Список тематических статей

Катионообменные смолы

Поликислоты, катиониты – синтетические сетчатые полимеры, способные к обмену катионов в водных и водно-органических растворах электролитов. В полимерной матрице (каркасе) катионообменных смол фиксированы ионогенные группы, способные диссоциировать на полианионы и компенсирующие их заряды подвижные катионы (противоионы), например (для одной группы) П-SO₃HDП-SO₃^-+Н⁺, участвующие в ионном обмене с различными другими катионами. Кислотность смолы определяется химическим строением ионогенных групп, (в зависимости от валентности элемента Э=S, P, As, С; X=ОН, Н, R), природой элемента, числом атомов =О у атома Э, а также природой матрицы и сшивающего агента. По кислотности ионогенных групп катионообменные смолы подразделяют большей частью на сильно-, средне- и слабокислотные (кислотность смолы определяют значением pКа). Смолы первого типа содержат группы SO₃H(pKа 1-2), второго типа – Р(О)(Х)ОН, где X = Н, ОН, R, OR; R-opганическая или любая другая группа (рКа ~ 3-4,5; для Р(О)(ОН)2 рКа2 ~ 8-10), смолы третьего типа-группы СООН, ArOH, ArSH, Аr(ОН)₂, рКа 5-10. Существуют также бифункциональные катионообменные смолы, содержащие одновременно группы SO₃H и СООН, SO₃H и С₆Н₄ОН, СООН и С₆Н₄ОН.

Обменная емкость для сильнокислотных катионообменных смол, в отличие от слабо- и среднекислотных не зависит от рН раствора. По структуре могут быть микропористыми, или гелевыми, и макропористыми.

Методы получения:

1) полимераналогичные превращ. сетчатых сополимеров (главным образом стирола с дивинил бензолом), например, сульфирование, фосфорилирование гидроксилсодержащих сополимеров;

2) сополимеризация или сопо-ликонденсация соответствующих мономеров, например поликонденсация сулъфокислот с альдегидами, полимеризация фосфорсодержащих мономеров, производных акриловой кислоты с диенами.

Катионообменные смолы – твердые, нерастворимые, ограниченно набухающие продукты; достаточно устойчивы в растворах кислот и щелочей, органических растворителях. Сильные окислители (Н₂О₂, К₂Сr₂О₇, HNO₃) разрушают катионообменные смолы, отщепляя большей частью ионогенные группы; фосфорсодержащие катиониты более устойчивы, чем сульфокислотные. Термостойкость смолы с группами Р(О)(ОН)₂ составляет 150-175 °С, с группами SО₃Н – до 120-150 °С, с группами СООН – 130-160 °С.

Катионообменные смолы поликонденсационнго типа менее химически и термически стойки, чем смолы полимеризационного типа. Механическая прочность достаточно высока, особенно у гранулированных и макропористых смол.

Избирательность сульфокислотных катионообменных смол уменьшается в ряду ионов К⁺>Na>Li⁺ с увеличением размера гидратированного иона и возрастает в ряду металлов М¹⁺<М²⁺<М³⁺.

Для фосфорнокислотных и карбоксильных катионообменных смол характерна высокая избирательность по отношению к поливалентным металлам, в том числе способным к комплексообразованию, и металлам, дающим оксидные катионы, например UO₂²⁺ , VO²⁺.

Применяют катионообменные смолы при водоподготовке (также и в сочетании с анионообменными смолами), в гидрометаллургии для избирательного извлечения поливалентных металлов, для извлечения из растворов неорганических и органических веществ основного характера, для селективного выделения ценных, биологически активных веществ из биосырья, как кислотные катализаторы (например, при этерификации кислот, гидролизе эфиров) и носители катализаторов, ферментов, комплексонов, для получения гетерогенных мембран и других.

Гладкова Наталья