66643

II. WYMIANA JONOWA

Wiadomości wstępne

Wymiana jonowa jest procesem wymiennej adsorpcji, w której jony związane ze stałym adsorbentem wymieniane są na jony z roztworu. Zjawisko wymiany jonowej występuje w niektórych naturalnych ciałach stałych, takich jak uwodnione glinokrzemiany litowców, dolomity, ligniny, torf, węgiel brunatny itp. Zdolność wymiany jonów posiadają także różnorodne substancje jonowymienne zwane jonitami, otrzymane na drodze syntezy chemicznej. Jonity wymieniające kationy nazywają się kationitami. jonity wymieniające aniony - amonitami.

Jonity są to ciała stałe, nierozpuszczalne w wodzie, co jest warunkiem ich zastosowań technologicznych. W praktyce zmiękczania wody wykorzystuje się obecnie prawie wyłącznie syntetyczne jonity organiczne, zwane organolitami.

Jonity zbudowane są z obojętnego chemicznie wielkocząsteczkowego szkieletu przestrzennego (najczęściej żywicy organicznej) i związanych z nim grup funkcyjnych (czynnych) zdolnych do dysocjacji elektrolitycznej. Szkielet przestrzenny musi mieć taką strukturę, aby była możliwa jednocześnie dyfuzja jonów z roztworu do wnętrza jonitu, jak i dyfuzja wymienianego jonu z wnętrza jonitu do otaczającego roztworu. Jonity posiadają bardzo rozwiniętą powierzchnię wewnętrzną, na której zachodzi wymiana jonowa. Struktura szkieletu jonitu musi być dostatecznie rozciągliwa i elastyczna, ponieważ woda dyfundująca do wnętrza jonitu powoduje hydratację jonów stałych i jonów ruchomych, co objawia się jako pęcznienie jonitu. W jonicie napęczniałym odległości pomiędzy strukturalnymi elementami sieci przestrzennej zostają powiększone, zwiększa się średnica porów, przez co obukierunkowa dyfuzja zachodzi wówczas łatwiej i szybciej. Nadmierne pęcznienie jonitu nie jest jednak wskazane, gdyż osłabia ono w znacznym stopniu jego wytrzymałość mechaniczną.

Grupy funkcyjne wprowadzone do wielkocząsteczkowego szkieletu mogą być różnego rodzaju. Do najważniejszych grup kwasowych należą:

-    SO3H - sulfonowa (silnie kwasowa),

-    COOH - karboksylowa (słabo kwasowa),

-    OH - fenolowa (słabo kwasowa).

Do grup o charakterze zasadowym zalicza się grupy aminowe o różnej rzędow^rości, np. -NH3OH, =NH₂OH, =NHOH i inne.

Jonity zawierające kwasowa grupy funkcyjne mogą dysocjować w odpowiednich w arunkach na jony wodorowe i ujemne reszty anionowe połączone ze szkieletem jonitu, np.:

1