Смягчение воды методом ионного обмена (стр. 2 из 3)
Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека
Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л
Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство "жестких" волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный "скрип" чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство "мылкости" после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановления той защиты кожи, которой нас и так природа. Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.
Экспериментальная часть
Адсорбционные процессы, включающие в себя как процессы чисто включающий в себя физические, так и процессы, ведущие к образованию новых химических веществ весьма разнообразны. К ним относятся и процессы ионообменной хроматографии, протекающие между ионитом и растворами электролита.
Благодаря своей универсальность и гибкости эти процессы нашли широкое применение в аналитической химии, пищевой и гидрометаллургической промышленности, в теплоэнергетике, водоподготовке и во многих других областях науки и техники, и в настоящее время вытесняют из производственной практики другие методы сорбции [1-3]. Несмотря на большой ассортимент промышленных ионитов, большинство из них, особенно, поликонденсационного типа отличаются такими низкими показателями, как низкая скорость сорбции, малая устойчивость к термическим, химическим воздействиям и др. Это ограничивает возможности и сферы их применения [4,5].
Нами получен новый монофункциональный сульфокатионит на основе взаимодействия стирола с доступным и дешевым отходом сельскохозяйственной и хлопкоочистительной промышленности.
После сульфирования стирольно-фурфурольного полимера, полученный катионит переводили в Н-форму и определяли его основные физико-химические и сорбционные свойства. Для установления функциональности и степени их диссоциации была снята кривая потенциометрического титрования (рис.1), которую снимали методом отдельных навесок катионита в Н-форме, путем контактирования раствора хлористого натрия и едкого натрия (Сисх=0.1N раствор) по методике [8].
Рис.1. Кривая потенциометрического титрования.
По достижении равновесия через 48 часов определяли рН раствора на рН-метре «рН-340». Из рис.1 видно, что кривая потенциометрического титрования характеризует катионит как монофункциональный диссоциирующий в нейтральной, слабо- и сильнощелочной средах.
Кажущаяся константа диссоциации (рКн) ионогенных групп катионита, найденная из кривой титрования по методике [8] равна рКн=1.8–2.2. Значение рКн кажущейся константы диссоциации также свидетельствует, что полученный катионит относится к группе сильнокислотных ионитов.
Присутствие SO3H-групп в структуре полученного катионита подтверждают ИК-спектры поглощения сульфированного полимера. Так SO3H-группы в спектре сульфированного полимера характеризуются полосой поглощения в области 1200 см-1, что согласуется с литературными данными [9] Исследование сорбционной способности сульфокатионита к ионам кальция, магния, меди, никеля проводили из 0.1N растворов СаСl2, MgCl2, CuSO4 и NiSO4. Поглощение кальция и магния определяли трилонометрически, меди йодометрически, никеля фотоколориметри-чески [10,11]. Согласно литературным данным, полимеры и ионообменники, полученные на основе производных фурана отличаются повышенной термо-химостойкостью и механической прочностью [5,6]. Основные свойства полученного сульфокатионита представлены в таблице 1.
Как известно во многих регионах нашей республики используемая в быту и на производстве вода имеет высокую жесткость, которая иногда доходит до 12 мг-экв/л вместо получаемого в соответствии с ГОСТ 2874-82 «Питьевая вода» – 2.5–7 мг-экв/л.
Таблица 1
Основные физико-химические показатели полученного сульфокатионита
| № | Показатели | Значения | |
| 1. | Насыпной вес, г/мл | 0.68 | |
| 2. | Удельный объем набухшего катионита в Н-форме, мл/г | 3.5 | |
| 3. | Статическая обменная емкость, в мг-экв/г, по: | ||
| 0.1N. раствору NaOH | 5,2 | ||
| 0.1N. раствору NaCl | 4.5 | ||
| 0.1N. раствору СaCl2 | Н-форма | 4.2 | |
| Nа-форма | 4.8 | ||
| 0.1N. раствору MgCl2 | Н-форма | 3.0 | |
| Nа-форма | 3.8 | ||
| 0.1 N. раствору СuSO4 | Н-форма | 2.6 | |
| Nа-форма | 3.0 | ||
| 0.1 N. раствору NiSO4 | Н-форма | 2.15 | |
| Nа-форма | 2.34 | ||
| 4. | Механическая прочность | 99% | |
Из данных таблицы 1 видно, что испытуемый катионит обладает достаточно высокими показателями величины обменной емкости по ионам кальция и магния.
