Другие физико-химические свойства. Иониты ограниченно набухают в растворах электролитов и органических растворителях

Иониты ограниченно набухают в растворах электролитов и органических растворителях. Набухание полимеров − это увеличение объема (массы) полимерного тела в результате поглощения жидкости или ее пара при сохранении им свойства нетекучести (т.е. форма образца обычно не изменяется). Процесс набухания характеризуется степенью набухания − отношением объема (массы) набухшего полимера к его исходному объему (массе). Степень набухания увеличивается во времени, постепенно приближаясь к равновесному значению.

Иониты способны к ионному обмену в водных и водно-органических растворах.

Обычно применяемый метод регенерации ионитов – это промывка растворами щелочи или кислоты. Макропористые иониты регенерируются подачей в слой водяного пара либо прогревом слоя в токе газа-носителя.

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 катионитов составляет 130−175 °С в зависимости от функциональной группы. Механическая прочность достаточно высока, особенно у гранулированных и макропористых смол.

Химическая и термическая стойкость анионообменных смол ниже, чем у катионообменных смол. В щелочной среде они подвергаются деструкции.

Получение

Ионообменные смолы выпускают в виде мелких гранул сферической или неправильной формы.

Традиционные методы получения ионообменных смол:

1) поликонденсация или полимеризация мономеров, содержащих ионогенные группы;

2) полимераналогичные превращения, т.е. введение активных функциональных групп в инертные сополимеры, в ходе которого длина и строение скелета цепи сохраняются, но изменяются состав и строение боковых групп.

По сравнению с полимеризационными смолами ионообменные смолы, полученные поликонденсацией, имеют менее однородную структуру. Из слабо- и среднесшитых сополимеров получают смолы с непрерывно-гелевой структурой (гелевые иониты).

Для получения макропористых ионитов синтезируют макропористые сополимеры (матрицы), в которые вводят ионогенные группы. Матрицы синтезируют сополимеризацией виниловых мономеров с большими количествами сшивающего агента в присутствии порообразователя. В качестве сшивающего агента чаще всего используют дивинилбензол в количестве 10−40 % от массы другого мономера, например стирола. С увеличением количества сшивающего агента удельная поверхность адсорбентов увеличивается.

Степень сшивания, зависящая от содержания сшивающего агента, влияет на набухание ионообменных смол в воде и органических растворителях, пористость, кинетику и избирательность ионного обмена, прочность и химическую стойкость.

В качестве порообразователя обычно применяют термодинамически «плохие» растворители, в которых растворяется смесь мономеров, но не сольватируется образующийся сетчатый полимер (например, первичные одноатомные спирты и алифатические углеводороды с числом атомов С≥6). После образования сетчатого полимера «плохой» растворитель удаляют отгонкой с паром, нелетучие порообразователи − экстракцией.

Макропористые иониты в зависимости от способа введения ионогенных групп можно разделить на две группы. Первая группа – иониты, полученные на основе пористых сополимеров стирола и дивинилбензола в результате реакций полимераналогичных превращений. Структура ионитов этой группы, возникнув на стадии сополимеризации, может меняться при дальнейших превращениях. Аниониты этого класса получаются в три стадии по следующей схеме [37]:

1) сополимеризация, пример:

(23)

2) хлорметилирование, пример:

(24)

3) аминирование, пример:

(25)

Использование на стадии аминирования различных аминирующих агентов позволяет получить аниониты с различными функциональными группами.

Вторая группа – иониты, полученные на основе имеющих ионогенные группы мономеров. Этот процесс одностадийный, структура возникающих сополимеров не подвергается дальнейшим изменениям, поэтому в последние годы он получает все большее развитие [37]; например, аниониты винилпиридинового ряда, полученные сополимеризацией незамещенных и аминозамещенных винилпиридинов с дивинилбензолом в присутствии инертных растворителей (см. табл. 12).

Таблица 12

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: