» » Возможности применения ионитовых мембран
01.06.2015

В последнее время начали использовать иониты не только в виде зерен или гранул, но и в форме так называемых мембран. Поскольку ионитовые смоляные мембраны, будучи внедрены в промышленную практику, могут сыграть существенную роль в гидрометаллургии, перспективам применения их необходимо уделить некоторое внимание.
Ионитовые мембраны представляют собой пленки или пластины из ионообменных смол. Такие мембраны могут быть приготовлены из ионита в процессе его синтеза — так называемые гомогенные мембраны, и прессованием или вальцеванием порошка ионообменной смолы с тонкоизмельченными термопластичными полимерами (полистиролом, полиэтиленом, полихлорвинилом и др.) — так называемые гетерогенные мембраны.
О.Н. Григоровым с сотрудниками предложена оригинальная методика изготовления ионитовых мембран смешением ионита в набухшем состоянии с портланд-цементом. Эластичные и прочные технические ионитовые мембраны получены в Московском химико-технологическом институте им. Д.И. Менделеева на основе каучуков и отечественных ионитов. Гетерогенные ионитовые мембраны изготовляются также в Московском институте пластмасс с применением в качестве связующих материалов поливинилацеталей, полиэтилена, полихлорвинила и др.
Ионитовые мембраны отличаются высокой электрохимической активностью; они проницаемы для ионов только одного знака заряда — катионитовые для катионов, анионитовые для анионов. Числа переноса через технические ионитовые мембраны для одновалентных ионов в зависимости от концентрации электролита составляют 0,8—0,97; удельное сопротивление различных ионитовых мембран колеблется в пределах 50—2000 ом/см2; коэффициент протекаемости воды не превышает 5*10в-4 мл в час на 1 см2 при давлении 1 см вод. ст.
Гетерогенные ионитовые мембраны находят широкое применение в качестве диафрагм для электродиализных установок, причем в электродиализаторах с ионитовыми мембранами перенос воды и ионов одного знака заряда с зарядом ионогенных групп мембраны ничтожно мал. Электродиализная ячейка может иметь одну, две и большее число мембран. Одномембранная ячейка позволяет получать свободную кислоту или щелочь из соответствующей соли. Для получения свободной кислоты применяют ячейку с катионитовой мембраной; при приложении разности потенциалов на аноде выделяется кислород, на катоде — водород, катионы соли мигрируют из анодного пространства в катодное, а в анодном пространстве образуется чистая кислота. Аналогичным способом в ячейке с анионообменной мембраной можно по лучить чистое основание. Осуществление электролиза солевого раствора в трехкамерной ячейке с катионитовой и анионитовой мембранами приводит к полному удалению ионов из средней камеры; при этом в катодной камере образуется щелочь, а в анодной — кислота. Наиболее выгодны для этой цели многокамерные ячейки, в которых катионитовые и анионитовые мембраны чередуются последовательно. Ячейка такого типа может содержать до нескольких десятков камер, обслуживаемых одной парой электродов. Схематически многокамерная ячейка может быть записана в виде следующего ряда:
Возможности применения ионитовых мембран

где нечетными числами обозначены анионитовые мембраны, а четными — катионитовые. При электролизе в камерах, а, b, g и т. д. происходит обессоливание, а в камерах б, г и т. д. — концентрирование солевого раствора. Многокамерные установки могут работать как с периодическим заполнением и выпуском растворов, так и с непрерывным потоком электролита через обессоливающие и рассольные камеры.
За рубежом опубликовано большое число работ по применению ионитовых мембран для электролитического обессоливания вод. В России разработкой электроионитового метода обессоливания вод успешно занимается институт ВОДГЕО, где сконструирована и испытана многокамерная установка проточного типа с отечественными мембранами.
Применение многокамерных установок с селективными ионитовыми мембранами дает возможность достигнуть 90% выхода по току. Но, тем не менее, этот метод может быть рентабельным только для неглубокого обессоливания, поскольку при низком содержании соли сопротивление раствора прохождению тока сильно увеличивается. Соответственно наиболее перспективным представляется осуществление двухступенчатого процесса: удаление основного количества солей электрохимически и последующая глубокая деминерализация на ионитовых фильтрах. Именно в виде двухстадийной схемы, сочетающей электродиализ с поглощением в ионитных колонках, предложен метод концентрирования радиоактивных составляющих отходящих вод.
С помощью ионитовых мембран можно эффективно разделять ионы, используя различие в их подвижностях, в литературе описаны методы разделения натрия и калия, лития и натрия, натрия, калия, лития, а также кальция и магния. Предложен метод разделения катионов разной валентности с помощью катионитовой мембраны, основанный на существенном различии в подвижностях катионов с разной величиной заряда. Кроме этого, предложен ряд других применений ионитовых мембран. К ним относятся, например. выделение железа из концентрированных кислот и очистка растворов от травления металлов. В.А. Клячко применил трехкамерную ячейку с анионитовыми мембранами для разделения натрия и аниона фосфорной кислоты; этим же приемом, варьируя pH раствора в средней камере, удалось разделить молибден и вольфрам. Им же разработан метод регенерации кислоты из растворов от травления с помощью двухкамерной ячейки с катионитовой мембраной: миграция катионов из анодного пространства обеспечивает получение достаточно концентрированной очищенной серной кислоты.
Электродиализ с применением ионообменных мембран может быть использован в производстве хлора и каустической соды, для концентрирования различных растворов и т. д. Перечень подобных применений ионитовых мембран можно было бы значительно умножить, но и сказанного выше достаточно, чтобы привлечь внимание к ионитовым мембранам, промышленное использование которых сейчас только еще начинается.
Остается отметить, что ионитовые мембраны могут быть применены в качестве мембранных электродов, обратимых по отношению к определенному виду ионов. Ряд исследователей излагает методику изготовления мембранных электродов и освещает вопросы применения их для потенциометрического определения активности в растворах электролитов. Установлено, что ионитовые мембранные электроды могут быть применены в широком интервале концентраций кислот как водородные и в растворах солей как натриевые, калиевые, литиевые, кальциевые, хлорные, сульфатные и другие. Избирательность таких мембранных электродов определяется свойствами ионита, из которого они изготовлены.