В качестве объекта исследования нами была использована артезианская вода Шурчинского района Сурхандарьинской области, которая имеет жесткость 12.2 мг-экв/л. Катионитов испытывали в Н- и Na-формах.
1 гр. катионита заливали 200 мл исследуемой воды. Через 24 часа воду отделяли от катионита и определяли ее жесткость трилонометрическим методом в присутствии индикатора хромоген черный. При этом жесткость воды в Н-форме составила 4.5 мг-экв/л, а в Na-форме 2.2 мг-экв/л.
Кроме этого нами были проведены исследования по умягчению водопроводной воды имеющий жесткость 2.5 мг-экв/л. После контакта в течение 6 часов водопроводной воды с катионитом жесткость ее соответствовала при использовании катионита в:
Н-форме – 0.8 мг-экв/л;
Na-форме – 0.4 мг-экв/л.
Результаты полученных исследований свидетельствует о перспективности работы с испытуемым сульфокатионитом.
***
INTRODUCTION
RIGIDITY of WATER
Scumand adjournment of salts on home appliances (for example, in teapots), film on tea etc. - all this parameters of rigid water. Use of such water for the economic purposes causes a number of inconveniences. For example, the charge of a soap is increased at washing, slowly boil soft meat and vegetables, service life of home appliances decreases. Interrelation of rigidity of water and education of stones in kidneys now is known.
The rigidity of drinking water under the working standards should be not higher 7 mg-ecv/g, and only in the special cases it is supposed up to 10 mg-ecv/g. For the industrial purposes use of rigid water is inadmissible.
The general rigidity of water is a set of properties caused by the contents in it ions of magnesium and calcium.
Hard water must be soften before use.
The first way – reagent method i.e., addition slaked to exhaust and soda Na2CO3 (a limy way), addition of polyphosphates.
The second way - application of cationits , i.e., synthetic ion-exchangepitches (filtering).
Ion-exchangepitches
These are substances capable to an ionic exchange at contact to solutions of electrolits. Ionic-exchangeclearing allows to take and utilize a wide spectrum of polluting substances: heavy metals, chrom, nitrates and nitrites, cyanic connections, radioactive substances, and also умягчаетand unironingwater. Thus the high degree of clearing (up to a level of maximum concentration limit) is reached. Except for that ionits are used for unsaltingwaters during water-preparation. Inorganic and organic ionits can be natural (for example: zeolites, cellulose, peat, wood) and synthetic (silica geland the most important ion-exchangepitches). Depending on a degree dissociation of ion-exchangepitches can be strong and weak. Depending on a sort of ions which are connected to active groups of ionits, distinguish the following its form: for cationits- the hydrogen form (H-form) and the salt form, when active groups are connected to ions of metals (for example, Na-form, NH4-form), for anionitsOH-form, Cl-form, etc. Ability of ionitsto a full exchange is characterized by exchange capacity which is equal to number of its active groups participating in an exchange. For the quantitative characteristic of ion-exchange properties of ionitsusually define their dynamic and sometimes full (general) exchange capacity (static). Main requirements to ionits, used for water treating: high exchange capacity, high speed of an ionic exchange, sufficient stability in relation to acids, alkalis, oxidizers and reducers, insolubility in water, organic solvents and solutions of electrolits and limited swelling capacity. In water-preparation in a conditions of life are frequently used high-acidcationitsdomestic and import manufacturers mainly for softeningand iron removal of waters. An example: the structure of cationitscan be expressed formulaNa2R, where Na+ - rather mobile cation. If to pass hard water through layers of cationitsions of sodium exchange on ions of calcium and magnesium: