SU659179A1 - Способ ионообменного разделени смесей растворенных веществ - Google Patents

Description

вспомогательный ион. Например, при выделении цези  из смесей с другими щелочными катионами на сульфофенольных катионитах из-за трудностей с подбором вспомогательного иона, обеспечивающего полное вытеснение цези  из ионита, приходитс  осуществл ть вытеснение хлоридом бари  и работать только с разбавленными растворами .

Целью изобретени   вл етс  упрощение процесса разделени  смесей веществ за счет исключени  стадии регенерации и применени  вспомогательных ионов, а также расширение области применени  способа за счет осуществлени  обмена в противотоке и на неподвижном слое.

Поставленна  цель достигаетс  способом, включающем пропускание исходного раствора через полифункциональный ионит, насыщенный раздел емыми ионами полностью или по сильнодиссоциирующим группам при рН раствора, обеспечивающем сорбцию смеси на слабодиссоциирующих группах при получении слабее сорбируемого компонента, и десорбцию смеси из слабодиссоциирующих групп при получении сильнее сорбируемого компонента.

С целью получени  слабее сорбируемого компонента сорбцию ведут при рН И-14 или рН 3-0,1 соответственно на ионите, насыщенном раздел емыми ионами только по сильнокислотным или по сильноосновным группам.

С целью получени  сильнее сорбируемого компонента десорбцию из ионита, полностью насыщенного раздел емыми ионами, ведут при рН 5-1.

Технологи  способа состоит в следующем.

Исходный раствор раздел емой смеси пропускают через полифункциональный ионит, насыщенный раздел емыми ионами полностью или только по сильнодиссоциирующим группам, и величину рН подаваемого в колонну раствора смеси устанавливают таким образом, чтобы при получении слабее сорбируемого компонента смеси осуществл лась сорбци  раздел емых ионов на слабодиссоциирующих группах ионита, а при получении сильнее сорбируемого компонента - десорбци .

В предлагаемом способе дл  проведени  разделени  не требуетс  никаких вспомогательных ионов, кроме ионов Н+ или ОН, примен емых дл  регулировани  величины рН раствора; нет ограничений в концентрации раствора; дл  повторного использовани  ионита не нужна его регенераци .

Скорость накоплени  и производительность определ ютс  разностью

К-1)-(«.-1),

где а - отнощение полной сорбционной емкости ионита (дл  катионитов - при высоких рН, дл  анионитов - при низких рН)

к емкости в нейтральных растворах, когда в обмене не участвуют слабоосновные или слабокислотные группы; ct - однократный коэффициент разделени  при обмене с участием всех групп ионита; az - однократный коэффициент разделени  при обмене на сильнодиссоциирующих группах. Как правило , «1 и «2 различаютс . Если , , то при одинаковых потоках и составах смеси производительность в иредложенном способе будет выше, чем в известном способе с обращением потока. Видно также, что при «1, отличном от единицы, различи  в « и «2 перестают быть об зательным

условием, определ ющим возможность разделени  и скорость накоплени . Основными  вл ютс  величины а и . Если величины а и «1 отличаютс  от единицы, то разделение будет происходить и при ,2.

На фиг. 1 показаны схемы разделени  смесей веществ, по которым осуществл ют предложенный способ при противотоке фаз (а, б); на фиг. 2 - кривые зависимости коэффициента обогащени  рубидием

Rb

Rb

5нь ,, Ccs

Cs

от рассто ни  вдоль противоточной колонны , Z, дл  различных времен работы колонны при выделении рубиди  из смеси с цезием на катионите КУ-1 (рассто ние от низа колонны, см); на фиг. 3 - выходные кривые, полученные при пропускании смеси хлоридов и щелочей цези  и рубиди  через колонну с неподвижным слоем катионита КУ-1, насыщенного этими ионами по сульфогруппам (а, б, в). На чертежах даны обозначени : секции 1 и 2 противоточной колонны, в которых поддерживаютс  различающиес  значени  рН раствора; «) и «2 - равновесные однократные коэффициенты разделени ; L и S - потоки раздел емой смеси, т. е. количество эквивалентной смеси , проход щей в единицу времени через соответствующую секцию колонны с раствором и ионитом соответственно, v - объем прошедщего раствора, Сон-и Сме - концентрации ОН и раздел емых катионов в фракци х выход щего раствора; 5cs -коэффициент обогащени  рубидием.

Пусть услови  в секци х варьируютс  таким образом, чтобы

S, гг aS,.(2)

Например, в колонну сверху подаетс  сульфофенольный катионит, насыщенный по сульфогруппам, а снизу - щелочной раствор раздел емых ионов. В таком случае . При взаимодействии в динамических

услови х щелочного раствора с ионитом, насыщенным по сульфогруппам, образуетс  резка  граница между зонами со щелочным и нейтральным растворами. Дл  того, чтобы она была неподвижной относительно

стенок колонны, надо, чтобы количество щелочи , подаваемой в единицу времени с раствором щел, равн лось дополнительной сорбционной способности подаваемого за то же врем  ионита, т. е. (а-1) Участки колонны ниже и выше границы соответствуют секци м 1 и 2 на фиг. ,а. Дл  того, чтобы в колонне происходило накопление одного из компонентов смеси (например, слабее сорбируемого), необходимо , чтобы на каждом конце колонны выход щий поток этого компонента был меньше поступающего (или должно выполн тьс  обратное соотношение дл  потоков сильнее сорбируемого компонента), т. е. и 5,Л,Л,й, Л L, 1S, Удобно выразить Lg и Si через поступа-и 52. Условие ющие в колонну потоки LI сохранени  веществ дает Z.2 ГГ7 Z,, -. (5j - з) Z, - (а-1)5,. (5) Из выражений (3), (4) и (5) получают величину интервала соотношений потоков, в котором возможно накопление слабее сорбируемого компонента + («-) наличии межфазового равновеси  на концах колонны дл  линейной изотермы из выражени  (6) получают + («-) При интервал увеличен по сравнению с интервалом, определ емым соотношением (1). В приведенном выше примере с сульфофенольным катионитом нужную величину соотношений потоков (при заданной величине 52) создают путем добавлени  к раствору щелочей такого количества солей, чтобы При получении сильнее сорбируемого компонента смеси в колонну подают ионит, полностью насыщенный раздел емыми ионами, и раствор раздел емой смеси с таким значением рН, чтобы обеспечить вытеснение раздел емых ионов из слабодиссоциирующих обменных групп ионита. Схема такого процесса показана на фиг. 1,6. Дл  этого случа  интервал соотношений, поступающих в колонну потоков, при котором возможно разделение, будет определ тьс  неравенствами а. .. LI ,а - 1 - Г 1 а Например, при разделении катионов в колонну противотоком подают полифункциональный катионит, приведенный в равновесие со щелочным раствором раздел емой смеси, и подкисленный раствор солей раздел емых ионов. Секци м 1 и 2 схемы (фиг. 1,6) соответствуют участки колонны, расположенные выше и ниже границы между зонами с кислым и щелочным растворами . Соотношение потоков в этом случае регулируют путем изменени  концентрации кислоты в подаваемом растворе. Процесс разделени  можно осуществл ть и на неподвижном слое ионита. Дл  этого через колонну с полифункциональным ионитом , обработанным раздел емой смесью при низких или высоких значени х рН, пропускают раствор раздел емой смеси, величину рН которого подбирают таким образом, чтобы при получении слабее сорбируемого компонента происходила сорбци  на слабокислотных и слабоосновных группах, а при получении сильнее сорбируемого компонента - вытеснение раздел емых ионов из этих групп. Пример 1. Выделение рубиди  из смеси с цезием. Используют противоточную колонну диаметром 25 мм и высотой 200 см, в которой сульфофенольный ионит КУ-1 (зернением 0,08-0,25 мм), сульфогруппы которого насыщены ионами Cs+ и Rb+, движетс  сверху вниз под действием силы т жести навстречу потоку раствора эквинормальной смеси солей и щелочей Cs и Rb с общей концентрацией нитратов 0,207 н. и щелочей 0,316 н. Ионит перед опытом насыщают 0,207 н. раствором нитратов рубиди  и цези  (I : 1). Дл  обмена из нитратов ,б, дл  обмена из щелочей ai l,9. Отнощение емкостей ионита КУ-1 дл  обмена из щелочных и нейтральных растворов использованных концентраций ,9. При скорости подачи раствора 70 мл/ч и ионита 22 мл/ч в средней части колонны образуетс  стационарна  граница между зонами со щелочным (низ колонны) и нейтральными растворами. В районе этой границы происходит увеличение концентрации рубиди  и уменьшение концентрации цези . Через некоторое врем  зона, обогащенна  рубидием, зан ла всю нижнюю часть колонны . Концентраци  рубиди  в ней 0,46 н., концентраци  цези  менее 0,01 н. (см. фиг. 2). Пример 2. Выделение цези  из смеси с рубидием. Используют противоточную колонну диаметром 25 мм и высотой 200 см с поочеред ным движением раствора через плотный слой ионита и перемещением ионита при временном прекращении подачи раствора. В колонну подают ионит КУ-1, приведенный в равновесие, с раствором, используемым дл  разделени  в примере 1, и 0,206 н. раствор смеси нитратов рубиди  и цези  (I : 1), содержащий уксусную кислоту {с 2,3 и.). Средние скорости движени  раствора 430 мл/ч, иоинта 135 мл/ч.

В средней части колонны образуетс  стационарна  переходна  зона от кислого к щелочному раствору. В этой зоне происходит увеличение концентрации цези . Через 21 ч работы достигаетс  коэффициент обогащени 

400.

CCs

«Rb // СКЬ /исх

При этом концентраци  цези  в отбираемом очищенном растворе 0,221 н. Выход щий из колонны ионит содержит раздел емые ионы только в сульфогруппах и может быть сразу же использован дл  выделени  рубиди .

Пример 3. Выделение рубиди  из смеси с цезием.

Используют колонну диаметром 10 мм и высотой 70 см с неподвижным слоем сульфофенольного катионита КУ-1 (зернение 0,08-0,25 мм). Обменна  емкость ионита в колонне по сульфогруппам 39 мг-экв. Перед опытом ионит в колонне привод т в равновесие с 0,207 н. раствором смеси нитратов цези  и рубиди  (I : 1).

Через подготовленную таким образом колонну с ионитом, насыщенным ионами цези  и рубиди  только по сульфогруппам, пропускают со скоростью 1 мл/мин раствор смеси солей и щелочей раздел емых элементов (ccs:cRb l); концентраци  ионов ОН- 0,315 н., суммарна  концентраци  катионов 0,522 н. Максимальное обогащение

рубидием получено в пробах, соответствующих середине сорбционного фронта (переходной зоны между нейтральным и щелочным раствором) (см. фиг. 3).

Пример 4. Выделение цези  из смеси с рубидием.

Используют колонну с ионитом КУ-1 после опыта по выделению рубиди  в примере 3. Через колонну со скоростью 1 мл/мин пропускают 0,086 н. раствор смеси нитратов цези  и рубиди  (1 : 1), содержащий уксусную кислоту (с 0,83 н.). Максимальный коэффициент обогащени  цезием

(( -29.

КЬ КЬ /исх

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет проводить выделение и концентрирование как сильнее, так и слабее сорбируемого компонента смеси. При этом не

требуетс  никаких вспомогательных ионов кроме Н+ и ОН-, примен емых дл  регулировани  величины рН растворов; дл  разделени  можно использовать растворы любых концентраций; дл  повторного использовани  ионита не нужна его регенераци .

Claims (3)

1.Способ ионообменного разделени  смесей растворенных веществ, включающий

пропускание исходного раствора через полифункциональный ионит, отличающийс   тем, что, с целью упрощени  процесса путем исключени  стадии регенерации и применени  вспомогательных ионов, а также расширени  области применени  способа путем осуществлени  обмена в противотоке и на неподвижном слое, раствор пропускают через полифункциональный ионит, насыщенный раздел емыми ионами полностью или по сильнодиссоциирующим группам при рН раствора, обеспечивающем сорбцию смеси на слабодиссоциирующих группах при получении слабее сорбируемого компонента, и десорбцию смеси из слабодиссоциирующих групп при получении сильнее сорбируемого компонента.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью получени  слабее сорбируемого компонента, сорбцию ведут при рН

11 -14 или рН 3-0,1 соответственно на ионите, насыщенном раздел емыми ионами только по сильнокислотным или по сильноосновным группам.

3.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью получени  сильнее сорбируемого компонента, десорбцию ведут при рН 5-1 из ионита, сильнокислотные или сильноосновные группы которого полностью насыщены раздел емыми ионами.

1,1

2. «2

10 V

S84

97ч

1&9Ч

/7(7

8S qbuE.Z

ОН 0.30

0.15

НО

60

0,

0,2.

..-Л

120

360

мл иг.З