Экология

Softening waters by ion-exchange method


THE MINISTRY OF HIGHER  AND SECONDARY SPECIAL EDUCATION OF THE REPUBLIC OF
UZBEKISTAN

                  TASHKENT CHEMICOL-TECHNOLOGICAL INSTITUTE

                         « FOREIGN LANGUAGES » CHAIR



                                    [pic]



          THEME:  softening WATERS BY THE METHOD OF IONIC EXCHANGE



WRITTEN BY:        PULATOV H.L.


CHEKED:              MADMUSAEVA L.SH.



                               TASHKENT – 2005

                                  ВВЕДЕНИЕ


                               ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

      Накипь и отложения солей на бытовой технике  (например,  в  чайниках),
белые хлопья в воде, пленка на чае и  т.д.  -  все  это  показатели  жесткой
воды.  Использование  такой  воды  для  хозяйственных  целей  вызывает   ряд
неудобств.  Например,  увеличивается  расход  мыла  при   стирке,   медленно
развариваются мясо и овощи,  уменьшается  срок  службы  бытовой  техники.  В
настоящее время известна взаимосвязь жесткости воды и образования  камней  в
почках. Жесткость питьевой воды по действующим  стандартам  должна  быть  не
выше 7 мг-экв/л, и лишь в особых случаях допускается  до  10  мг-экв/л.  Для
производственных целей использование жесткой воды недопустимо.
      Общая  жесткость  воды  -  это  совокупность  свойств,   обусловленных
содержанием в ней ионов кальция  и  магния.  Если  концентрация  этих  ионов
велика,  то  воду  называют  жесткой,  если  мала  -  мягкой.  При   большом
содержании ионов магния, вода горьковата на вкус  и  оказывает  послабляющее
действие на  кишечник.  Различают  карбонатную  и  некарбонатную  жесткость.
Карбонатная  жесткость  вызвана  присутствием  растворенных  гидрокарбонатов
кальция  Ca(HCO3)2  и  магния  Mg(HCO3)2.   При   кипячении   гидрокарбонаты
разрушаются с образованием осадков малорастворимых  карбонатов  CaCO3,  т.о.
жесткость уменьшается, поэтому  карбонатную  жесткость  называют  временной.
Т.о.,  при  кипячении  ионы  Mg2+  и  Ca2+  осаждаются  в  виде  карбонатов.
Например:  Жесткость,  сохраняющаяся  после   кипячения   воды,   называется
постоянной  или  некарбонатной.  Она  обусловлена   растворенными   в   воде
кальциевыми и магниевыми солями сильных  кислот  (сульфатами  и  хлоридами).
Жесткую воду перед употреблением умягчают.
    . Первый способ - реагентный. Т.е., добавление гашеной  извести  и  соды
      Na2CO3 (известковый способ), добавление полифосфатов.
    .  Второй  способ   -   применение   катионитов,   т.е.,   синтетических
      ионообменных смол (фильтрование).
                             Ионообменные смолы
Это  вещества,  способные  к  ионному  обмену  при  контакте  с   растворами
электролитов.  Ионообменная  очистка  позволяет  извлекать  и  утилизировать
широкий спектр  загрязняющих  веществ:  тяжелые  металлы,  хром,  нитраты  и
нитриты,  ПАВ,  цианистые  соединения,  радиоактивные  вещества,   а   также
умягчает  и  обезжелезивает  воду.  При  этом  достигается  высокая  степень
очистки (до уровня ПДК). Кроме того иониты  используются  для  обессоливания
воды в процессе водоподготовки. Неорганические и органические  иониты  могут
быть  природными  (например:  цеолиты,   целлюлоза,   торф,   древесина)   и
синтетическими  (силикагель,  сульфазол  и  наиболее   важные   ионообменные
смолы).По  знаку  заряда  обменивающихся  ионов  все   иониты   делятся   на
катиониты, проявляющие кислотные свойства и аниониты,  обладающие  основными
свойствами. В зависимости от степени диссоциации  ионообменные  смолы  могут
быть сильными и слабыми. В зависимости от  рода  ионов,  которые  связаны  с
активными группами ионита, различают следующие его форму: для  катионитов  -
водородную форму (H - форма) и солевую форму, когда активные группы  связаны
с ионами металлов (например, Na - форму, NH4 - форму), для  анионитов  OH  -
форму, Cl - форму и др.Способность ионита к полному  обмену  характеризуется
обменной емкостью, которая  равна  числу  его  активных  групп,  принимающих
участие в обмене. Для  количественной  характеристики  ионообменных  свойств
ионитов обычно определяют их динамическую и иногда полную  (общую)  обменную
емкость  (статическую).Основные  требования  к  ионитам,  используемым   для
очистки воды: высокая обменная емкость,  высокая  скорость  ионного  обмена,
достаточная устойчивость по отношению к  кислотам,  щелочам,  окислителям  и
восстановителям,  нерастворимость  в  воде,  органических  растворителях   и
растворах электролитов  и  ограниченная  набухаемость.  В  Водоподготовке  в
бытовых условиях часто используются сильнокислотные катиониты  отечественных
и импортных производителей преимущественно для умягчения  и  обезжелезивания
воды. Пример: Состав катионита можно  выразить  формулой  Na2R,  где  Na+  -
весьма подвижный катион. Если пропускать жесткую воду через слои  катионита,
то ионы натрия обмениваются на ионы кальция и магния:
                         Ca 2+ + Na2R = 2Na + + CaR
                         Mg 2+ + Na2R = 2Na + + MgR
Таким образом ионы Ca2+ и Mg2+ переходят из раствора в катионит, а ионы  Na+
-  из  катионита  в  раствор,  и  жесткость  устраняется.  После   обеднения
катионита  ионами  Na+  катиониты  обычно  регенерируют.  Их  выдерживают  в
растворе NaCl, где происходит обратное замещение  -  ионы  Na+  переходят  в
катионит, а ионы Ca2+ и Mg2+ - в раствор:
                          CaR + 2Na + = Na2R + Ca 2+
                         MgR + 2Na + = Na2R + Mg 2+
  После этого регенерированный катионит может быть использован для смягчения
  новых  порций  жесткой  воды.  Аналогично  и  для  анионитов.  На  степень
  регенерации  влияет  тип  ионита,  состав   насыщенного   слоя,   природа,
  концентрация  и  раствор  регенерирующего  вещества,  температура,   время
  контакта  и  расход  реагентов.  Восстановление   обменной   емкости   при
  регенерации обычно составляет 60 -  100  %.  В  данной  таблице  приведены
  основные катионы металлов,  вызывающие  жесткость,  и  главные  анионы,  с
  которыми они ассоциируются.

