img081 2

Czynniki wplywnjąco na proces wymiany. Biulaniii Hild procesami wymiany wykazał wyraźnie, że zjawiska te są natury fizykochemicznej i przebiegają według regu rządzących procesami zachodzącymi w roztworach elektrolitów.

Wymiana jonów zachodzi między fazą stałą jonitu a fazą ciekłą, tj. roztwore elektrolitu, zatem cechy chemiczne zarówno jonitu, jak i elektrolitu odgrywaj zasadniczą rolę w tym procesie. Na przejście jonów z roztworu do jonitu i z jonit do roztworu mają wpływ głównie następujące czynniki: 1) budowa wymieniacz oraz 2) ilość i rodzaj grup funkcyjnych jonitu.

Budowa wymieniacza. Struktura pr/estrzenna jonitu, a zwłaszcza wielkość cząsteczek jonitu, liczba i rodzaj pr/ec/nych wiązań w jego strukturze — oto zasadnicze cechy fizyczne, od których zależy zdolność wymici jonitu i charakter zachodzącej wymiany, tj. czy proces będzie przebiegał na powierzchni lub wewną' cząsteczek, czy też będzie miał charakter mieszany. Wyższy stopień usicciowania jonitu powoduje: sła przenikliwość, mniejszą pojemność i szybkość wymiany, zmniejszenie zawartości wody w żywicy i trud w umocowywaniu większych jonów, a łatwość wiązania jonów o małych wymiarach.

l)o wymiany kationów najbardziej nadają się żywice z grupami sulfonowymi, użyteczne w pH kwasowym, obojętnym i zasadowym. Żywice polistyrenowe wyka żują odporność na czynniki utleniające (azotany, chromiany). Ponadto należą do nielicznych żywic, dla których stopień usicciowania jest ustalony fabrycznie. Do wymiany małych jonów stosuje się kationity o stopniu usieciowania rzędu 15- 20%. a do wymiany makrojonów — żywice z 3 5% usieciowaniem.

W procesie wymiany anionów stopień usieciowania ma mniejsze znaczenie, a decydujące — polarność i zasadowość grup funkcyjnych.

Żywice należy uwolnić od zanieczyszczeń przez przemywanie na przemian roztworami HC1 i NaOH (1-2 M). Zanieczyszczenia metaliczne, zwłaszcza żelazo, usuwa się za pomocą przemywania kolumny roztworami chlorku i cytrynianu sodu.

Uc*bn I rodzaj grup funkcyjnych. Grupy funkcyjne powinny występować w takiej liczbie, aby substancja (onowymienna nie miała charakteru hydrofilowcgo, z jednoczesnym zachowaniem dużej zdolności wymiennej. Zbyt mała liczba grup czynnych powoduje małą zdolność wymienną jonitu. Rodzaj grup funkcyjnych obecnych w danym wymieniaczu wpływa na jego stopień dysocjacji w roztworze.

Jonity z silnie polarnymi grupami funkcyjnymi, np. —S0₃H, =NH₂OH i =NOH są w roztworach wodnych zdysocjowanc prawie w 100% i wykazują zdolność do wymiany jonów w szerokim zakresie pH.

Kationity zawierające grupy funkcyjne słabiej zdysocjowane (—COOH, —OH i -SH) mogą uczestniczyć w wymianie jonów jedynie przy wyższych wartościach pil, natomiast anionity z grupami —NH₃OH zachowują się jak słabe zasady i uczestniczą w wymianie jonów w pełni tylko przy niskich wartościach pH.

4.3.2. Klasyfikacja jonitów

Ze względu na naturę chemiczną rozróżnia się jonity nieorganiczne i organiczne, a wśród nich naturalne, półsyntetycznc oraz syntetyczne, jednak najszersze zastosowanie znalazły jonity organiczne półsyntetyczne i syntetyczne. Stanowią one ok. 90% wymieniaczy jonowych obecnie stosowanych.

Jonity organiczne pólsyntetyczne. Należą do nich wymirmm/c jonowe pochodzenia naturalnego poddane pewnym przemianom chemicznym w celu zwiększenia ich zdolności wymiennej przez wprowadzenie dodatkowych grup funkcyjnych oraz usunięcie z nich substancji przeszkadzających w wymianie jonowej. Ta obróbka zwiększa odporność chemiczną i wytrzymałość jonitów.

Do półsyntetycznych jonitów organicznych trzeba zaliczyć przede wszystkim pochodne celulozy. Sztywność tych sorbentów i sorpcja makrojonów wyłącznie na powierzchni ziaren sorbentów prowadzi do pełnej odwracalności sorpcji, w wyniku czego obserwuje się na tego rodzaju sorbentach niewielkie straty białek, polipeptydów i nukleotydów. Aby rozdzielić mieszaninę białek na poszczególne komponenty, stosuje iv najczęściej anionit DEAE-cełulozę, tj. dietyloaminoetylocelulozę z grupą funkcyjną 1)1 AE (diethyłaminoethyl): —O—CH₂—CH₂—ŃH(C₂H₅)₂ do rozdziału białek obo-lęlnych i kwasowych oraz kationit CM-celulozę, tj. karboksymetylocelulozę z grupą funkcyjną CM (carboxymethyl): —O—CH₂COO do białek zasadowych (rys. 4.4).

Jonity organiczne syntetyczne. Są najbardziej wartościowymi wymieniaczami jonowymi ze względu na nierozpuszczalność w wodzie, a także w niektórych rozpusz-i /alnikach organicznych (alkohole, estry, węglowodory itp.), dużą trwałość chemicz-

_/CH₃

CM-celuloza

Rys. 4.4. Reakcje prowadzące do uzyskania DEAE-celulozy i CM-celulozy

107