что такое катионит и где он применяется
Ионообменные смолы
Виды ионообменных смол
В технологии умягчения воды наибольшее применение находят синтетические полимерные ионообменные смолы, содержащие в своей структуре кислотные группы – SO₃Na. Эти иониты относятся к сильнокислотным катионитам.
По структурному строению синтетические иониты разделяют на:
Гетеропористые катиониты на основе дивинилбензола (ДВБ) имеют гелевую структуру гетерогенного вида с порами небольшого размера.
Макропористые иониты имеют губчатую структуру с размерами пор больше размера молекул.
Изопористые ионообменные смолы характеризуются однородной структурой и имеют наивысшую обменную способность по сравнению с другими видами смол.
При подборе катионитов с учетом размера зерен наблюдается следующая закономерность: мелкопористый катионит с большей рабочей поверхностью обладает и большей обменной способностью, по сравнению с крупнопористым. Однако дальнейшее уменьшение зерен вызывает рост гидравлического сопротивления и увеличение энергетических затрат на фильтрование воды.
Оптимальные параметры. Рекомендуемые размеры зерен ионита с учетом всех приведенных факторов: 0,3- 1,5 мм. Рекомендуемый коэффициент неоднородности катионита Кн=2.
Характеристики некоторых ионообменных смол
На рынке присутствуют ионообменные смолы как отечественного, так и зарубежного производства. Название и маркировка отечественной ионообменной смолы отражает требования ГОСТа и дает представление о химическом составе ионита. Общепринятой системы обозначения для марок катионитов и анионитов не существует.
Названия зарубежных ионообменных смол чаще всего являются зарегистрированной торговой маркой и не дают представления о свойствах материала.
На современном рынке водоподготовки представлены около 15 производителей ионообменных смол, поставляющих около 100 марок катионита и 90 марок анионита.
Катионит КУ-2-8чС
Среди отечественных катионитов в водоподготовке широко используется КУ-2-8чС (сульфокатионит сильнокислотный). Цифра 2 обозначает порядковый номер марки, 8— процентное содержание сшивающего агента (ДВБ). Катионит с маркировкой чС разрешен к применению для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
КУ–2–8чС по структуре и свойствам близок к зарубежным сульфокатионитам особой степени чистоты: амберлайту IRN-77 (США), зеролиту 325 NG (Англия), дауэксу HCR-S-Н (США), дуолайту ARC-351 (Франция), вофатиту RH (Германия) [4].
По внешнему виду смола КУ–2–8 представляет собой сферические гранулы желто-коричневого цвета размером 0,4–1,25 мм.
Катионит Пьюролайт
Также широко применяются ионообменные смолы Purolite (Пьюролайт), относящиеся к сильнокислотным катионитам. Марки Пьюролайт C100, С100Е, С120Е могут служить аналогами отечественных смол КУ-2–8, КУ–2–8чС.
Отдельная разработка этой марки — смола Пьюролайт С100Е Аg, представляющая собой катионит для умягчения воды с бактерицидными свойствами, обусловленными содержанием серебра. Отечественным аналогом катионита с бактерицидным действием может служить макропористый катионит КУ-23С.
Для бытового и промышленного умягчения воды подходит Пьюрофайн С100ЕF. Этот вид ионообменной смолы отличается повышенной рабочей ёмкостью при обычных, повышенных и меняющихся скоростях водного потока. Еще одно отличительное свойство катионита Пьюрофайн С100ЕF — уменьшенная потребность в объеме и количестве регенерационного раствора NaCl.
Катионит Леватит
Катионит марки Lewatit (Леватит) Ionac С-249 (натриевая катионообменная смола) может применяться для умягчения воды в бытовом, промышленном и общественном использовании, а также для умягчения растворов органических продуктов (сахара, пектина, глицерина и т.д.).
Анионит АВ-17-8чС
Среди анионитов отечественного производства широко распространена марка АВ-17-8чС. Цифры в маркировке обозначают: 17-я разработка, 8% сшивающего агента (ДВБ); буквы чС – особую чистоту ионита. Особо чистые ионообменные смолы разрешены для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Анионит АВ-17-8чС используется в фильтрах ФСД на атомных станциях, приборостроительных и микробиологических предприятиях. Для извлечения металлов и обогащения руд применяются аниониты марок АМ-2Б, АMп и АМП.
Катионит КУ-2-8 — эффективный материал для очистки воды
Катионит КУ-2-8 — органическое вещество, ионообменная 
смола. Выпускаются разные виды катионита, в соответствие с ГОСТом или по ТУ.
