Физико-химические основы ионного обмена

Эквивалентность заключается в том, что обмен ионов между раствором и ионитом происходит в эквивалентных соотношениях так, чтобы соблюдался принцип электронейтральности раствора. Однако следует отметить, что суммарное количество ионов в растворе может меняться после ионирования вследствие протекания вторичных реакций (нейтрализации, образования малодиссоциируемых соединений). Если вода щелочная, то выделяющийся водород вступает во взаимодействие с ионами ОН ^– и образует малодиссоциируемое соединение – воду, при этом количество ионов в растворе уменьшается.

Обратимость процесса позволяет экономно использовать ионит в технологических схемах. Преимущественное направление реакции обмена определяется согласно закону действующих веществ. При истощении ионита можно, повысив в растворе концентрацию первоначальных обменных
ионов, сдвинуть реакцию ионного обмена в направлении восстановления
ионита в исходное состояние, т.е. произвести регенерацию ионита.

Способность ионита к преимущественной сорбции одних видов ионов перед другими называется селективностью. Причиной, вызывающей селективность, является различие энергий притяжения различных ионов твердой фазой, обусловленной значениями радиусов сорбируемых ионов и их зарядов. При увеличении заряда иона (т.е. при повышении его валентности) увеличивается энергия притяжения его по закону Кулона противоположно заряженной твердой фазой. Поэтому с повышением валентности ионов селективность их сорбции ионитом возрастает. Соответственно: двухвалентные ионы сорбируются лучше чем одновалентные, а трехвалентные поглощаются лучше двухвалентных.

Установлены ряды селективности для катионов и анионов, в которых каждый последующий ион сорбируется лучше, чем предыдущий. Например, для сильнокислотного катионита КУ-2 получен следующий ряд: H⁺<Na⁺<NH₄⁺<Mg²⁺<Zn²⁺<Cu²⁺<Ca²⁺<Al³⁺…

Основные катионы природных вод могут быть выделены в следующий ряд селективности:

H⁺<Na⁺<Mg²⁺<Ca²⁺.

Для ионов высокоосновного анионита действует следующий ряд:

ОН ^– <HSiO₃ ^– <HCO₃ ^– < Cl ^– <H₂PO₄ ^– <NO₃ ^– < SO₄^{2 –}.

Основные анионы природных вод характеризуются следующим рядом селективности: