Navody

Stanovení kapacity iontoměničové pryskyřice

Obecně se kapacita iontoměničové pryskyřice týká počtu iontů, které mohou být absorbovány daným objemem pryskyřice. Kromě toho mohou být různé jednotky měření kapacity pryskyřice. Například mg-ekv/ml (mekv/ml), g-ekv/l (ekv/l) nebo kilograin na krychlovou stopu (Kgr/ft3).

Při znalosti ekvivalentní hmotnosti látky lze vypočítat kapacitu pryskyřice. Ekvivalentní hmotnost látky je definována jako poměr molární hmotnosti látky k jejímu mocenství (přesně řečeno k ekvivalentnímu číslu látky).

Například molární hmotnost vápníku je 40 g/mol a valence je 2, pak je ekvivalentní hmotnost 20 g/mol (40/2 = 20). Iontoměničová pryskyřice s výměnnou kapacitou 1,95 g-ekv/l je schopna extrahovat z roztoku 1,95 × 20 = 39 gramů na 1 litr pryskyřice.

Jak se určuje kapacita výměny pryskyřice?

V praxi proces probíhá v laboratořích titrací. Roztok hydroxidu sodného (NaOH) prochází kolonou, ve které je umístěn vzorek katexu ve vodíkové formě (H-forma). Některé ionty Na+ jsou vyměněny za ionty vodíku. Hydroxid sodný, který nezreagoval s iontovou skupinou pryskyřice, se titruje kyselinou. Odečtením zbytkové koncentrace od počáteční koncentrace hydroxidu sodného můžete určit kapacitu katexu. Dalším způsobem, jak určit výměnnou kapacitu iontoměniče, je průchod roztoku chloridu vápenatého vrstvou pryskyřice. Kapacita aniontoměničové pryskyřice (ve formě OH), kterou prochází roztok kyseliny, se stanoví podobným způsobem.

Kapacita pryskyřice může být měřena v mEq/mL (objem) nebo mEq/g (hmotnost). Pokud je určena kapacita, vyjádřená v mEq/g (což znamená hmotnost suchého iontoměniče), pak při znalosti obsahu vlhkosti pryskyřice je snadné přejít k mEq/ml.

Na obrázku je výměnná kapacita pryskyřice graficky znázorněna žlutou oblastí umístěnou mezi svislými přímkami AN a CL. Šedá oblast pod křivkou je koncentrace iontů ve vyčištěné vodě. Na začátku cyklu je koncentrace iontů ve filtrátu velmi malá a zůstává konstantní po celý filtrační cyklus v okamžiku, kdy čelo filtrace dosáhne konce iontoměničové vrstvy, ionty pronikají do filtrátu (bod P na obrázku). To je signál pro regeneraci pryskyřice. Typicky se regenerace filtru provádí až do průniku. Například v průmyslu může koncentrace iontů tvrdosti, při které se filtr odstraňuje za účelem regenerace, dosáhnout hodnoty menší než 0,05 0J a v systémech změkčování pro domácnost – méně než 0,5 0J. Délka segmentu x – y odpovídá objemu vyčištěné vody v litrech nebo galonech. Plocha obrázku ANLB je celková absorpce iontů pryskyřicí a plocha obrázku ANMB je počet absorbovaných iontů před tím, než dojde k průlomu.

Když mluvíme o kapacitě, často máme na mysli pracovní kapacitu, spíše než plnou výměnnou kapacitu. Pracovní kapacita není konstantní, závisí na mnoha faktorech: značce iontoměniče, koncentraci a typu absorbovaných iontů, pH roztoku, požadavcích na čištěnou vodu, průtoku, výšce; vrstva iontoměniče a další požadavky.

Dosažení vysokého stupně extrakce iontů z vodného roztoku vyžaduje zvýšení dávky regeneračního roztoku (červená čára). Je však nemožné zvyšovat koncentraci regeneračního roztoku donekonečna (zelená čára je teoretický vztah mezi stupněm obnovení kapacity pryskyřice a spotřebou regeneračního roztoku). V praxi je pro dosažení vysoké kapacity nutné zvýšit množství pryskyřice. Během prvního filtračního cyklu může stupeň obnovení iontově výměnných vlastností dosáhnout 100 %, ale časem se tato hodnota sníží. Například většina výrobců systémů změkčování vody doporučuje používat roztok NaCl o koncentraci 100 – 125 g/l pro obnovení kapacity katexu na 50 – 55 % celkové výměnné kapacity.

Přečtěte si více

Plísňové houby, mucor houby, černý aspergillus a penicillium houby

Při stanovení kapacity je nutné znát iontovou formu pryskyřice (sůl, kyselina, zásada). Během regenerace nebo během provozu se objem naplněné pryskyřice mění, dochází k procesu zvanému „dýchání“ pryskyřice. Tabulka ukazuje, jak se pryskyřice chovají v různých procesech.

Reakce č.	Typ pryskyřice	Proces	Snížení hlasitosti, %	Zvýšení objemu, %
1	Silný kyselý katex	Na+ → H+	–	6 – 10
1	Silný kyselý katex	Na+ → Ca2+	5 – 7	–
2	Silná bazická aniontová pryskyřice	Cl- → OH-	–	20
2	Silná bazická aniontová pryskyřice	Cl- → NO	3 – 5	–
3	Slabý kyselý katex	H+ → Ca2+	–	20
3	Slabý kyselý katex	H+ → Na+	–	50
4	Aniontová pryskyřice slabé báze	FB → Cl-	–	20 – 25

Existují katexy a anexy. Reakce, kterých se účastní iontoměniče, jsou uvedeny v tabulce.

Navíc v anglicky psané literatuře symbol SAC označuje silně kyselou kationtovou pryskyřici, SBA – silně bazickou aniontovou pryskyřici, WAC – slabě kyselou kationtovou pryskyřici a WBA – slabě bazickou aniontovou pryskyřici. S

Schopnost iontové výměny je dána přítomností funkční skupiny silně kyselé katexy obsahují sulfonovou skupinu –SO3H a slabě kyselé katexy obsahují karboxylovou skupinu –COOH.

Silně kyselé katexové pryskyřice vyměňují kationty při jakékoli hodnotě pH roztoku, to znamená, že se v roztoku chovají jako silné kyseliny. A slabě kyselé katexy jsou podobné slabým kyselinám a vstupují do iontoměničové reakce pouze při hodnotách pH nad 7.

Aniontoměniče obsahují pět typů funkčních skupin: (-NH2, NH=, N≡, –N(CH3)3OH, –N(CH3)2С2H4OH). První tři skupiny dávají anexu slabě zásadité vlastnosti a skupiny –N(CH3)3OH, –N(CH3)2С2H4OH – silně zásadité. Slabě bazické aniontoměniče reagují s anionty silných kyselin (SO, Cl-, NO) a silně bazické s anionty silných a slabých kyselin (HCO, HSiO) v rozmezí pH 1 až 14.

Když už mluvíme o kapacitě silně bazického anexu, měli byste věnovat pozornost skutečnosti, že pryskyřice obsahuje funkční skupiny, které jsou vlastní i slabě bazickým aniontoměničům. Když silně bazický aniontoměnič stárne nebo je vystaven vysokým teplotám, dochází ke snížení zásaditosti a částečné destrukci funkčních skupin.