Катионит изготавливается в процессе производства сополимера стирола-дивинилбензола. Представляет собой нерастворимую в воде матрицу из высокомолекулярного и многофункционального полимера, в состав которого входят кислотные сульфогруппы, способные к ионному обмену.
Свойства
Внешне это небольшие гелевые микропористые гранулы сферической формы, цвет может варьироваться от бледно-желтого до коричневого. Гранулы набухают в воде, но не растворяются в ней, их размер может варьироваться от 0,3 мм до 1,25 мм. Такой размер обеспечивает материалу большую эффективную поверхность взаимодействия со средой. Полимер, на основе которого выполняются катиониты КУ-2-8, пожаро- и взрывобезопасен, абсолютно не токсичен и безопасен для человека, в том числе при прямом контакте с кожей.
Катионит КУ-2-8 — химически стойкое вещество, не растворяющееся и не разрушающееся при взаимодействии с неорганическими кислотами и щелочами, органическими растворителями. Гранулы выдерживают высокие механические и температурные нагрузки, отличаются износостойкостью.
 |  |
| Натрий хлористый Соль «Экстра» «Славянская» | Катионит КУ 2-8 чС |
Катиониты делятся на слабокислотные и сильнокислотные. Первые способны к ионному обмену при уровне рН более 7 (в щелочной среде). Сильнокислотные более универсальны, их можно применять при кислотности среды от 2 до 14. Наиболее популярные катиониты, это КУ-2-8 Na+ (натриевый катионит), КУ-2-8 H+ и КУ-2-8 ЧС (водородные катиониты), относятся к сильнокислотным.
Суть процесса ионного обмена
При пропускании жидкой среды через ионообменную смолу в ней происходит реакция ионного обмена: ионы магния, кальция или другие, которые требуется забрать из среды, заменяют в матрице полимера ионы натрия или водорода (зависит от типа катионита). А освобожденные ионы Na+или H+ высвобождаются в жидкую среду.
Через некоторое время, когда очистительные качества материала начинает падать, катионит проходит простую процедуру регенерации. Его помещают в раствор специализированного реагента (например, в раствор поваренной соли для натриевого катионита), благодаря чему нужные ионы опять занимают место в матрице полимера, восстанавливая его свойства. Такую процедуру регенерации можно проводить многократно.
Хранение и транспортировка
Катиониты типа КУ-2-8 хранят в заводской упаковке в виде набухших гранул в увлажненной среде. Это могут быть пластиковые мешки, бидоны или канистры. Хранят и перевозят их при температуре не ниже +2 °С. Замораживание не влияет на свойства смол, но перед использованием их следует разморозить и выдержать 2-4 суток при t от +10 до +20 °С.
Достоинства катионита КУ-2-8
• Недорогой, доступный, но эффективный материал для очистки воды.
• Может использоваться в любых масштабах, на производствах или для ручной очистки, например, воды из скважины.
• Процесс регенерации прост и не требует дорогих реактивов.
• Срок эксплуатации катионита при регулярной регенерации составляет не менее 8 лет.
• Технология очистки с помощью катионитов типа КУ-2-8 характеризуется высокой производительностью, экономичностью и простотой использования.
• Выпускается несколько видов катионитов для различных задач.
• Процесс очистки не изменяет уровень рН среды.
• Материал обеспечивает высокую эффективную поверхность, равномерную структуру рабочего слоя, умеренное сопротивление потоку воды.
• Подходит для работы в широком диапазоне уровней кислотности среды.
Применение
• В водоподготовке для снижения жесткости воды 
для различных целей, для удаления из воды примесей.
• Для очистки сточных и промышленных вод; для регенерации электролитов после гальванирования.
• Для смягчения воды для электростанций (тепловых и атомных), котельных.
• В металлургии для выделения и концентрирования металлов.
• В химпроме для выделения определенных соединений из их растворов; для разделения и очистки соединений; в качестве катализатора в орг. синтезах.
• В сельском хозяйстве — для выделения биологически активных веществ из сырья.
• Водородный катионит КУ-2-8 ЧС производится для глубокой очистки воды, получения реактивов высокой чистоты для пищепрома, медицины и фармацевтики.
• Для аквариумистики (очистка воды).
Среди методов и способов очистки воды применение ионообменных смол является одним из самых эффективных способов подготовки, очистки и умягчения воды.
Ионообменные смолы, сокращенное название иониты — нерастворимые высокомолекулярные соединения из синтетических полимеров сферической формы, диаметром до 1,5 мм, с отрицательно или положительно заряженными центрами, способные к ионному обмену в водных растворах.
