катионообменные смолы

КАТИОНООБМЕННЫЕ СМОЛЫ (поликислоты, катиониты)

синтетич. сетчатые полимеры, способные к обмену катионов в водных и водно-орг. растворах электролитов. В полимерной матрице (каркасе) К. с. фиксированы ионогенные группы, способные диссоциировать на полианионы и компенсирующие их заряды подвижные катионы (противоионы), напр. (для одной группы) П—SO₃HDП—SO₃⁻+H⁺, участвующие в ионном обмене с разл. др. катионами. Кислотность смолы определяется хим. строением ионогенных групп, напр.:

(в зависимости от валентности элемента Э=S, P, As, С; X=ОН, Н, R), природой элемента, числом атомов =О у атома Э, а также природой матрицы и сшивающего агента. По кислотности ионогенных групп К. с. подразделяют б. ч. на сильно-, средне- и слабокислотные (кислотность смолы определяют значением pK_а). Смолы первого типа содержат группы SO₃H(pK_а 1–2), второго типа-Р(О)(Х)ОН, где X = Н, OH, R, OR; R-орг. или любая др. группа [pK_а ~ 3-4,5; для Р(О)(OH)₂ pK_а2 ~ 8-10], смолы третьего типа-группы COOH, ArOH, ArSH, Ar(OH)₂, pK_а 5–10. Существуют также бифункц. К. с., содержащие одновременно группы SO₃H и COOH, SO₃H и C₆H₄OH, COOH и C₆H₄OH. Обменная емкость для сильнокислотных К. с, в отличие от слабо- и среднекислотных не зависит От pH раствора. По структуре м. б. микропористыми, или гелевыми, и макропористыми (см. макропористые ионообменные смолы). Методы получения: 1) полимераналогичные превращ. сетчатых сополимеров (гл. обр. стирола с дивинил бензолом), напр., сульфирование, фосфорилирование гидроксилсодержащих сополимеров; 2) сополимеризация или сополиконденсация соответствующих мономеров, напр. поликонденсация сульфокислот с альдегидами, полимеризация фосфорсодержащих мономеров, производных акриловой кислоты с диенами. К. с. — твердые, нерастворимые, ограниченно набухающие продукты; достаточно устойчивы в растворах кислот и щелочей, органических растворителях. Сильные окислители (H₂O₂, K₂Cr₂O₇, HNO₃) разрушают К. с., отщепляя б. ч. ионогенные группы; фосфорсодержащие катиониты более устойчивы, чем сульфокислотные. Термостойкость смолы с группами Р(О)(OH)₂ составляет 150–175 °C, с группами SO₃Н — до 120–150 °C, с группами COOH — 130–160 °C. К. с. поликонденсац. типа менее химически и термически стойки, чем смолы полимеризац. типа. Мех. прочность достаточно высока, особенно у гранулир. и макропористых смол. Избирательность сульфокислотных К. с. уменьшается в ряду ионов К⁺>Na>Li⁺ с увеличением размера гидратир. иона и возрастает в ряду металлов М¹⁺<�М²⁺<�М³⁺. Для фосфорнокислотных и карбоксильных К. с. характерна высокая избирательность по отношению к поливалентным металлам, в т. ч. способным к комплексообразованию, и металлам, дающим оксидные катионы, напр. UO₂²⁺ , VO²⁺. Применяют К. с. при водоподготовке (также и в сочетании с анионообменными смолами), в гидрометаллургии для избирательного извлечения поливалентных металлов, для извлечения из растворов неорг. и орг. веществ основного характера, для селективного выделения ценных, биологически активных веществ из биосырья, как кислотные кат. (напр., при этерификации кислот, гидролизе эфиров) и носители катализаторов, ферментов, комплексонов, для получения гетерог. мембран и др. См. также иониты.

^{Лит.: Самсонов Г. В., Тростянская Е. Б., Елькин Г. Э., Ионный обмен. Л., 1969; Энциклопедия полимеров, т. 1, М., 1972, с. 992-1000; Ионообменные материалы. Каталог. НПО Биохимреактив, М., 1978; Иониты. Каталог, НИИТЭХИМ, Черкассы, 1980; Гребенюк В. Д., Мазо А. А., Обессоливапие воды ионитами, М., 1980.}

_{А. Б. Пашков}