Ионообменная адсорбция

Ионообменная адсорбция протекает только на тех адсорбен­тах, которые являются практически нерастворимыми полиэлек­тролитами. В результате поверхностной диссоциации такого по­лиэлектролита на границе раздела с растворителем образуется двойной электрический слой из собственных ионов (без участия ионов, содержащихся в растворе).

Ионообменной адсорбцией называется процесс эквива­лентного обмена собственных ионов нерастворимого ад­сорбента, посылаемых в раствор, на другие ионы того же знака, находящиеся в растворе.

Адсорбенты, способные к обмену ионов с раствором, называют ионитами. Иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты представляют собой нерастворимые многоос­новные полимерные кислоты, способные к обмену катионов Н⁺. В них катион водорода при адсорбции замещается на катион металла:

Катиониты широко применяются для уменьшения жесткости воды путем связывания катионов кальция и магния, содержа­щихся в природных водах. Перед применением катиониты про­мывают кислотой, переводя их в Н⁺-форму, и только после этого медленно пропускают очищаемую водную систему, из которой катионит адсорбирует катионы металла, например Са²⁺:

Аниониты представляют собой нерастворимые многокислот­ные полимерные основания, способные к обмену анионов:

Перед применением аниониты промывают щелочью, переводя их в ОН- -форму, и после этого используют для очистки водных систем от анионов.

Иониты как адсорбенты имеют определенную емкость, но по­скольку ионообменная адсорбция обратима, катиониты и аниони­ты можно использовать неоднократно. Для этого использованные катиониты обрабатывают кислотой, переводя их в Н⁺-форму, а аниониты - раствором щелочи, переводя в ОН(-)^_-форму.

Ионообменная адсорбция используется в медико-санитарной практике для очистки воды, консервирования крови (удаление катионов Са²⁺), беззондовой диагностики кислотности желу­дочного сока, детоксикации организма при различных отравле­ниях. Ионообменными свойствами обладают ткани растений и животных. Катионообменные свойства биосубстратов опреде­ляются наличием карбоксильных и фосфатных групп, а анионообменные - аминогруппами белков.

В состав почвы входят нерастворимые в воде алюмосиликаты (глины), органические и органоминеральные вещества (гумус), которые проявляют повышенную адсорбционную и катионооб-менную способность. Катионообменные свойства почвы являются причиной удержания в ней катионов К⁺, Mg²⁺, Са²⁺, важных для питания растений. Повышенная кислотность или щелочность почвы уменьшает ее ионообменную емкость относительно полез­ных катионов, и в результате снижается плодородие земли.