По структуре полимерного каркаса гелевые иониты проявляют ионообменные свойства только при набухании в воде как бы раскрывая свои свойства. Также иониты бывают гелевые (непористые), макропористые и промежуточные.
Ионообменные смолы применяют в качестве загрузки в водоподготовительных фильтрах для очистки воды от ионов примесей в процессах водоподготовки на промышленных и энергетических объектах, пищевой промышленности.
По заряду ионов ионообменные смолы подразделяются на катиониты (катионообменные смолы) и аниониты (анионообменные смолы).
В нашей статье мы поговорим о катионитах.
Катиониты — это иониты, способные замещать в водном растворе положительно заряженные ионы.
Внешний вид катионита.
Твердые прочные сферические зерна диаметром 0,3-1,3 мм, имеют ровную поверхность, от белого и светло-желтого до темно-коричневого цвета различных цветовых оттенков. Катиониты российского производства чаще всего имеют полупрозрачную структуру светло-желтого или желтого цвета. Гранулы полупрозрачные в воздухе, а вводе становятся темными.
Физико-химические свойства катионитов:
Катиониты состоят из функциональных химических групп и могут иметь их сразу несколько.
Катиониты, имеющие функциональные группы одного типа, называются многофункциональными, если 2 и более групп — полифункциональными.
Область применения катионитов:
Катиониты в ионной натрий-форме умягчают воду и часто применяются в хозяйственно-бытовых целях, катиониты в водородной форме используют для обессоливания воды и применяются в производственных целях.
Процесс очистки питьевой и технической воды от примесей с использованием катионитов, называется катионированием.
Технологии с применением катионообменной смолы не требуют вложения больших средств и приобретения специального оборудования. На предприятиях применяют стандартное оборудование, которое легко обслуживать. Ионообменные установки недорогие в эксплуатации и имеют большой срок службы. Метод ионного обмена для очистки воды давно изучен и освоен специалистами предприятий.
Катиониты выпускают по ГОСТам или Техническим условиям. Они взрывобезопасные, невоспламеняющиеся продукты, не токсичны по воздействию на организм человека.
На рынке представлено много производителей катионитов, как отечественных, так и зарубежных.
Наиболее востребованные марки катионитов:
Его аналоги можно встретить под маркой Purolite (Великобритания), Lewatit (Германия), Amberlite (США), Dowex (Италия), Resinex (Швеция).
ООО «ТЭХ-Групп» поставляет ионообменные смолы (катиониты и аниониты) компании «Purolite» (Великобритания) представителем которой является.
Ионообменные смолы
В подавляющем большинстве состоят из сополимера стирола и дивинилбензола, хотя могут использоваться и другие композиции: метакриловая кислота-дивинилбензол и фенолформальдегидные полимеры.
Первое в мире промышленное применение ионитов природного происхождения (цеолита) было в осуществлено в царской России на Московской электрической станции в 1910 году.
Внешний вид ионообменных смол
Ионообменная смола выглядит как полупрозрачные шарики размером от десятых долей до 1,5 миллиметров в диаметре.
Цвет ионообменной смолы может быть белым, желтым и коричневым, но в большинстве случаев это многообразные однотонные комбинации этих цветов. На рисунке отображены лишь некоторые из них.
Важно понимать, что ионообменные смолы — это не химический реактив или реагент, а физическая среда в которой происходит ионный обмен. 
Классификация ионообменных смол
Ионообменные смолы в зависимости от заряда задерживаемых и отдаваемых ионов делятся на 2 основных вида:
— Катионит (катионообменная смола)
— Анионит (анионообменная смола)
Ограниченное распространение получили другие типы ионитов: амфотерные, хелатные и окислительно-восстановительные иониты, как правило в исследовательских и экспериментальных процессах.
Амфотерные в зависимости от условий могут являться или катионитами, или анионитами.
Хелатные смолы при производстве можно «настроить» на выборочное извлечение одного или двух видов ионов, т.е. они обладают исключительно высокой единичной или групповой селективностью.
Окислительно-восстановительные ионообменные смолы способны менять заряды ионов в среде.
Катионит
Катиониты обменивают ионы с положительным зарядом. Наилучший пример: ионы кальция (Ca ++ ) в воде обменивается на ионы натрия (Na + ) на ионите. Делятся на сильнокислотные и слабокислотные.
Сильнокислотный катионит
Является самым распространенным видом ионообменной смолы. Сильнокислотные катиониты включают группу сульфоновой кислоты (HSO3¯). Работают в кислой, нейтральной и щелочной среде в диапазоне pH 0-14. Может нейтрализовать сильные основания и превращать нейтральные соли в их соответствующие кислоты. Максимально эффективен при полном удалении ионов жесткости.
