Акимов А.М., Магдыч Е.А.

Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности

Исторический обзор создания ионитов и применения электрохимии в ионообменной технологии.

Использование твердых адсорбентов, например песка, для обработки воды было известно с древних времен. Песочные фильтры для очистки морской и загрязненной питьевой воды применялись уже в эпоху Аристотеля. В начале XIX века были проведены обширные исследования способности глин и почв адсорбировать компоненты навозной жижи [1].

Открытие ионного обмена в основном принадлежит английским агрономам Томпсону и Вею, которые в 1850 г. нашли, что когда почва обрабатывается сульфатом аммония или карбонатом аммония, то большая часть аммония поглощается и освобождаются ионы кальция. Позднее Эйхорном было доказано, что поглощение ионов из грунтовых вод глинами является обратимой реакцией [2].

В течение нескольких последующих десятилетий в этой области не было проведено ни одного серьезного исследования. Следует вместе с тем отметить, что еще за 20 лет до первых систематических исследований по ионному обмену было показано, что уголь адсорбирует серебро из нитрата серебра и что при контакте с углем нейтральных растворов солей катионы их адсорбируются и освобождаются соответствующие кислоты.

Лишь в начале XX века были проведены классические исследования процессов ионного обмена, которые можно рассматривать, как первые попытки применить ионный обмен в промышленных целях. В этих исследованиях, посвященных проблеме умягчения воды и обработке сахарных сиропов, применялись природные и синтетические алюмосиликаты. В тридцатых годах XX века было обнаружено, что некоторые синтетические смолы обладают ионообменными свойствами [1]. Основоположник использования природных и синтетических цеолитов в промышленности Р. Гансу [2].

Современный этап развития ионообменных материалов принято датировать 1935 г. когда Адамс и Холмс опубликовали первую статью по синтезу органических ионообменных смол на основе полимеров бензола с формальдегидом. Адамс и Холмс синтезировали катионообменник слабокислотного типа и анионообменник слабоосновного типа.

Менее чем десятилетие потребовалось для синтеза фенолформальдегидных ионообменников. Вскоре после первой работы Адамса и Холмса были синтезированы анионообменники слабоосновного и сильноосновного типов.

В 1944 году Д'Алелио синтезировал сульфированный сополимер стирола и дивинилбензола - первый монофункциональный сильнокислотный ионообменник, прообраз смол КУ-2-8 (СССР), С-100 (Пьюролайт), IR-120 (Ром энд Хаас), S-100 (Байер) и т.д. Такие ионообменные смолы составляют более половины от объёма всех синтезируемых в современном мире смол [3].

Возможность применения электрохимии в ионообменной технологии была выявлена только в 1948 г., когда случайно обнаружили, что набухшие иониты хорошо проводят электрический ток. Это открытие привело к мысли об изготовлении из ионообменных материалов пленок или мембран, первые образцы которых были синтезированы уже в 1950 г. В литературе 1955 г. появились обзорные работы, в которых обсуждался вопрос перспективности использования электрохимических методов в ионном обмене, в частности, для регенерации ионитов, осуществления операции по разделению ионов одного или разных знаков заряда [4].

Трудности применения были связаны не только с низким качеством ионообменных материалов, но и с возникновением новых неизвестных до сих пор явлений в области электрохимии или химии ионного обмена. Так была выявлена потребность в новом научном направлении — электрохимии ионитов.

Специфика массопереноса при наложении поля электрического тока в случае мембран или зернистых ионитов, а также особенности технологии при использовании этих материалов позволяют подразделить электрохимию ионитов на электрохимию ионообменных мембран и гранулированных ионитов.

Значительный прогресс в области изучения электрохимических свойств гранулированных ионитов начался только с 1964 г., когда был разработан способ измерения удельной электропроводности зернистых ионитов, уравновешенных с растворами любого наперед заданного состава.

Основной вопрос практического направления электрохимии ионитов — безреагентная регенерация ионообменных материалов, сочетающаяся иногда с процессами химической сорбции. Наложение постоянного электрического поля на ионообменную колонку вызывает в ней перенос ионов. Это явление может быть использовано для электрохроматографического разделения различных ионов и регенерации ионитов для технологических целей.

К условиям электрохимической регенерации ионитов для технологических целей предъявляются специфические требования. В этом случае необходимо, чтобы регенерируемый слой имел минимальную толщину, а поток омывающего раствора был замкнут и направлен поперек направления электромиграции ионов. Поперечное направление потока для тонкого слоя ионита легче осуществить, чем продольное, по чисто конструктивным соображениям [4].

Литература:

1. Р.Кунин, Р. Майерс Ионообменные смолы, Москва 1952г.

2. Находа Ф. Ионообменная технология, Москва, Металургиздат, 1959 г.

3. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В., «Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления», М.: Энергоатомиздат, 1990г.

4. Л.А. Кульский, И.Т. Гороновский «Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды», т.2.