GROSMET LTD Переработка ломов и отходов цветных металлов

 

  Al  ;  Pb  ;  Ni  ;  Cu
 
 Главная
 Лом алюминия
 Лом и изгарь свинца
 Никелевые отходы
 Контакты
 
 

 

 

Рекламный блок:

 

вентиляторы крышные

 

cr2032 батарейка по выгодным ценам

 

 

 

 

 

 

 

Использование полимеров в ионообменниках

 

Полимеры используются не только для изготовления таких изделий, как полиэтиленовые трубы, кухонные скатерти, обувь и т.п., но они также используются в пищевой промышленности. Как?

Источник, найденный детьми Израиля был горьким, потому что вода в нем содержала сульфат магния; он известен под названием эпсомит или горькая соль. Дерево, которое погрузил в воду Моисей, действовало как ионообменник: оно удаляло из воды растворенный в ней сульфат магния и другие соли. Научно неподготовленные люди видят в этом чудо, но, скажите, каким другим образом деревья могут сделать воду в пустыне «сладкой», если не будут действовать как ионообменники? Хотя слишком много магния вредно для растений...

В наше время ионообменники синтезируют из полимеров; их используют для обессоливания морской и соленой воды. Многие ионообменники представляют собой сшитый сополимер стирола с небольшим количеством дивинилбензола, который затем реагирует с соответствующими соединениями, давая либо кислотные, либо основные группы. Полимеры с кислотными группами действуют как катионообмеиники, а с основными — как анионообменники. Кроме сополимеров стирола с дивинил-бензолом могут быть использованы многие другие полимеры, например фенольные смолы, а также целлюлоза и лигнин — основные компоненты древесины. Дерево, использованное Моисеем, содержало кислотные и основные группы, связанные с целлюлозой и лигнином. Кислотные группы способствовали удалению из воды ионов магния — Сульфат магния таким образом обменивается на воду. Чудо?

Современные ионообменники подвергаются регенерации: при добавлении воды реакции протекают справа налево.

Наверняка, Моисей не подвергал регенерации дерево, которое к тому же было совершенно мертвым. В библейские времена никто не заботился о сохранении окружающей среды, срубленные деревья не восстанавливались («...и гора будет твоею, и лес сей; ты расчистишь его, и он будет твой...»; Иисус Навин, 17, 18).

Почему в ионообменниках используются полимеры, а не низкомолекулярные анионы и катионы? Ионообменники должны быть нерастворимы, иначе воду можно было бы выделить в чистом виде только при замораживании или дистилляции, а оба эти процесса очень энергоемки. К тому же эффективный ионообменник должен обладать множеством кислотных и основных групп. Однако и низко- и высокомолекулярные соединения, обладающие такими группами, легко растворяются в воде. Фокус состоит в том, что во избежание растворения полимера в воде макромолекулы сшивают. Такие полимеры в воде набухают, но не растворяются.

Молекулы воды способствуют разделению связанных друг с другом анионов и протонов в молекуле; в результате диссоциации образуется свободный полианион и свободные протоны Н+. Вследствие диссоциации отрицательно заряженные группы располагаются вдоль полимерной цепи. Анионо-обменники диссоциируют соответственно на свободные поликатионы и гидроксильные анионы; их цепи содержат положительно заряженные группы. Заряженные группы в цепи отталкиваются друг от друга, поэтому цепь растягивается, клубки расширяются, и образец набухает. Набухание прекращается, когда возвращающая упругая сила сетки в точности уравновешивает силы, заставляющие цепи растягиваться. Сильное набухание способствует высвобождению дополнительных кислотных или щелочных групп, находившихся ранее внутри клубков и не участвовавших в ионном обмене; таким образом, набухание увеличивает эффективность ионообменника.

Явление набухания сшитого полимера в растворителе не ограничено случаем набухания ионообменных смол в воде. Даже незаряженные полимеры набухают в некоторых неводных растворителях.