Слабокислотный катионит
Характеризуется очень высокой ионообменной емкостью. Слабокислотные катиониты включают карбоксильные группы (-COOH). Работают в нейтральной и щелочной среде в диапазоне pH 6-14. Способны нейтрализовать сильные основания. Имеет высокую стойкость к окислению и механическую прочность. Максимально эффективен для работы с содержащими воду окислителями, такими как перекись водорода, хлор и т.д.
Более подробно о катионитах на нашем сайте читайте в статье » Катионит «.
Анионит
Аниониты обменивают ионы с отрицательным зарядом. Например, ион нитрата (NO3-) замещают гидроксид ионом (ОН-). Делятся на высокоосновные и низкоосновные.
Высокоосновной анионит
Высокоосновные аниониты содержат четвертичные аммониевые группы. Работают в кислой, нейтральной и щелочной среде в диапазоне pH 0-14. Могут нейтрализовать сильные кислоты и превращать нейтральные соли в их соответствующие основания. Предназначен для деминерализации, деалкализации и обессоливания, помимо того, что они используются для удаления общего органического углерода (TOC) и других органических веществ. Высокоосновной анионит бывает 2 типов.
Смолы типа I имеет три метильные группы. Смола типа I обладает большей стабильностью, чем смола типа II, и способна удалять больше слабоионизированных кислот.
Смолы типа II одна из метильных групп заменена этанольной группой. Смолы типа II обеспечивают большую эффективность регенерации и большую емкость для того же количества используемого химического реагента.
Низкоосновной анионит
Низкоосновные аниониты содержат первичные, вторичные и третичные аминогруппы. Работают в кислой и нейтральной среде в диапазоне pH 1-7. Способны нейтрализовать сильные кислоты. Максимально эффективен для адсорбции кислоты, для удаления хлорида, сульфата, нитрата и других анионов, связанных с сильной кислотой.
Подробную информацию об анионитах на нашем сайте узнайте из статьи » Анионит «.
Получить прайс на ионообменные смолы 2021г
* На эту почту мы отправим наш прайс-лист.
Как ионообменная смола работает
Рассмотрим принцип работы ионообменной смолы на примере самой распространенной: сильнокислотного катионита и самого распространенного процесса: умягчения (снижение жесткости) воды.
Ионы жесткости (кальций и магний) поступают в фильтр и проходят через слой ионита, прикрепляясь к функциональным группам и выбивая ионы натрия. Умягчители воды работают, потому что этот процесс обратим. Важно понимать, что пока смола не истощена, все ионы, поступающие с водой, окажутся на смоле, а все ионы на смоле будут выбиты в раствор H 2 O, т.е. обменены.
Что такое регенерация ионообменной смолы
Ионообменные смолы имеют конечную обменную емкость и при истощении удерживают конечную массу ионов жесткости в умягчителе. Они больше не могут обменивать ионы, так как истощены и необходимо перезарядить или регенерировать, чтобы восстановить до исходного рабочего состояния.
Вещества, используемые для этого, могут включать хлорид натрия, а также соляную кислоту, серную кислоту или гидроксид натрия и называются регенерирующим раствором.
Регенерирующий раствор NaCl поступает в умягчитель до тех пор, пока масса рассола не пройдет через смолу и не вытеснит эквивалентное количество ионов жесткости.
Смола теперь находится в равновесном состоянии. После этого необходимо запустить процесс промывки и ионит вновь готов к работе.
Как получают ионообменные смолы
Ионообменные смолы производятся в основном из сшитого стирола. Мономер стирола (также известный как винилбензол) представляет собой нерастворимую в воде жидкость. Когда его суспендируют в воде и перемешивают, он образует маленькие капельки или сферы, как и привычная заправка для салата маслом в растворе уксуса. Мономерный стирол полимеризуют, то есть превращают в твердое пластичное вещество, нагревая его в присутствии катализатора. Оно является прозрачным для воды и полностью нерастворимым и принимает форму крошечных сфер диаметром примерно от 0,2 до 0,8 мм.
Из курса химии известно, что стирол состоит из бензольного кольца и винильной группы. Сшивающий агент имеет реакционноспособную винильную группу с обеих сторон и называется дивинилбензолом (ДВБ). Эта структура дает трехмерную поперечную связь с полистиролом. Уровень ДВБ, прореагировавший в основной цепи полимера, определяет плотность или прочность шарика. Чем выше содержание дивинилбензола, тем ниже будет влажность, когда шарик превращается в смолу.
Теперь необходимо добавить функциональные группы, которые и превращают гранулу полимера в ионообменную смолу. Когда функциональные группы добавляются к стирольной основной цепи полимера, смолы становятся реакционноспособными, и полимерные звенья функционируют так, как если бы они были отдельными ионами, взвешенными в воде. Отдельные единицы связаны между собой ДВБ, что делает гранулу нерастворимой, но сильно набухшей в воде.
Характеристики ионообменной смолы
Ионообменные смолы для водоподготовки имеют ряд физических и химических параметров. Физические параметры характеризуются:
К химическим можно отнести:
Основной характеристикой ионитов является показатель рабочей обменной емкости. Чем он выше, тем большее количество примесей ионит способен удалить из воды до того момента, когда ему понадобится регенерация.
Где можно заказать
Компания СМОЛЫ обладает более чем 15-летним опытом производства ионообменных смол особо чистого класса в России.
Для получения дополнительной информации свяжитесь с нами. Мы можем помочь вам в разработке правильного решения и реалистичной стоимости водоподготовки ионообменными смолами.
Посмотрите видео «Ионообменные смолы» на нашем канале:
Скачать описание о смолах ионообменных: Ионообменные Смолы.pdf
Табл. 1 Ионообменные смолы в таблице аналогов
Ионообменные смолы
Технология ионного обмена
Ионный обмен — разновидность обратимой химической реакции, при которой твердое вещество обменивается ионами с раствором электролита. Ионный обмен реализуется на веществах — ионитах, которые представляют собой сетчатые полимеры природного, искусственного или синтетического происхождения.
Иониты состоят из неподвижного каркаса – матрицы, и функциональных групп, которыми они обмениваются с ионами электролита. По знаку заряда обменивающихся противоионов иониты разделяют на:
Процесс ионного обмена состоит из следующих стадий:
Скорость ионного обмена зависит от следующих факторов:
Реакция ионного обмена — совокупность процессов, характерных для раствора и для самого ионита. В реальных условиях водного раствора доминирующим фактором будет диффузия ионов внутри зерна ионита. Поэтому скорость ионного обмена будет расти с уменьшением размера зерна ионита.
В водоочистке под ионным обменом понимают реакции разделения, выделения и очистки веществ, проведенные при помощи ионообменных материалов (ионообменных смол, природных цеолитов и др.).
Происхождение ионообменных смол
Неорганические природные иониты могут иметь кристаллическое или слоистое строение — цеолиты, глины, оксиды графита и др. Природные иониты чаще всего катиониты.
Иониты могут проявлять и амфотерные свойства, то есть в зависимости от условий и кислотности среды проявлять себя как катиониты или аниониты.
Синтетические ионообменные материалы (ионообменные смолы) представляют собой гибкие макромолекулы, скрепленные поперечными связями — углеводородными мостиками. Макромолекула имеет вид трехмерной сетки, в некоторых узлах которой имеются заряженные функциональные группы с нейтрализующими их противоионами.
Синтетические иониты способны к набуханию в воде, что обусловлено присутствием в их составе фиксированных гидрофильных групп. Однако полному растворению в воде препятствуют поперечные связи в составе ионообменной смолы. Стандартные умягчающие ионообменные смолы содержат около 8% сшивающего агента — дивинилбензола (ДВБ).
Степень набухания иона зависит от количественного содержания ДВБ, содержания гидрофильных ионогенных групп в составе ионита и вида противоинов, находящихся в ионите.
По внешнему виду синтетические ионообменные смолы представляют собой гранулы разных размеров и форм. Если гранулы получены в результате реакции полимеризации, то их форма почти шарообразная. Если в результате реакции поликонденсации — гранулы неправильной формы.
Характеристики ионитов
Иониты характеризуются следующими параметрами:
Селективность ионита — важная характеристика, показывающая, насколько эффективно ионит удаляет определенные противоионы в присутствии других, конкурентных противоионов. Селективность зависит от строения матрицы ионита, типов функциональных групп, содержания противоионов в растворе и т.д. [2].
Селективность ионитов растет с увеличением заряда противоиона. Если у ионов один и тот же заряд, то селективность возрастает с увеличением атомного веса. Наибольшую селективность ионит будет проявлять к противоиону с самым большим атомным весом и с наибольшим зарядом.
Типичный ряд селективности ионитов выглядит следующим образом:
В зависимости от противоиона, которым насыщен рабочий раствор, различают H-форму, Na-форму, Ca-форму и для катионитов, и OH-форму, Cl-форму для анионитов.