Purolite C104C Катионит. Полиакриловая пористая, слабокислотная катионообменная смола, водородная форма

1. Техническая характеристика

1.1. Описание продукта

Пьюролайт С104 представляет собой гелевый полиакриловый слабокислотный катионит. Функциональная группа карбоксильного типа обеспечивает высокую химическую эффективность во многих технологиях. Kатионит Пьюролайт C104 характеризуется хорошей скоростью ионного обмена. Основной областью использования катионита является удаление щелочности и  умягчение воды. Использование Пьюролайт С104    снижает ионную нагрузку на последующий фильтр с сильнокислотным катионитом, объем которого может быть соответственно уменьшен. Так как плотность Пьюролайт С104   меньше, чем плотность обычных сильнокислотных катионитов, он является идеальным материалом для использования в наложенных слоях (типа DOUBLITE) и может быть экономично регенерирован противотоком.

Катионит может быть использован для селективного извлечения переходных металлов из водных растворов. Катионит нерастворим в щелочах, кислотах и во всех обычных органических растворителях. Отличные физико-механические свойства катионита часто позволяют использовать его там, где обычно используются макропористые смолы. Например, Пьюролайт С104   может быть успешно использован при повышенных температурах для обработки сахаров.

Использование слабокислотных катионитов  акрилового типа в специальных процессах, включая обработку сбросных вод с целью уменьшения воздействия их на окружающую среду, в настоящее время постоянно расширяется.

1.2. Типичные физические, химические и рабочие свойства:

Структура полимерной матрицы                          :           Акрил-дивинилбензольный

Внешний вид                                                          :           Непрозрачные сферические частицы

Количество целых частиц,

%, не менее                                                             :           95

Функциональные группы                                      :           R-COOH

Ионная форма (в товарном продукте)                  :           Na⁺

Разброс частиц, мм                                                :           +1,2 <5% - 0,42

Содержание влаги, форма Н⁺, %                          :           45 – 55

Обратимое набухание при переходе, %               :           H⁺ -> Na⁺                     :           85

                                                                                               H⁺ -> Ca²⁺                               :                20

                                                                                               H⁺ -> Ca²⁺рабочее            :           7

Удельный вес, влажная H⁺-форма,

влажный катионит г/мл                                         :           1,18

Удельный вес, влажная Ca⁺-форма,

влажный катионит г/мл                                         :           1,20

Полная обменная емкость, H⁺-форма                  :          

- влажный катионит, по объему г-экв/л                :           не менее 4,2

- сухой катионит, по весу г-экв/л                          :           не менее 1,20

Максимальная рабочая температура

H⁺-форма, ⁰С, не более                                         :           120

Диапазон pH                                                           :          

- стабильность катионита (H⁺ и Na⁺ форма)      :           0 – 14

- рабочее значение                                                 :           5 - 14

1.3. Стандартные рабочие условия (обессоливание, прямоточная регенерация)

*ОС – объем слоя смолы, м³

1.4. Регенерация

Когда емкость смолы С104 полностью исчерпана на поглощение катионов  жесткости, оптимальным путем проведения регенерации является использование соляной кислоты, которая позволяет избежать выпадения твердых осадков в слое смолы. Однако, если соляной кислоты нет в наличии или же стоимость регенерации высока, можно использовать серную кислоту. Рабочая емкость и качество обработанной воды после регенерации существенно не меняются, если концентрация серной кислоты поддерживается меньше 0,8%. Дополнительно можно использовать «пошаговую» регенерацию. Это позволяет уменьшать объемы используемого регенеранта и соответственно немного снижать расход кислоты на нейтрализацию щелочности используемой в регенерации воды. Максимальная концентрация серной кислоты на «пошаговую» регенерацию составляет 1,5%. Такая высокая концентрация кислоты должна быть использована во второй (заключительной) стадии при пошаговой регенерации. Концентрации,  превышающие 1,5 %, могут быть использованы там, где нагрузка по жесткости (особенно по ионам кальция) невелика.

