Методы получения органических ионитов

К ионитам предъявляются такие требования, как:

Высокая обменная емкость, нерастворимость в воде.

Обменной емкостью (ОЕ) или емкостью поглощения ионита называется способность единицы массы (или объема) ионита обменивать с раствором в определенных условиях то или иное количество ионов. ОЕ определяется числом и характером функциональных групп, приходящихся на единицу массы (объема) ионита. Величину обменной емкости обычно выражают числом мг-экв, обмениваемых 1г (или 1 дм³) ионита, т.е.

ОЕ, мг-экв/дм³ или г-экв/м³.

В технике при больших расходах воды и ионита обменную емкость выражают в (г-экв/м³).

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к ионитам синтез их можно осуществить тремя путями:

1) органическое вещество, содержащее функциональную группу (например –СООН), превратить из растворимого в нерастворимое в воде.

2) Ввести функциональную группу в молекулу какого-либо органического вещества, практически не растворимого в воде.

3) Одновременное получение практически нерастворимого органического вещества и введение в его молекулу функциональных групп.

Полимером получения ионита (катионита) по 1-му пути является рассмотренный пример с бекелитовой смолой, полученной при поликонденсации фенола и формальдегида. 2-ой путь значительно более распространен.

Примером 2-го пути является получение катионитов из углей. Определенные сорта углей (каменный, бурый или антрацит) обрабатывают концентрированной серной кислотой, в результате протекающих процессов окисления уголь приобретает две функциональные группы (-СООН) и (-SO₃H). Впервые сульфоуголь получен у нас в стране Ф.Г. Прохоровым.

В настоящее время синтезируются смолы, практически нерастворимые в воде, имеющие в составе молекул бензольные кольца и имеющие пространственную сшивку. Затем готовая смола насыщается функциональными группами, путем, например, сульфитирования или аминирования. Сам бензол не полимеризуется, поэтому для полимеризации используется стирол. Полученный таким образом полистирол нерастворим в воде, имеет длинные молекулы.

Для придание полученным соединениям сетчатой, трехмерной структуры, одновременно с реакцией полимеризации стирола проводят сополимеризацию с дивенилбензолом, т.е. берут в качестве исходных веществ стирол и дивенилбензол.

Реакция а этом случае протекает так:

 

Т.е. возникает “поперечная сшивка” молекул и образование “клубков” или сетчатых структур, которые в готовом виде выглядят как маленькие шарики.

Введение функциональных групп осуществляется в готовую смолу. Так, например, для получения сульфокатионитов смолу подвергают сульфитированию, действуя на нее серной кислотой. При этом получается монофункциональный сильнокислотный катионит.

Например, катионит КУ-2: (катионит универсальный, сильнокислотный).

Аналогичным путем могут быть получены и аниониты. Для этого смолу подвергают сначала нитрованию, действуя азотной кислотой, а а затем восстанавливают нитрогруппу NO₃ до аминогруппы – NH₂.

3-ий путь синтеза ионитов не получил широкого развития.