y

Z M I Ę K C Z A N I
E

W O D Y

U s u w a n i e t w a r d o ś c i

W

oda twarda nie nadaj się na

potrzeby gospodarki wodnej w
energetyce oraz jest niepożądana
do picia i na potrzeby gospodarcze.

T

og

≤ 500 mgCaCO

3

/dm

3

U s u w a n i e t w a r d o ś c i

S

tosowane metody zmiękczania

wody to:



termiczna,



chemiczna,



wymiana jonowa.

Jonity, wymieniacze jonowe



polimery

posiadające zdolność

wymiany jonów z roztworem.



Jonity wymieniające aniony noszą

nazwę anionitów, a wymieniające

kationy – kationitów.



Niektóre jonity mają zdolność

równoczesnej wymiany obu rodzajów

jonów (jonity amfoteryczne).

Jonity, wymieniacze jonowe



Ich

makrocząsteczki mają postać

przes-trzennego szkieletu, w który
wbudowane są grupy funkcyjne
dysocjujące w wodzie i zdolne do
wymiany swoich jonów na jony z
otaczającego je roztworu w równowa-
żnych ilościach.

Jonity, podział

Rozróżnia się jonity:

•

naturalne,

•

pół- syntetyczne  

•

syntetyczne.

Jonity, wymieniacze jonowe

Do naturalnych należą:

•

zeolity

•

montmorylonity,

•

glaukonity,

•

torf,

•

celuloza.

Jonity, wymieniacze jonowe



Aktualnie używa się wyłącznie
jonitów syntetycznych. Ich szkielety
stanowią najczęściej polimery
styrenu i diwinylobenzenu DVB.



DVB jest czynnikiem sieciującym.

Styren +
diwinylobenzen

G R U P Y F U N K C Y J N E

I

stnieje również inny podział w

zależności od aktywności grupy
funkcyjnej na mocne i słabe.

Kationity mocne

: R-SO

3

H ;

Kationity słabe

: R-COOH

W anionitach grupami funkcyjnymi są

grupy aminowe np. -NH

2

(słabe),

G R U P Y F U N K C Y J N E



Średnie : -NHR, -NR

2



Silne : czwartorzędowe grupy
amoniowe -[NR

3

]

+

.



Kationity mogą występować również
w formie soli sodowych lub anionity
jako chlorki. Ich praca będzie jednak
prowadziła do zmiękczenia, a nie
demineralizacji wody.

K A T I O N I T Y

C

ząsteczki kationitów zawierają

poniższe grupy funkcyjne:

•

(-SO

3

)-H

+

,

•

(-PO

3

) -H

+

,

•

(-COO) -H

+

,

•

(-O) -H

+

,

•

(-S) -H

+

;

A N I O N I T Y

N

atomiast cząsteczki anionitów

zawierają najczęściej pochodne
hydroksy-amoniowe:

•

(-NH

3

)

+

OH

-

,

•

(=NH

2

)

+

OH

-

,

•

(≡NH)

+

OH

-

,

•

(≡ N- )

+

OH

-

,

Jonity, wymieniacze jonowe

J

onitami pół- syntetycznymi

są

węgle sulfonowane.

Jonity syntetyczne

są na ogół

pochodzenia organicznego, do ich
produkcji stosuje się najczęściej
kopolimery styrenu lub monomeru
alifatycznego i diwinylobenzenu.

Jonity, wymieniacze jonowe

Jonity syntetyczne – do ich

produkcji stosuje się również :



żywicę fenolowoformaldehydową,



polimery – fenylodiaminowy oraz
mocznikowo-guanidynowo-
formaldehydowy,



polietylenoiminę



inne polimery zawierające pirydynę lub jej
pochodne.

Z E O L I T Y



grupa minerałów, uwodnione
glinokrzemiany sodu i wapnia, rzadziej
baru, magnezu, manganu, potasu i strontu.

Należą do nich :



chabazyt - (Ca, Na)

2

[Al

3

Si9O

24

] ⋅ 9H

2

O,



desmin (stilbit) - Ca[Al

2

Si

7

O

18

] ⋅ 7H

2

O,



filipsyt - KCa[Al

3

Si

5

O

16

] ⋅ 6H

2

O;

Z E O L I T Y

grupa minerałów, uwodnione

glinokrzemiany :



filipsyt - KCa[Al

3

Si

5

O

16

] ⋅ 6H

2

O,



harmotom - Ba[Al

2

Si

6

O

16

] ⋅ 6H

2

O,



heulandyt - Ca[Al

2

Si

7

O

18

] ⋅ 6H

2

O,

Jonity, wymieniacze jonowe



Jonity syntetyczne, odpowiednio
usieciowane, formowane są w postaci
perełek lub ziaren o silnie rozwiniętej
powierzchni, które po zanurzeniu
w roztworze wodnym pęcznieją, wskutek
dyfuzji wody do wnętrza struktury
jonitów.

Jonity, wymieniacze jonowe



Wymiana jonowa za pomocą jonitów
odbywa się w przepływowych
aparatach kolumnowych.



Jonity służą głównie do zmiękczania
wody, mają także zastosowanie
w analizie chemicznej do usuwania
przeszkadzających jonów z roztworu.

Jonity, wymieniacze
jonowe

M

ożna stosować jonity także do :

oznaczania stężenia niektórych soli

w roztworze, zagęszczania śladów oraz
w chromatografii jonowymiennej.

D

o bardziej popularnych jonitów należą:

Dowex, Wofatyt, Amberlit, Duolite,
Gamranityt, Lewatyt, Varion.

STACJE DEMINERALIZACJI
WODY

Instalacje tego typu wytwarzają wodę

zdemineralizowaną przy zastosowaniu
techniki wymiany jonowej.

Stosowane są między innymi w szpitalach i

laboratoriach, w przemyśle do
przygotowania wody technologicznej
oraz wody do kotłów parowych i
wysokociśnieniowych kotłów grzewczych
oraz do przygotowania wody chłodniczej.

STACJE ZMIĘKCZANIA

Podczas zmiękcza-

nia sole wapniowe
i magnezowe
zostają
wymienione na
sole sodowe, które
nie wpływają
niekorzy - stnie na
twardość wody. 

STACJE ZMIĘKCZANIA

T

a metoda jest wykorzystywana w

przemyśle i instytucjach do
uzdatniania wody stosowanej
do kotłów parowych, w kotłach
wodnych, pralniach, chłodniach
kominowych, procesach płukania,
mycia, zmywarkach itd.

Wymiana jonów

M E C H A N I Z M

M E C H A N I Z M (1) :



dla kationów :











nY

XA

R

nAY

RX

n

n

)

(

M E C H A N I Z M

M E C H A N I Z M (2) :



dla anionów :











mB

XZ

R

mBZ

RX

m

m

)

(

Wymiana jonów

Proces wymiany jonowej zależy od

Proces wymiany jonowej zależy od :



struktury jonitu,



energii wymiennej jonów,



stężenia jonów w roztworze,



odczynu i temperatury.

Mechanizm wymiany jonowej

Proces wymiany jonów z roztworu

przebiega według w

pięciu

etapach

:

1.

Transport jonu z roztworu do
powierzchni ziarna,

2.

Transport jonu wewnątrz ziarna do
miejsca wymiany,

3.

Reakcja podwójnej wymiany,

Mechanizm wymiany jonowej

Proces wymiany jonów z roztworu

przebiega według w

pięciu

etapach

:

3.

Transport jonu wypartego
wewnątrz ziarna od miejsca
wymiany do powierzchni ziarna,

4.

Transport jonu wypartego z
powierzchni ziarna do roztworu.

Wymiana jonów

Proces wymiany jonowej zależy od :



struktura jonitu,

To cechy fizyczno-chemiczne jonitu, takie

jak odporność mechaniczna oraz

zdolność do pęcznienia. Również

budowa chemiczna, liczba grup funk. itp.

Energia wymienna jonów

Energia wymienna jonów

Jest to

Jest to

energia wejścia jonu

energia wejścia jonu

do jonitu.

do jonitu.

Jest tym wyższa, im wyższy jest ładunek i

Jest tym wyższa, im wyższy jest ładunek i

mniejszy promień hydrodynamiczny

mniejszy promień hydrodynamiczny

zhydratowanego jonu wymiennego :

zhydratowanego jonu wymiennego :

Na

Na

+

+

< NH

< NH

4

4

+

+

< K

< K

+

+

< Mg

< Mg

2+

2+

< Ca

< Ca

2+

2+

< Al

< Al

3+

3+

< Fe

< Fe

2+

2+

< H

< H

+

+

Cl

Cl

-

-

< NO

< NO

3-

3-

< SO

< SO

4

4

2-

2-

< PO

< PO

4

4

3-

3-

S t ę ż e n i e j o n ó w

Wpływ niejednoznaczny :
Przy wymianie jonów o tej samej

wartościowości – nie ma wpływu stężenia.

Przy wymianie jonu dwuwartościowego z

roztworu na jednowartościowy z jonitu
(cykl pracy) – zdolność wymienna

wzrasta

z rozcieńczeniem

roztworu (II)

Zdolność wymienna
jonitów



Jest to liczba milivali jonów, które
mogą być wymienione przez
jednostkę masy lub objętości
jonitu.



Rozróżnia się całkowitą zdolność
wymienną i roboczą zdolność
wymienną jonitów.

Zdolność wymienna
jonitów



Praktycznie wymianę jonową
prowadzi się do momentu
osiągnięcia roboczej zdolności
wymiennej, a następnie jonity
poddaje się regeneracji.



Robocze zdolności wymienne jonitów
wynoszą od ok. 0,5 do 1,5 mval/cm

3

.

Zdolność wymienna jonitów

]

[mval/cm

V

F

Z

]

[mval/cm

V

C

(C

V

Z

]

[mval/cm

V

C

(C

V

Z

3

j

C

3

j

kA)

o

B

C

3

j

kA)

o

A

R















Krzywa obsadzania

O D C Z Y N i T E M P E R

A TURA

Podwyższenie odczynu poprawia dysocjację grup

słabo- kwaśnych -COOH, obniża słabo-

zasadowych –NH

3+

Podwyższenie temperatury zwiększa szybkość

procesów dyfuzyjnych.

Rozluźnia strukturę jonitu i rozszerza kanaliki.

K

O N I E C