Набухание — это общее явление для физически или химически сшитых материалов при условии, если существуют сильные взаимодействия полимер — растворитель, не разрушающие узлы сшивок. Существует сильное протяжение между ароматическими молекулами бензола и ароматическими фенильными группами полистирола. Циклогексан взаимодействует с макромолекулой полистирола слабее, поскольку не является ароматическим; набухание в циклогексане гораздо меньше, чем в бензоле.

Набухшие полимеры часто кажутся «твердыми», хотя иногда содержат более 99 % жидкости. Хорошим примером является желе, которое традиционно приготавливается с использованием желатины (gelatin); ученые называют эти желе гелями (gels). Желатина — это белок, содержащийся в костях или шкурах животных. Однако замечательное свойство желатины связывать воду в сравнении с другими полимерами не так уж удивительно. Акрилонитрил может быть привит к крахмалу и затем частично гидролизован с образованием амидных и карбоксильных групп. Такие полимеры могут связывать воды в 2000 раз больше, чем весят они сами. Так как они умеют так нетерпеливо и жадно глотать воду, они получили ласковое название super-slurper (суперпоглотители). Будущим младенцам повезло: пеленки станут тоньше и будут лучше впитывать влагу. Однако она должна впитываться очень быстро, в противном случае нельзя будет сказать, что ребенок «в брызгозащищенном исполнении». Существует разница между ионообменниками, состоящими из сшитых макромолекул полистирола, и желатиной или привитым крахмалом. Ионообменники состоят из химически сшитых полимеров, между молекулами которых существуют ковалентные связи. Желатина и крахмал — это физически сшитые полимеры. Химические связи гораздо прочнее физических, иначе они не назывались бы химическими. Было бы, однако, ошибочно считать, что физическое сшивание всегда слабее химического.

Прочность связи между двумя цепями зависит не только от прочности единичных связей, но и от числа таких связей на одну цепь. Предположим, цепь состоит из 1000 повторяющихся звеньев. Прочность химической связи составляет обычно около 300 кДж/моль, а физической — 4 кДж/моль. Если две цепи соединены только одной химической связью, то прочность связи между цепями составляет 300 кДж/(моль цепей). Если, с другой стороны, только 10 % звеньев участвуют в образовании физических связей с другой цепью, то общая прочность связей составит 4 кДж/моль-100 звеньев или 400 кДж/(моль цепей). Прочность физической связи между цепями будет тогда гораздо выше, чем химической. Сила в единении даже на молекулярном уровне.

Вернемся, однако, к желатине. Ее получают с помощью частичного гидролиза альфа-аминокислотных цепей коллагена, т. е. частичного расщепления цепи. Коллаген представляет собой тройную спираль, состоящую из двух одинаковых молекул белка и одной слегка отличающейся от них; все три содержат более 1000 альфа-аминокислотных звеньев, например 1052 в так называемой альфа-спирали телячьей кожи. В Соединенных Штатах желатину вырабатывают из свиных шкур, а в Европе — из свежих костей. Процесс изготовления пищевого желатина слегка отличается от производства желатина для фотографии. В Советском Союзе из желатина даже приготовляли искусственную икру, так как настоящая стала редкостью из-за загрязнения рек.

Между белковыми молекулами желатины существует несколько типов взаимодействий: химические связи, такие как дисульфидные мостики; физические водородные связи; ионные связи между группами с противоположными зарядами; диполь-дипольные взаимодействия и так называемые дисперсионные взаимодействия. Все эти связи вносят в связывание макромолекул различные вклады; их можно изменить, вводя различные добавки. Молекулы воды конкурируют с гидроксильными группами при образовании водородных связей, и некоторые водородные связи между цепями разрушаются в присутствии воды. С другой стороны, вода «враждебна» по отношению к метильным группам и заставляет их объединяться вместе; это содействует возникновению «гидрофобных связей» (которые являются энтропийно-управляемыми). Тип и количество различных связей зависят от способа получения самого желатина. Пищевой желатин отличается по свойствам от фотографического, а также от столярного клея (который представляет собой сильно разложившуюся желатину) или желатина, используемого для инкапсулирования фармацевтических препаратов.

Статья подготовлена сайтом www.kazgp.ru

 

 

 

 

 
 
 
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика