Слабая катионообменная смола Diaion WK40
Слабокислые катионообменные смолы содержат карбоксилы в качестве обменных групп. Есть два типа таких смол - на основе акрилата и на основе метакрилата. Акрилаты используются для очистки воды с высоким содержанием карбонатов, метакрилаты - для очистки антибиотков и аминокислот.
Слабокислые ионообменные смолы имеют химические структуры, представленные на рисунках ниже. В качестве ионообменной группы используются карбоксильные группы (-COOH). Они проявляют слабую кислотность, как уксусная кислота, и способны вступать в ионный обмен с щелочами типа NaOH или слабокислыми солями, как NaHCO3.
Для создания сорбентов используются два типа полимерных матриц - метакрилат и акрилат. Это обуславливает различие в кислотных свойствах ионообменных групп. Поэтому смолы на основе метакрилата используются при значении pH 5 и выше, а смолы на ооснве акрилсата - при pH 4 и выше. Благодаря подобным ограничениям по области pH, использование смол этого типа ограничено по сравнению с сильнокислыми катонообменниками. Однако, слабые катионообменники проще подвергнуть регенерации.
Химические структуры слабокислых катионообменных смол
На основе метакриловой кислоты На основе акриловой кислоты
Характеристики слабокислых катионообменных смол DIAION
Так как карбоксильная группа не диссоциирует в кислых растворах, слабокислые смолы не вступают в ионный обмен с с такими солями, как NaCl или Na2SO4, которые образуют сильные минеральные кислоты. Такая реакции (пример 1 ниже) имеет обратный ход. Основания, как NaOH, и слабокислые соли, как NaHCO3, вступают в ионный обмен, как показано в примерах 2 и 3.
?R-COOH + NaCl??R-COONa + H2O?(2)
?R-COOH + NaHCO3?? R-COONa + H2O + CO2?(3)
(R - полимерная матрица)
Сила связывания (селективность) различных ионов со слабокислыми катионообменниками в общем случае аналогична сильным катионообменникам. Селективность выше для ионов с большей валентностью. Однако, слабокислые катионообменные смолы имеют сильное сродство к иону водорода. Это означает, что после того, как ион водорода был замещен любым другим катионом, смолу легко регенерировать и вернуть в форму R-COOH, обработав растворами соляной или серной кислоты. Требуемые количества регенерирующего соединения лишь незначительно больше, чем теоретический эквивалент.
Катионообменные смолы на основе акриловой кислоты обладают чуть большей кислотностью и используются для умягчения жесткой воды с высоким содержанием карбонатов.
С другой стороны, смолы на основе метакриловой кислоты имеют чуть менее кислый характер и не часто используются для очистки воды, применяются для очистки аминокислот и антибиотиков.
Недостатком слабокислых смол является быстрое изменение их объема при переходе от водородной формы к форме с иным катионом. Так как при набухании объем может практически удвоиться, необходимы тщательно подготовиться к увеличению давления в колонке, чтобы предотвратить ее разрушение.
Доступны следующие слабокислые катионообменные смолы:
?Смолы серии DIAION™ WK на основе метакрилатаСмолы серии DIAION™ WK на основе метакрилата имеют константу диссоциации около 6 и используются в отдельных стадиях очистки органических соединений.
Смола WK10 характеризуется высокой скоростью протекания ионного обмена, в то время как WK11 имеет высокую общую обменную емкость.
WK100 вступает в еще более быстрые реакции ионного обмена, благодаря улучшенной структуре пор. Эта смола обладает также адсорбционной емкостью и применяется для очистки фармацевтических субстанций.
?Смолы серии DIAION™ WK40L на основе акрилата
Смола WK40L на основе акриловой кислоты имеет pKa около 5 и имеет более высокую общую обменную емкость по сравнению со смолами на основе метакрилата. Она используется главным образом в удалении карбонатов из воды.
Смола DIAION™WK10 DIAION™WK11 DIAION™WK100 DIAION™WT01S DIAION™WK40 Химическая структура
Насыпная плотность (г/л) 615 665 670 765
805
Ионообменная емкость (мг-экв./мл) > 2.5 > 2.9 > 2.8 > 3.0 > 4.4 Содержание воды (%) 53-59 45-52 45-55 45-55 43-50 Распределение частиц по размерам
> 1180 мкм
< 300 мкм
< 5 %
< 1 %
300-106 ?m
> 85 % < 10 %
< 1 % Эффективный диаметр частиц (мм)
> 0.40
0.10-0.14 > 0.40 Коэффициент однородности
< 1.6
< 1.7 Максимальная температура(?C)
< 150
< 120