Reakce zahrnující iontoměničové pryskyřice

Reakce 1 – změkčení vody pomocí silně kyselého katexu ve formě soli (Na) 2 – odstranění dusičnanových iontů pomocí silně bazického anexu ve formě Cl. Použití chloridu sodného a chloridu draselného jako regeneračního roztoku přispívá k širokému použití tohoto typu pryskyřice v každodenním životě, průmyslu a čištění odpadních vod. Kationtoměniče lze také redukovat kyselými roztoky (například kyselinou chlorovodíkovou) a aniontoměniče roztokem hydroxidu sodného (NaOH). Iontoměniče ve formě H a OH se používají ve schématech přípravy odsolené vody (reakce 3 a 4). Slabě kyselý katex vykazuje iontoměničové vlastnosti při vysokých hodnotách pH (reakce 5) a slabě zásaditý aniontoměnič při nízkých hodnotách pH (reakce 6). Reakce 5 – současné změkčení a snížení alkality vody. Je třeba poznamenat, že pryskyřice WBA se v důsledku regenerace alkalickým roztokem nepřemění na OH formu, ale na tzv. FB formu (volná báze). Slabě kyselé katexy mají oproti silně kyselým vyšší výměnnou kapacitu, vyznačují se vysokou afinitou k vodíkovým iontům, takže regenerace probíhá snadněji a rychleji; Je důležité, aby se pro regeneraci WAC, jako WBA, nepoužívaly roztoky chloridu sodného nebo draselného. Výběr jedné nebo druhé značky iontoměničové pryskyřice závisí na mnoha podmínkách. Například existují dva typy silných bazických anexů: typ I (funkční skupina –N(CH3)3OH) a typ II (–N(CH3)2С2H4OH). Aniontoměniče typu I absorbují ionty HSiO lépe než aniontoměniče typu II, ale ty se vyznačují vyšší výměnnou kapacitou a lépe se regenerují.

Přečtěte si více

Iris holandský (cibulovitý): výsadba a péče v otevřeném terénu, pěstování

Závěrem poznamenáváme, že v literatuře, stejně jako v pasu výrobku, je uvedena celková hmotnost a výměnná kapacita pryskyřice, které jsou stanoveny v laboratoři. Pracovní kapacita pryskyřice je nižší než udávaná výrobcem a závisí na mnoha faktorech, které nelze v laboratorních podmínkách zohlednit (geometrické charakteristiky vrstvy pryskyřice, specifické podmínky procesu: průtoky, koncentrace rozpuštěných látek, stupeň regenerace atd.).

Hmotnost pryskyřice se vypočítá pomocí vzorce. Délka (cm) * šířka (cm) * výška (cm) * 1,1 g/cm³ (hustota pryskyřice) = gramy. Získaná hodnota se musí rozdělit na 3 díly, pokud je poměr pryskyřice 2:1.

Jaká je spotřeba epoxidové pryskyřice na 1 m2?

Spotřeba epoxidu pro vytvoření samonivelační podlahy. Pokud tedy potřebujete betonovou plochu pouze vyplnit, aby přestala prášit, bude stačit pouhých 100 g kompozice na 1 m2. Pokud mluvíme o odolném vyztuženém nebo dekorativním nátěru, může se spotřeba zvýšit na 3-3,5 kg na m2.

Jaký je objem 1 kg epoxidové pryskyřice?
Epoxidová pryskyřice Ed-20 (1 kg) s tvrdidlem PEPA (100 g)

Materiál	Epoxidová pryskyřice
model	ED-20 + PEPA
Objem, l	1.1
Hmotnost, kg	1.1

Kolik epoxidové pryskyřice mám nalít?

Zpravidla se za normální považují následující poměry: 10:1, 10:6, 10:4. V závislosti na účelu kompozice se používají jiné poměry míchání: dva díly epoxidové pryskyřice na jeden díl tvrdidla nebo jeden díl ku jednomu. Pokud je tužidla nedostatek nebo přebytek, výrazně se snižují spotřebitelské vlastnosti výrobku.

Jak určíte, kolik pryskyřice potřebujete?

Pokud to chcete udělat sami, jednoduše změřte délku, šířku a výšku oblasti výplně v palcích, vynásobte je (D x Š x V) a nakonec toto číslo vydělte 1,805. To vám dá množství tekutých uncí, které potřebujete naplnit!