История ионного обмена. Синтез ионитов

История ионного обмена. Синтез ионитов

Отдельную страницу истории ионного обмена хочется посвятить Р. Гансу, который известен как основоположник использования природных и синтетических цеолитов в промышленности.

В первом десятилетии ХХ века многие страны выдали Гансу патенты на производство синтетических цеолитов, умягчение воды и замещение калия в мелассе кальцием для кристаллизации сахара и подобных веществ. Последние две области - единственные, в которых широко использовались силикатные обменники.

Поскольку первые синтетические цеолиты выпустила на рынок фирма "Пермутит" (Великобритания), с лёгкой руки все искусственные силикатные ионообменные материалы окрестили "пермутитами".

Современный этап развития ионообменных материалов принято датировать 1935 г. когда Адамс и Холмс опубликовали первую статью по синтезу органических ионообменных смол на основе полимеров бензола с формальдегидом. Благодаря наличию фенольных гидроксильных групп полученные продукты были катионообменниками слабокислотного типа, т. е. ограниченно реагировали с катионами в нейтральном растворе. Адамс и Холмс синтезировали также анионообменник на основе фенилендиамина и формальдегида, который содержал ароматические аминогруппы и был анионообменником слабоосновного типа.

Хотя ионообменники, полученные Адамсом и Холмсом, не имеют в настоящее время практического применения, работа этих исследователей очень важна, так как она указала путь для синтеза других синтетических ионообменников с лучшими свойствами. Менее чем десятилетие потребовалось для синтеза фенолформальдегидных ионообменников с сульфогруппами, присоединенными к бензольным кольцам или непосредственно, или через метиленовую группу, то есть для создания бифункциональных ионообменников с одной сильнокислотной группой, способной к обмену катионов при низких значениях рН. Вскоре после первой работы Адамса и Холмса были синтезированы анионообменники слабоосновного и сильноосновного типов.

И, наконец, в 1944 году Д'Алелио синтезировал сульфированный сополимер стирола и дивинилбензола - первый монофункциональный сильнокислотный ионообменник, прообраз смол КУ-2-8 (СССР), С-100 (Пьюролайт), IR-120 (Ром энд Хаас), S-100 (Байер) и т.д.

Полученная по данной рецептуре ионообменная смола была настолько удачной, что до сегодняшнего дня стиролдивинилбензольные сильнокислотные катиониты составляют более половины от объёма всех синтезируемых в мире смол и в конечном итоге обусловили широкое применение ионного обмена во всех областях хозяйства.

Преимущества синтетических ионообменников по сравнению с силикатными:

1. синтетические ионообменники обладают большей механической прочностью, поэтому значительно меньше измельчаются при трении и перемешивании
2. синтетические ионообменники можно приготовить в виде шариков одинакового размера, которые оказывают меньшее сопротивление при протекании раствора через них;
3. обладают большей обменной емкостью (в мг-экв/г или мг-экв/мл колоночного объема)
4. обладают значительно большей скоростью обмена;
5. в отличие от силикатных, синтетические ионообменники химически более устойчивы при всех значениях рН
6. свойства ионообменников, такие, как кислотность, основность, степень поперечной сшивки и т.д., могут изменяться в широких пределах и тем самым отвечать различным требованиям.