І. І. Ванюшін, Акваріум № 3-1994
Властивість деяких смол вибірково обмінюватися іонами з навколишнім середовищем дозволяє використовувати їх у акваріумістики для обессоліванія (пом'якшення) води. Процес цей швидкий і досить простий.
У загальному вигляді він виглядає наступним чином. Вода проходить через першу іонообмінних смол - Катионит і віддає всі іони металів розчинених в ній солей; від смоли ж вона отримує іони водню Н +. Іони водню з кислотними залишками солей утворюють кислоти, і чим жорсткіше вихідна вода, тим вище їх концентрація. В результаті вода на виході буває дуже кислому (рН 2,04,0).
Цю воду пропускають через аніонів, де кислотні залишки обмінюються на гідроксильних групи ОН ", які, з'єднуючись з вивільнилися іонами водню, утворюють звичайну воду (Н + (+) ОН - = Н2О).
Теоретично вода позбавляється всіх солей і стає обессоленной ( "демінералізована"). На ділі ж любитель отримує воду, загальна жорсткість якої 0,1 - 0,2 °, що на порядок нижче, ніж у дистильованій.
Щоб привести іонообмінних смол в робочий стан, її необхідно зарядити. Тут і далі терміни "зарядити", "розрядити" і похідні від них вживаються у тому ж сенсі, як при описі роботи акумуляторних батарей. Подібно до того, як акумулятор у процесі роботи розряджається, смола втрачає свій іонообмінних потенціал, і обидва вони потребують періодичної регенерації (зарядці). Перед зарядкою суху (або вологу, але довго зберігається без води) смолу треба размочіть протягом доби в м'якій воді. При цьому вона помітно збільшує свій об'єм - "разбираться", тому для замочування використовують просторий судину.
Зарядка катіонітів проводиться шляхом повільного процежіванія через смолу 10 - 15% - ного розчину соляної кислоти - НСl (об'єм розчину дорівнює обсягом заряджається смоли) з наступним промиванням обессоленной (дистильованої) водою в п'ятикратному обсязі. Якщо запасів такої води немає, то при першій зарядці можна скористатися і водопровідної, але при цьому смола відразу "вступає в роботу" і втрачає частину отриманого заряду.
Аніонів заряджають 4 - 5% - вим розчином їдкого натрію (NаОН), але для промивки потрібно вже десятикратно об'єм води.
Розчини та промивально вода для повторного застосування не придатні. Для риб не слід використовувати і наступні 4 - 5 обсягів отриманої з іонообменніка обессоленной води, а якої ще є залишки регенераційних розчинів; зате вони цілком придатні для промивки смоли при наступній регенерації. Зберігають воду в закритих судинах.
Як вже говорилося, регенерацію доводиться повторювати після виснаження попереднього заряду. Здавалося б, найбільш простий спосіб визначення цього моменту - облік кількості обессоленной води при відомої робочої ємності (Робоча ємність - кількість води певною мірою мінералізації, яке може бути оброблено смолою використовуваного об'єму.) Колонок: при ізрасходованіі 60 - 70 відсотків робочої ємності вже можна робити перезарядки, так як далі якість одержуваної води починає погіршуватися. Однак катіонів і аніонів мають відмінні питомі робочі ємності і вичерпують свої заряди з різною швидкістю. Тому більш прийнятний окремий облік за катіонітів і аніоніту з індивідуальною регенерацією їх у міру потреби.
Індикатором розрядки смоли служить зміна активної реакції випливає води. Тому на початку роботи треба виміряти рН обессоленной води. Якщо перший виснажується Катионит, рН збільшується, якщо аніонів - знижується.
Показником розрядки деяких типів іонообмінних смол може бути зміна кольору смоли (потемніння або посветленіе) в процессе_работи, що починається з поверхні і розповсюджується вниз по колонці.
Регенерує розчини і вода не повинні протікати через смолу надто швидко, інакше хімічні процеси не встигнуть завершитися і якість їх знизиться. Швидкість реакцій залежить від температури: бажано, щоб регенерує розчини мали температуру близько 50 ° С, промивально і обессоліваемая вода - 20 - 30 ° С.
Зазвичай я використовую дволітровий обсяги смол. У цьому випадку закінчуються струйки обессоленной води повинна бути трохи товщі сірники (1,5 - 3 міліметри в діаметрі). При використанні великих обсягів швидкість струму води можна збільшити.
Робоча ємність якого - або обсягу смоли має пряму залежність від питомої робочої ємності конкретної марки смоли і зворотній - від ступеня мінералізації (жорсткості) оброблюваної води. Розрахунок можна зробити за формулою: Q = 2800 * ((Е * q) / H) де: Q - обсяг зм'якшує води до повної розрядки смоли, літри; Е - питома робоча ємність смоли; q - об'єм використовуваної смоли, літри; Н -- жорсткість води. dGН.
Наприклад, при використанні смоли Ostion КЗ в обсязі 0,5 літра, у якій Е = 1,1, при жорсткості вихідної води 14 ° dGН з одного заряду можна обробити 110 літрів.
Якщо питома робоча ємність наявної у вас смоли невідома, її можна визначити. Для цього кілька мілілітрів попередньо розмоченого катіонітів заливають на одну годину 10 - 15% - вим розчином соляної кислоти в п'ятикратному обсязі, періодично струшуючи (помішуючи), а потім багаторазово промивають обессоленной водою. Далі смолу (1 - 2 мілілітрів) поміщають в півлітрову чистий прозору ємкість. Відміряй потрібну кількість смоли можна за допомогою будьякі хімічної (медичної) мірної посуду або порожній ампули, у якій об'єм розраховується за її геометричним розмірами (при отмеріваніі посудину треба постукувати денце на тверду поверхню, щоб зерна смоли щільно улеглись). Потім смолу заливають 200 мілілітрів 0,1 - нормального розчину хлористого натрію (на 1 літр обессоленной води - 2,4 грама), додають кілька крапель індикатора бромтімолового синього і при постійному помешіваніі титрах 0,1 - нормальним розчином їдкого натрію (4 грама на літр води) до переходу кольору розчину з жовтого на синьо - зелений. Не слід зменшувати пропорції готуються розчинів, так як знижується точність результату.
Таким же чином надходять і з аніонітом з тією лише різницею, що регенерація проводиться 45% - вим розчином їдкого натрію в протягом двох годин, а титруванням - розчином соляної кислоти до переходу кольору розчину з синього на світло - зелений.
Питома робоча ємність розраховується за співвідношенням: Е = 0,1 * (A / B) де: Е - питома робоча ємність; А - кількість витраченого на титруванням розчину, мілілітрів; Б - об'єм досліджуваної смоли, мілілітрів.
Якщо у вас є іонообмінних смол, але невідомо, Катионит вона чи аніонів, то можна з'ясувати і це. Запропонована методика не передбачає високої точності отмеріваній і отвешіваній, тому цілком доступна в домашніх умовах.
Для визначення потрібно наступне:
чотири 10 - міллілітрових ін'єкційних пластикових шприца, чотири медичних затискача (наприклад, від крапельниці) для регулювання швидкості істеканія розчину і чотири тонких пластикових трубки довжиною по 10 сантиметрів, діаметр яких дозволяє щільно насадити їх на носик шприців. Трубки насаджується на шприци, зажими надягають на трубки, а самі шприци, що представляють собою тепер мініатюрні колонки, зміцнюють на чому - небудь у вертикальному положенні (наприклад, за допомогою липкої стрічки на високій банк) і нумерують (від 1 до 4); кілька банок для прийому випливає розчину або промивально води;
добре вимиті пластикові півлітрову судини, ополоснутие спочатку питною водою, а потім кілька разів дистильованою (обессоленной) і висушені на повітрі. Вони призначені для внесення розчинів або води в колонки. Це можуть бути будь-які поліхлорвінілових флакони, фляги і т. д. Для зручності виконання процедури в їх кришках можна зробити отвори і щільно вставити невеликі трубки, щоб зручніше було вливати розчин або воду в колонки;
близько 5 літрів дистильованій (обессоленной) води;
розчин соляної кислоти: 100 мілілітрів 36% - ної НС) влити в 400 мілілітрів дистильованої води (але не навпаки!) розчин їдкого натрію: 40 грамів N301 - 1 розчинити в 460 мілілітрів дистильованої води;
розчин уксуснокіслого амонію: 4 грами МН4 СНзСОО розчинити в 500 мілілітрів дистильованої води;
розчин хлористого натрію: 3 грама МаС1 розчинити в 500 мілілітрів дистильованої води;
индикаторная папір для загального визначення кислоти та лугу.
Після приготування та остигання всі розчини заливають в підготовлені пластикові судини і, щоб уникнути помилок маркують.
Послідовність дій при визначенні така.
П'ять чайних ложок смоли промити до усунення Муті і залишити на добу в дистильованій воді для набухання. Смолу розділити на чотири рівні частини і помістити їх в колонки. Щоб уникнути втрат смоли при роботі з рідинами про колонки знизу і зверху по шматочку вати.
Далі колонки необхідно зарядити. Підставивши під виводять трубки колонок банки, відпустити затискачі і промивати колонки 1 і 3 розчином їдкого натрію, а колонки 2 і 4 - розчином соляної кислоти до тих пір, поки рН записуємо і випливають розчині не виравняется (контролюється за допомогою індикаторної папери). Після цього через колонки пропускають ті ж розчини в десятикратному кількості (тобто на 5 мілілітрів смоли - 50 мілілітрів розчину), відрегулювати затискачі так, щоб розчини витікали повільно, по каплям.Затем колонки промивають дистильованою водою до тих пір, поки випливає вода не дасть нейтральну реакцію.
Підготовлені таким чином колонки 1 і 2 промивають розчином уксуснокіслого амонію. Якщо з колонки 1 випливає лужна рідина, але без запаху нашатирного спирту, а з колонки 2 - кисла рідина з запахом оцту, то випробуваний смола - Катионит. Якщо випливає з колонки 1 лужна рідина має залах нашатирного спирту, а з колонки 2 випливає нейтральна рідина, то це аніонів.
Так як для процесу повного обессоліванія, як правило, використовуються так звані "сильні" смоли, то для уточнення властивостей випробуваному смоли надходять наступним чином.
Через колонки 3 і 4 пропускають розчин хлористого натрію. Якщо при цьому з колонки 3 випливає нейтральна рідина, а з колонки 4 - кисла, то випробуваний смола - сильний Катионит. Якщо з колонки 3 випливає лужна рідина, а з колонки 4 - нейтральна, смола - сильний аніонів. Якщо ж з обох колонок випливає нейтральна рідина, то потрібно додатковий аналіз, для якого одну з колонок (3 або 4) промивають водопровідної водою до повної розрядки (приблизно, 350 мілілітрів води). Потім смолу регенерує 20 - 25 мілілітрів слабкого розчину соляної кислоти (2 мілілітрів 36% - ної кислоти розчиняють у 60 мілілітрів дистильованої води) з наступним промиванням. Через підготовлену смолу повільно пропускають 100 мілілітрів водопровідної води і збирають у чистий посуд. У отриманої рідини вимірюють її карбонатні жорсткість (шляхом титруванням 0,1 - нормальним розчином соляної кислоти на метілоранж). Так само титрах і 100 мілілітрів використаної водопровідної води. Якщо витрата розчину в обох випадках однаковий, смола - слабкий аніонів, якщо ж витрати тітровального розчину в зібраної воді нульовою або малий в порівнянні з водопровідної водою, то смола - слабкий Катионит.