Перепад давления (падения напора) через слой смолы зависит от распределения по размерам частиц смолы (гранулометрического состава), высоты фильтрующего слоя и объема пустот катионита, а также от скорости и вязкости (а, следовательно, и от температуры) поступающего потока. Любые другие условия, такие как, например, наличие взвешенных частиц в фильтрате, неадекватное уплотнение или нарушение гранулометрического состава (измельчение), неблагоприятно влияющие на приведенные выше параметры, приводят к увеличению перепада давления. Типовые зависимости перепада давления в слое катионита Пьюролайт С104 от скорости потока представлены на рис. 2.

При обратной промывке катионита (взрыхляющей), снизу вверх, должно быть обеспечено расширение слоя смолы приблизительно на 50—75% с целью удаления задержанных не- растворимых частиц, пузырьков воздуха и уплотнений, а также для максимально возможной отмывки от ионитовой мелочи с целью уменьшения гидродинамического сопротивления потоку. Взрыхляющая промывка должна проводиться с постепенным увеличением расхода воды для предотвращения выноса рабочих фракций катионита в начале отмывки.

Расширение слоя увеличивается с увеличением скорости потока и уменьшается с увеличением  температуры, как показано на рис. 1 (для исчерпанной  Ca²⁺/Mg²⁺ формы). Расширение слоя смолы в H⁺-форме в общем случае выше на 10 - 15% для данного расхода, а для смолы в более набухшей Na⁺ форме требуется увеличение скорости потока на 50% для достижения схожего расширения слоя. Должны быть приняты меры предосторожности во избежание потери катионита в связи с избыточным расширением слоя.

Использование слабокислотных акриловых смол заметно отличается от использования сильнокислотных катионитов, которые обладают практически постоянной емкостью по об- мену катионов в широком интервале pH. Рабочий диапазон pH слабокислотных катионитов  ограничен, в отличие от сильнокислотных катионитов. Слабокислотным катионитам необ- ходимы более низкие удельные расходы регенерантов. Количества кислоты, необходимые для регенерации сильнокислотных катионитов до H⁺- формы, достаточно велики, особенно, когда катиониты сорбируют поливалентные ионы, обладающие высокими степенями сродства. В свою очередь, карбоксильные группы почти полностью деионизированы в слабокислых или нейтральных растворах. В чистой воде товарная монофункциональная смола Пьюролайт  С104 содержит менее сотой доли ионизированных карбоксильных групп, которые дают гидратированный протон. В то же время  кати- онит Пьюролайт С104 при определенных условиях проявляет очень высокую селективность к поливалентным ионам и ведет себя как  хелатная смола по отношению к таким катионам как Fe⁺⁺⁺, UO₂⁺⁺ или Cu⁺⁺, катионит может быть легко регенерирован количеством кислоты близким к стехиометрии с получением концентрированного элюата, благодаря высокой эффективности химической регенерации.

Подобные слабокислотные катиониты нашли широкое применение в удалении органических кислот из сахарных сиропов, а также для удаления минеральных кислот на первой (катионной) ступени ступенчатой деминерализации. Хорошо известно, что использование подобных смол уменьшает соответственную ионную нагрузку на последующий слой высокоосновной анионообменной смолы и, следовательно, позволяет получать воду более высокого качества без увеличения расхода регенеранта. Менее известно то, что подобные смолы могут уменьшать нагрузку на соответствующие сильнокислотные катиониты в многослойных фильтрах, так как многие источники для  питьевой воды содержат достаточное количество поливалентных ионов, часто ассо- циированных с бикарбонатной щелочностью.

В водородной форме Пьюролайт С 104 устраняет все ионы жесткости (M), связанные бикарбонатом  по реакции:

2RCOOH + M(HCO₃)₂ → RCOO – M – OOCR + H₂CO₃

2H₂CO₃