Определение характеристик различных ионообменных смол при извлечении солей жёсткости из водных сред

Вахрушев Евгений Витальевич*
Тябаев Андрей Евгеньевич**
и др.

Одними из наиболее серьёзных загрязнителей присутствующих в гидросфере Земли являются химические примеси [1, с. 3; 2, с. 666; 3, с. 30]. Среди химических загрязнителей в водной среде особое место занимают соли жёсткости, которые часто встречаются в подземных водах. [4, с. 284]. Для удаления солей жёсткости из воды используют различные способы очистки, такие как: реагентный метод, сорбция, мембранная очистка, ионный обмен и т. д. [5, с. 67; 6, с. 32; 7, с. 188]. Наиболее распространённым и применимым в различных условиях методом по извлечению солей жёсткости из воды является ионообменный способ очистки. [8, с. 141; 9, с. 289]. В процессах водоочистки, как правило, используют ионообменные смолы, которых присутствует огромное количество на водоочистном рынке. В связи с этим, представляет определённую необходимость работа по определению сравнительных характеристик известных ионообменных смол по извлечению солей жёсткости из водных сред.

Целью исследования является определение у различных образцов ионообменных смол эффективности извлечения солей жёсткости из водного раствора.

Объектами исследования в работе являлись образцы ионообменных смол различных производителей:

- № 1 – катионит ТОКЕМ-100 (ТУ 2227-023-72285630-2011) – высокоёмкий сильнокислотный сорбент имеющий гелевую структуру;

- № 2 – Lewatit NM 60 представляет смесь сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита в соотношении 1:1 по емкости. Имеет высокую степень регенерации и низкий уровень выделения общего органического углерода;

- № 3 –Аквафор Юник Эко 10 (смесь специально подобранных ионообменных и инертных материалов, скомпонованных в определенных соотношениях в единую фильтрующую среду).

Степень извлечения солей жёсткости из модельного раствора при использовании исследуемых образцов ионообменных смол определяли в условиях статики, при перемешивании на магнитной мешалке. Исследуемый образец в количестве 5 г помещался в стеклянный стакан, куда затем заливали 500 см³ водопроводной воды (отобрана г. Томск, Россия). Стакан с содержимым ставили на магнитную мешалку и проводили процесс перемешивания (ионообменный процесс) при различном времени контакта материала и раствора: 1; 5; 15; 30; 60 и 150 минут. Концентрация солей жёсткости в водопроводной воде составляла 3,51 мг-экв/дм³, при pH водной среды равной 7(ПДК = 7 мг-экв/дм³). После проведения ионообменного процесса раствор отделяли от материала на бумажном фильтре «синяя лента». Начальные и конечные концентрации солей жёсткости в исходном растворе и фильтратах определяли титриметрическим методом.

На рисунке представлены сравнительные ионообменные свойства исследуемых образцов ионообменных смол при извлечении из водопроводной воды солей жёсткости в условиях статики.

Рис 1. Извлечение солей жёсткости из водопроводной воды.

На рисунке видно, что при длительном времени контакта (с 60 минут процесса) все исследуемые образцы показывают одинаковые свойства при извлечении солей жёсткости из раствора. При малом времени ионообменного процесса наиболее лучшие свойства видны у образцов № 1 и № 3.

В процессе проведённой работы были исследованы различные образцы ионообменных смол на эффективность извлечения солей жёсткости из воды. В статических условиях, при большом времени процесса свойства у всех образцов одинаковые. При малом времени процесса лучшие свойства при очистке воды от солей жёсткости показали образцы ионообменных смол катионит ТОКЕМ-100 и Аквафор Юник Эко 10.

Список литературы:

1. Мартемьянова И. В., Мосолков А. Ю., Плотников Е. В., Воронова О. А., Журавков С. П., Мартемьянов Д. В., Короткова Е. И. Исследование свойств наноструктурного адсорбента// Мир науки. – 2015. Выпуск 2. С. 1-10.

2. Мартемьянов Д. В., Галанов А. И., Юрмазова Т. А. Определение сорбционных характеристик различных минералов при извлечении ионов As⁵⁺, Cr⁶⁺, Ni²⁺ из водных сред // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8 (часть 3). – С. 666-670.

3. Мартемьянов Д. В., Галанов А. И., Юрмазова Т. А., Короткова Е. И., Плотников Е. В. Сорбция ионов As³⁺, As⁵⁺ из водных растворов на вермикулитобетоне и газобетоне модифицированных оксогидроксидом железа // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. – 2014. – Том 57. Вып. 11. – С. 30-33.

4. Клячкова В. А., Апельцина И. Э. Очистка природных вод. – М.: Стройиздат, 1971. – 579 с.

5. Сухарев Ю. И., Черногорова А. Е., Кувыкина Е. А. Особенности структуры и сорбционно-обменные свойства глауконита Багарякского месторождения // Известия Челябинского научного центра УрОРАН. – 1999. – №3. – С. 64-69.

6. Мартемьянов Д. В., Мухортов Д. Н., Сапрыкин Ф. Е. Исследование свойств сорбента глауконит гранулированный // Сборник статей Международной научно-практической конференции Инновационные процессы в научной среде. – Уфа, 2015. – С. 31-33.

7. Зарубин В. В., Мартемьянов Д. В., Мартемьянова И. В., Рыков А. В. Исследование сорбционных свойств синтетического адсорбента в процессах водоочистки // Материалы XXI всероссийской научно-технической конференции Энергетика: Эффективность, надежность, безопасность. – Томск, 2015. – 2 Т. – С. 187-189.

8. Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка. – М.: МГУ, 1996. – 680 с.

9. Сыромотина Е. С., Мартемьянов Д. В., Казанцев С. О., Мартемьянова И. В. Сравнение ионообменных характеристик природных и синтетических цеолитов // Материалы XXI всероссийской научно-технической конференции Энергетика: Эффективность, надежность, безопасность. – Томск, 2015. – 2 Т. – С. 287-290.