Физико-химические свойства ионообменных смол и мембран в амфолит-содержащих растворах - Дипломная работа

С каждым годом растет потребность людей в воде, пригодной для использования, и в то же время, естественные воды непрерывно загрязняются техногенными источниками. Более 1,2 млрд. людей в настоящее время не имеют обработанной питьевой воды и более 3 млрд. людей не имеют соответствующей обработки сточных вод. Причём ситуация в питьевой водой всё время ухудшается в связи с ежегодном приросте населения Земли на 80 млн. чел. В последние 10 - 15 лет широкое применение находят мембранные технологии обработки воды, которые позволяют надежно очищать исходную воду от примесей, вызывающих болезни, перерабатывать сточные муниципальные воды и получать воду, пригодную для использования в промышленных целях. К настоящему времени в мировой практике для удаления из воды растворенных солей и других примесей определились следующие основные методы: дистилляция, ионный обмен, вымораживание, гелиоопреснение и обратный осмос (гиперфильтрация), а также электродиализ. Амфолиты содержат полярные группы (например, карбоксильные и/или аминогруппы), которые вступают в реакции протолиза с растворителем (водой) с образованием ионов H или OH- и меняют зарядность в зависимости от pH окружающей среды. Эта особенность обусловливает наличие механизмов переноса, отличных от характерных для сильных электролитов, таких как NaCl. С другой стороны многофакторность процессов протолиза амфолитов в поровом растворе, на границе мембрана/раствор и в прилегающих к ионообменной мембране диффузионных пограничных слоях дает больше «рычагов» для воздействия на мембранную систему с целью обеспечения процесса электродиализного (ЭД) разделения в желаемом направлении. Этим обусловлены успехи ЭД в регенерации абсорбентов углекислого газа (гидро-карбонат натрия, моноэтаноламин, полиэнаноламин и др.), применяемых в замкнутых системах жизнеобеспечения; в деминерализации вод, содержащих борную кислоту; обезвреживании травильных растворов гальванических производств; селективном извлечении из органических отходов аминокислот и мономеров для получения биоразлагаемых упаковочных материалов и возобновляемого сырья для производства экологически чистой энергии; созда-ния малоотходных технологий кондиционировании соков, вина и молочной продукции. Разработка и совершенствование таких технологических решений требует углубления знаний о физико-химических аспектах функционирования ионообменных мембран и поиска общих закономерностей транспорта амфоли-тов в мембранных системах и процессах их старения - эволюции физико-химических характеристик ионообменных материалов в процессе их эксплуатации. Целью данной работы является исследование эволюции физико-химических характеристик ионообменных смол и изготовленных из них мембран в процессах переработки амфолит-содержащих модельных растворов и виноматериалов. 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 1.1 Ионообменные смолы Ионообменные смолы или иониты представляют собой вещества, способные поглощать из растворов ионы в обмен на эквивалентное количество других ионов того же знака заряда. В настоящее время производство ионообменных материалов превратилось в многотоннажное, а ионообменные технологии заняли ведущее место во многих производствах, успешно дополнив такие процессы, как дистилляция, адсорбция, фильтрация и др. Обычные химические схемы использования зернистых ионитов предусматривают периодическое восстановление смол путем обработки их растворами солей, кислот или щелочей. Если ионит вначале заряжен только противоионами А , а раствор содержит ионы В и Y--, то при погружении ионита в раствор начнется реакция (I.1). В случае катионообменной смолы КУ-2 эту матрицу затем сульфируют, а для получения анионообменной смолы (АВ-17, АВ-17П) - аминируют (рисунок 1). Каждое зерно готового продукта представляет собой одну гигантскую молекулу. Н.М. Смирнова и Б.Н. Ласкорин, проанализировав концентрационные зависимости электрического сопротивления мембран МАК-В с четвертичными аммониевыми основаниями и мембран МАК, содержащих вторичные и третичные аминогруппы, пришли к выводу, что сопротивление слабоосновных мембран МАК в (гидро)карбонатных растворах значительно выше, чем у сильноосновных [33] Заметим, что известно лишь ограниченное количество работ, посвящённых изучению электропроводности мембран в растворах амфолитов.