|Катионы             |Анионы                    |
|Кальций (Ca2+)      |Гидрокарбонат (HCO3-)     |
|Магний (Mg2+)       |Сульфат (SO42-)           |
|Стронций (Sr2+)     |Хлорид (Cl-)              |
|Железо (Fe2+)       |Нитрат (NO3-)             |
|Марганец (Mn2+)     |Силикат (SiO32-)          |


На практике  стронций,  железо  и  марганец  оказывают  на  жесткость  столь
небольшое влияние, что ими, как правило,  пренебрегают.  Алюминий  (Al3+)  и
трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но  при  уровнях  рН,
встречающихся  в  природных  водах,  их  растворимость  и,   соответственно,
"вклад"  в  жесткость  ничтожно   малы.   Аналогично,   не   учитывается   и
незначительное влияние бария (Ва2+).
                               Виды жесткости
Общая  жесткость.  Определяется  суммарной  концентрацией  ионов  кальция  и
магния. Представляет собой сумму  карбонатной  (временной)  и  некарбонатной
(постоянной) жесткости. Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием  в  воде
гидрокарбонатов и карбонатов (при  рН>8.3)  кальция  и  магния.  Данный  тип
жесткости  почти  полностью  устраняется  при  кипячении  воды   и   поэтому
называется   временной   жесткостью.   При   нагреве   воды   гидрокарбонаты
распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок  карбоната
кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость. Обусловлена  присутствием  кальциевых  и  магниевых
солей  сильных  кислот  (серной,  азотной,  соляной)  и  при  кипячении   не
устраняется (постоянная жесткость).
                              Единицы измерения
В мировой практике используется несколько единиц  измерения  жесткости,  все
они определенным образом соотносятся друг с другом. В  России  Госстандартом
в качестве  единицы  жесткости  воды  установлен  моль  на  кубический  метр
(моль/м3).
Один  моль  на   кубический   метр   соответствует   массовой   концентрации
эквивалентов ионов кальция (1/2 Ca2+) 20.04 г/м3 и  ионов  магния  (1/2Mg2+)
12.153 г/м3. Числовое значение жесткости, выраженное в молях  на  кубический
метр  равно  числовому  значению  жесткости,   выраженному   в   миллиграмм-
эквивалентах на литр (или кубический дециметр), т.е.  1моль/м3=1ммоль/л=1мг-
экв/л=1мг-экв/дм3.

