Связаться с нами info@bcmst.ru
Слабокислые катионообменные смолы содержат карбоксилы в качестве обменных групп. Есть два типа таких смол – на основе акрилата и на основе метакрилата. Акрилаты используются для очистки воды с высоким содержанием карбонатов, метакрилаты – для очистки антибиотиков и аминокислот.
Слабокислые ионообменные смолы имеют химические структуры, представленные на рисунках ниже. В качестве ионообменной группы используются карбоксильные группы (-COOH). Они проявляют слабую кислотность, как уксусная кислота, и способны вступать в ионный обмен с щелочами типа NaOH или слабокислыми солями, как NaHCO3.
Для создания сорбентов используются два типа полимерных матриц – метакрилат и акрилат. Это обуславливает различие в кислотных свойствах ионообменных групп. Поэтому смолы на основе метакрилата используются при значении pH 5 и выше, а смолы на основе акрилата – при pH 4 и выше. Благодаря подобным ограничениям по области pH, использование смол этого типа ограничено по сравнению с сильнокислыми катионообменниками. Однако, слабые катионообменники проще подвергнуть регенерации.
На основе метакриловой кислоты | На основе акриловой кислоты |
![]() |
![]() |
Так как карбоксильная группа не диссоциирует в кислых растворах, слабокислые смолы не вступают в ионный обмен с с такими солями, как NaCl или Na2SO4, которые образуют сильные минеральные кислоты. Такая реакции (пример 1 ниже) имеет обратный ход. Основания, как NaOH, и слабокислые соли, как NaHCO3, вступают в ионный обмен, как показано в примерах 2 и 3.
・R-COOH + NaCl ← R-COONa + HCl (1)
・R-COOH + NaOH → R-COONa + H2O (2)
・R-COOH + NaHCO3 ⇔ R-COONa + H2O + CO2 (3)
(R – полимерная матрица)
Сила связывания (селективность) различных ионов со слабокислыми катионообменниками в общем случае аналогична сильным катионообменникам. Селективность выше для ионов с большей валентностью. Однако, слабокислые катионообменные смолы имеют сильное сродство к иону водорода. Это означает, что после того, как ион водорода был замещен любым другим катионом, смолу легко регенерировать и вернуть в форму R-COOH, обработав растворами соляной или серной кислоты. Требуемые количества регенерирующего соединения лишь незначительно больше, чем теоретический эквивалент.
Катионообменные смолы на основе акриловой кислоты обладают чуть большей кислотностью и используются для умягчения жесткой воды с высоким содержанием карбонатов.
С другой стороны, смолы на основе метакриловой кислоты имеют чуть менее кислый характер и не часто используются для очистки воды, применяются для очистки аминокислот и антибиотиков.
Недостатком слабокислых смол является быстрое изменение их объема при переходе от водородной формы к форме с иным катионом. Так как при набухании объем может практически удвоиться, необходимы тщательно подготовиться к увеличению давления в колонке, чтобы предотвратить ее разрушение.
Смолы серии DIAION™ WK на основе метакрилата имеют константу диссоциации около 6 и используются в отдельных стадиях очистки органических соединений.
Смола WK10 характеризуется высокой скоростью протекания ионного обмена, в то время как WK11 имеет высокую общую обменную емкость.
WK100 вступает в еще более быстрые реакции ионного обмена, благодаря улучшенной структуре пор. Эта смола обладает также адсорбционной емкостью и применяется для очистки фармацевтических субстанций.
Смола WK40L на основе акриловой кислоты имеет pKa около 5 и имеет более высокую общую обменную емкость по сравнению со смолами на основе метакрилата. Она используется главным образом в удалении карбонатов из воды.
Смола | DIAION™ WK10 | DIAION™ WK11 | DIAION™ WK100 | DIAION™ WT01S | DIAION™ WK40 |
Химическая структура |
![]() |
![]() |
|||
Насыпная плотность (г/л) | 615 | 665 | 670 |
765 |
805 |
Ионообменная емкость (мг-экв./мл) | > 2.5 | > 2.9 | > 2.8 | > 3.0 | > 4.4 |
Содержание воды (%) | 53-59 | 45-52 | 45-55 | 45-55 | 43-50 |
Распределение частиц по размерам > 1180 мкм < 300 мкм |
< 5 % < 1 % |
300 -106 μm > 85 % |
< 10 % < 1 % |
||
Эффективный диаметр частиц (мм) |
> 0.40 |
0.10-0.14 | > 0.40 | ||
Коэффициент однородности |
< 1.6 |
< 1.7 | |||
Максимальная температура (ºC) |
< 150 |
< 120 |