Ionex (ion exchanger) Iontoměnič Měnič iontů gelová Struktura makroporézní Katex (cation exchanger) Měnič kationtů Anex (anion exchanger) Měnič aniontů Velikost ionexových perliček Katex Silně kyselý katex Slabě kyselý katex -SO 3 - -COOH Ionex -N + (CH 3 ) 3 Silně bazický anex Anex -N + (CH 3 ) CH CH OH standardní ionex monosferický ionex 3 µm 1 µm ~ 55-5 µm Slabě bazický anex -N(CH 3 ) Katex nebo anex? katex bez zápachu anex zapáchá rybinou Iontová výměna ionexová fáze H + + Na + Cl - Na + + H + Cl - matrice protiion koion funkční skupina 5 1
Iontová výměna H + + Na + Cl - Na + + H + Cl - Výroba ionexů a) polykondenzací nebo polymerací monomeru organických elektrolytů, obsahujících již aktivní skupiny b) polykondenzací a polymerací, spojenou s vnesením funkčních skupin do vznikající makromolekuly OH - + Na + Cl - Cl - + Na + OH - c) dodatečných vnášením funkčních skupin do polymerů nebo úpravou funkčních skupin na nosném skeletu, aby se dosáhlo výměnných vlastností nebo aby se zlepšily. Matrice Matrice Kopolymer styren-dvb Kopolymer akrylát-dvb Kopolymer styren-dvb Funkcionalizace ionexových matric OH Příprava styren-dvb kopolymeru Kinetika iontové výměny - děj probíhající mezi kapalnou (roztok) a pevnou (ionexová částice) fází - celková rychlost závisí na nejpomaleji probíhajícím ději dibenzoylperoxid tři fáze: a) difúze kapalným filmem k povrchu ionexové částice b) difúze gelem ionexu c) reakce s funkční skupinou ionexu 11 1
Selektivitní koeficient K A,B Selektivita ionexy preferují protiionty [A + ]+ [B + ] [ B + ] + [ A + ] [B + ] [A + ] K A,B = [A + ] [B + ] a) výšemocné b) méně hydratované c) schopné asociace s funkčními skupinami vázanými na skeletu d) neschopné tvořit asociáty nebo komplexy v roztoku [A + ], [B + ] analytické rovnovážné koncentrace iontů v ionexu [A + ], [B + ] analytické rovnovážné koncentrace iontů v roztoku 13 1 Fe 3+ Ca + + Mg + Na + Průběh sorpční fáze směsi iontů Me + + Me + + Me 3+ Me + Fe 3+ Ca + +Mg + 5 Me + Me 3+ 3 Na + 1 5 1 15 5 3 35 5 1 Pracovní cyklus 1) Pracovní období, sorpce, sorpční fáze ) Praní Pracovní období 1 1 3) Regenerace c limitní koncentrace průnik ) Vymývání pronikání 17 3 9 1 15 1 V/V 3
Užitková kapacita 1 Vstupní koncentrace 1 Užitková kapacita z V c o 1-3 c u = ------------ V o Požadovaná c výstupní koncentrace limitní koncentrace průnik Užitková kapacita c o V V o z - vstupní koncentrace mmol/l - objem proteklého roztoku ml -objemionexu ml - nábojové číslo pronikání 3 9 1 15 1 V/V -vyjadřuje množství zachycených iontů do okamžiku dosažení určené průnikové koncentrace ve filtrátu za kolonou předem Celková kapacita 1 Vstupní koncentrace 1 Celková kapacita Specifické kolonové zatížení s = 1- V/V h s = 1- m 3 /m 3 h c limitní koncentrace průnik EBCT = empty bed contact time pronikání EBCT = 1/s 3 9 1 15 1 V/V -vyjadřuje celkový počet výměnných skupin v měniči Sorpční fáze přívod znečištěné vody ionexová náplň Praní Souproudá a Protiproudá regenerace odběr prací vody odvod upravené vody ionexová náplň přívod prací vody
Ovlivnění sorpční fáze po souproudé a protiproudé regeneraci Fáze regenerace přívod regeneračního roztoku Fáze vymývání přívod vymývací vody 1 1 protiproudá regenerace ionexová náplň ionexová náplň 1 1 c souproudá regenerace 3 9 1 15 1 V/V odvod vytěsněných nežádoucích iontů odvod vymývací vody 5 Praní Souproudá reg. Silně kyselý katex Pracovní fáze Vymývání SO 3 H SO 3- + H + Protiproudá reg. - fixovaný ion SO 3 H - disociace probíhá v celém rozsahu ph - kapacita ionexu je na ph téměř nezávislá Silně kyselý katex Slabě kyselý katex H + + Na + Cl - Na + + H + Cl - H + + Na + Cl - + H + (Na + ) H + + H + Cl - COOH COO - + H + -charakteristická skupina COOH -disociace probíhá při ph> -při nižších ph je disociace a kapacita nepatrná H + +Na + OH - Na + + H O -použití uroztoků, jejichž ph >pk vykazují dostatečnou ústojnou kapacitu (roztoky, jejichž ph se příliš nemění spřídavkem kyseliny) V praxi to jsou roztoky obsahující anion HCO - 3. 9 3 5
Slabě kyselý katex R-COOH + Na + Cl - nereaguje R-COOH + Na + Cl - +H + nereaguje R-COOH + NaHCO 3 R-COO - Na + +H O+CO R-COOH + Na + OH - R-COO - Na + +H O Slabě bazický anex RNH + H + + Cl - (RN + H 3 Cl - ) -rovnováha NH NH 3+ závisí na ph -protonizace funkčních skupin ph<pk ph = 5-31 3 Slabě bazický anex RNH + H + + Cl - (RN + H 3 Cl - ) Silně bazický anex -funkční skupiny typ I [-N + (CH 3 ) 3 ] RNH + Na + Cl - + OH - nereaguje typ II [-N + (CH 3 ) (CH CH OH)] RNH + Na + + Cl - nereaguje -disociovány v celém rozsahuph 33 3 Silně bazický anex Selektivita silně kyselého katexu OH - + Na + Cl - Cl - + Na + OH - Ba + >Sr + >Ca + >Ni + >Cu + >Zn + >Mg + OH - + Na + Cl - + OH - Cl - + Na + OH - Ag + >Cs + >Rb + >K + > NH + >Na + >H + >Li + OH - +H + +Cl - Cl - + H O 35 3
Selektivita slabě kyselého katexu Selektivita silně bazického anexu typu II (silně kyselý katex) Ag + >Cs + >Rb + >K + >NH + >Na + >H + >Li + H + >Ag + >Cs + >Rb + >K + >NH + Na + >Li + SO - >I - >NO 3- >Br - >NO - >Cl - >OH - >HCO 3- >F - 37 3 Selektivita slabě bazického anexu (Silně bazický anex) SO - >I - >NO 3- >Br - >NO - >Cl - >OH - >HCO 3- >F - OH - >SO - >I - >NO 3- >Br - >NO - >Cl - >HCO 3- >F - 39 7