Ионообменная адсорбция

Ионообменная адсорбция — это обратимый процесс стехиометрического обмена ионами между раствором электролитов и твердым телом..

Твердый адсорбент, практически нерастворимый в воде, поглощает из раствора ионы одного заряда (катионы или анионы) и вместо них отдает в раствор эквивалентное число других ионов того же заряда. Такой обменный ионный процесс аналогичен обменным химическим реакциям, но только протекает на поверхности твердой фазы.

Ионообменная адсорбция имеет следующие особенности:

1) специфична, т. е. к обмену способны только определенные ионы;

2) протекает более медленно, чем молекулярная адсорбция;

3) может приводить к изменению рН среды.

Ионообменники (или иониты) – вещества, проявляющие способность к ионному обмену при контакте с раствором электролитов. В зависимости от того, какой вид ионов участвует в обмене, иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты способны обменивать катионы, в т. ч. ион Н⁺, аниониты – анионы, в т. ч. ион ОН^–. Существуют также амфолиты, которые в зависимости от условий (главным образом, рН) способны проявлять как катионообменные, так и анионообменные свойства.

Иониты имеют структуру в виде каркаса, «сшитого», обычно, ковалентными связями. Каркас имеет положительный или отрицательный заряд, скомпенсированный противоположным зарядом подвижных ионов (противоионов), которые могут легко заменяться другими ионами с зарядом того же знака. Каркас выступает в роли полииона и обусловливает нерастворимость ионита в растворителях.

Пример, карбоксильный катионит:

R – COO-+ Na⁺ ® H⁺ + R – COO-,

R – полимерный каркас;

COO^- – неподвижный ион функциональной группы;

Н⁺ – подвижный (обменивающийся) ион функциональной группы;

Na⁺ – обменивающийся ион из раствора.

Различают природные и синтетические иониты. Природные: алюмосиликатные материалы – гидрослюда, цеолиты, монтмориллонит и т.д. Синтетические: ионообменные смолы, сульфитированные угли, ионообменные целлюлозы, синтетические волокнистые материалы.

Применение ионного обмена:

– очистка сточных вод, умягчение и обессоливание воды;

– в пищевой промышленности – обесцвечивание сахарорафинадных сиропов, при получении ионитного молока (изменения его солевого состава), для предотвращения помутнения и понижения кислотности вина и др.

– в хроматографии;

– ионный обмен имеет место в почве, и ее ионообменная емкость является одной из характеристик, определяющих ценность почвы.