Кроме  этого  в  зарубежных  странах  широко  используются   такие   единицы
жесткости,  как  немецкий  градус  (do,  dH),   французский   градус   (fo),
американский градус, ppm CaCO3.
|Единицы жесткости воды                                                    |
|Моль/м3      |Немецкий     |Французский   |Американский     |ppm мг/дм3 |
|(мг-экв/л)   |градус, do   |градус, fo    |градус           |СаСО3      |
|1.000        |2.804        |5.005         |50.050           |50.050     |


Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:

Примечание:

Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм3 СаО или 17.86  мг/дм3  СаСО3  в
воде.
Один французский градус соответствует 10 мг/дм3 СаСО3 в воде.

Один американский градус соответствует 1 мг/дм3 СаСО3 в воде.
                           Происхождение жесткости
Ионы кальция  (Ca2+)  и  магния  (Mg2+),  а  также  других  щелочноземельных
металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во  всех  минерализованных
водах.  Их  источником  являются  природные  залежи  известняков,  гипса   и
доломитов.  Ионы  кальция  и  магния   поступают   в   воду   в   результате
взаимодействия растворенного диоксида углерода с  минералами  и  при  других
процессах растворения и химического выветривания  горных  пород.  Источником
этих ионов могут служить также микробиологические  процессы,  протекающие  в
почвах на площади водосбора, в  донных  отложениях,  а  также  сточные  воды
различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и  существует  множество  типов
классификаций воды по степени ее жесткости.

Обычно в маломинерализованных  водах  преобладает  (до  70%-80%)  жесткость,
обусловленная ионами кальция (хотя  в  отдельных  редких  случаях  магниевая
жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации  воды
содержание ионов кальция (Са2+) быстро  падает  и  редко  превышает  1  г/л.
Содержание же ионов  магния  (Mg2+)  в  высокоминерализованных  водах  может
достигать нескольких граммов, а в соленых озерах - десятков граммов на  один
литр воды

В целом, жесткость поверхностных вод,  как  правило,  меньше  жесткости  вод
подземных.  Жесткость  поверхностных  вод   подвержена   заметным   сезонным
колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и  наименьшего
в период половодья, когда  обильно  разбавляется  мягкой  дождевой  и  талой
водой. Морская и океанская вода имеют очень  высокую  жесткость  (десятки  и
сотни мг-экв/дм3)
                              Влияние жесткости
С точки зрения  применения  воды  для  питьевых  нужд,  ее  приемлемость  по
степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости  от  местных
условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете  на  мг-эквивалент)
в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а  порог
вкуса  для  магния  и  того  ниже.  В  некоторых  случаях  для  потребителей
приемлема вода с жесткостью выше 10  мг-экв/л.  Высокая  жесткость  ухудшает
органолептические свойства воды, придавая ей  горьковатый  вкус  и  оказывая
отрицательное действие на органы пищеварения.

Всемирная  Организация  Здравоохранения  (ВОЗ)  не   предлагает   какой-либо
рекомендуемой величины  жесткости  по  показаниям  влияния  на  здоровье.  В
материалах  ВОЗ  говорится  о  том,  что  хотя  ряд  исследований  и  выявил
статистически  обратную  зависимость  между  жесткостью  питьевой   воды   и
сердечно-сосудистыми  заболеваниями,  имеющиеся  данные  не  достаточны  для
вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно  не
доказано,  что  мягкая  вода  оказывает  отрицательный  эффект   на   баланс
минеральных веществ в организме человека

Вместе с тем, в зависимости от рН  и  щелочности,  вода  с  жесткостью  выше
         4 мг-экв/л может  вызвать  в  распределительной  системе  отложение
шлаков  и  накипи  (карбоната  кальция),  особенно  при  нагревании.  Именно
поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие  требования  к  величине
жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л

Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими  веществами  (мыло,
стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в  виде
пены. Это приводит не только к  значительному  перерасходу  моющих  средств.
Такая пена после высыхания остается в  виде  налета  на  сантехнике,  белье,
человеческой коже, на волосах (неприятное  чувство  "жестких"  волос  хорошо
известное  многим).  Главным  отрицательным  воздействием  этих  шлаков   на
человека  является  то,  что  они  разрушают  естественную  жировую  пленку,
которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком  такого
негативного воздействия является характерный "скрип" чисто вымытой кожи  или
волос.  Оказывается,  что  вызывающее  у   некоторых   раздражение   чувство
"мылкости" после пользования  мягкой  водой  является  признаком  того,  что
защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и  скользит.  В
противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и  увлажняющие
кремы и прочие хитрости для восстановления той защиты кожи,  которой  нас  и
так природа. Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой  стороне  медали.
Мягкая вода с жесткостью менее 2  мг-экв/л  имеет  низкую  буферную  емкость
(щелочность) и может, в зависимости от уровня рН  и  ряда  других  факторов,
оказывать  повышенное  коррозионное  воздействие  на  водопроводные   трубы.
Поэтому, в ряде  применений  (особенно  в  теплотехнике)  иногда  приходится
проводить  специальную  обработку  воды  с  целью  достижения   оптимального
соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.


                           ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

    Адсорбционные процессы, включающие в себя как процессы чисто включающий
в себя физические, так и процессы, ведущие к  образованию  новых  химических
веществ  весьма  разнообразны.  К  ним  относятся  и  процессы  ионообменной
хроматографии, протекающие между ионитом и растворами электролита.
    Благодаря своей универсальность и гибкости эти процессы  нашли  широкое
применение  в   аналитической   химии,   пищевой   и   гидрометаллургической
промышленности,  в  теплоэнергетике,  водоподготовке  и  во  многих   других
областях науки и техники, и в настоящее время вытесняют из  производственной
практики другие методы                          сорбции  [1-3]. Несмотря  на
большой ассортимент промышленных  ионитов,  большинство  из  них,  особенно,
поликонденсационного  типа  отличаются  такими  низкими  показателями,   как
низкая  скорость  сорбции,  малая  устойчивость  к  термическим,  химическим
воздействиям и др.  Это  ограничивает  возможности  и  сферы  их  применения
[4,5].
    Нами  получен  новый  монофункциональный   сульфокатионит   на   основе
взаимодействия стирола с доступным и дешевым отходом сельскохозяйственной  и
хлопкоочистительной промышленности.
    [pic]

    После  сульфирования   стирольно-фурфурольного   полимера,   полученный
катионит переводили в Н-форму и определяли его основные физико-химические  и
сорбционные  свойства.  Для  установления  функциональности  и  степени   их
диссоциации  была  снята  кривая  потенциометрического  титрования  (рис.1),
которую  снимали  методом  отдельных  навесок  катионита  в  Н-форме,  путем
контактирования  раствора  хлористого  натрия  и  едкого  натрия  (Сисх=0.1N
раствор) по методике [8].
                                    [pic]
               Рис.1. Кривая потенциометрического титрования.
    По достижении равновесия через  48  часов  определяли  рН  раствора  на
       рН-метре «рН-340». Из рис.1 видно,  что  кривая  потенциометрического
титрования характеризует катионит как  монофункциональный  диссоциирующий  в
нейтральной, слабо- и сильнощелочной средах.
    Кажущаяся  константа  диссоциации  (рКн)  ионогенных  групп  катионита,
найденная    из    кривой    титрования    по     методике     [8]     равна
рКн=1.8–2.2.   Значение   рКн   кажущейся   константы   диссоциации    также
свидетельствует, что полученный катионит относится к группе  сильнокислотных
ионитов.
    Присутствие SO3H-групп в структуре полученного  катионита  подтверждают
ИК-спектры поглощения сульфированного полимера. Так  SO3H-группы  в  спектре
сульфированного полимера характеризуются полосой поглощения в  области  1200
см-1, что согласуется с литературными данными [9]  Исследование  сорбционной
способности сульфокатионита к ионам кальция, магния, меди, никеля  проводили
из 0.1N растворов СаСl2, MgCl2, CuSO4 и NiSO4. Поглощение кальция  и  магния
определяли трилонометрически, меди йодометрически,  никеля  фотоколориметри-
чески [10,11].  Согласно  литературным  данным,  полимеры  и  ионообменники,
полученные  на  основе  производных  фурана  отличаются  повышенной   термо-
химостойкостью  и   механической   прочностью   [5,6].   Основные   свойства
полученного сульфокатионита представлены в таблице 1.
    Как известно во многих регионах нашей республики используемая в быту  и
на производстве вода имеет высокую жесткость, которая иногда доходит  до  12
мг-экв/л вместо получаемого в соответствии с ГОСТ  2874-82  «Питьевая  вода»
–  2.5–7 мг-экв/л.


                                                                   Таблица 1
      Основные физико-химические показатели полученного сульфокатионита
|№ |Показатели                                           |Значения    |
|1.|Насыпной вес, г/мл                                   |0.68        |
|2.|Удельный объем набухшего катионита в Н-форме, мл/г   |3.5         |
|3.|Статическая обменная емкость, в мг-экв/г, по:        |            |
|  |0.1N. раствору NaOH                                  |5,2         |
|  |0.1N. раствору NaCl                                  |4.5         |
|  |0.1N. раствору СaCl2  |Н-форма                       |4.2         |
|  |                      |Nа-форма                      |4.8         |
|  |0.1N. раствору MgCl2  |Н-форма                       |3.0         |
|  |                      |Nа-форма                      |3.8         |
|  |0.1 N. раствору СuSO4 |Н-форма                       |2.6         |
|  |                      |Nа-форма                      |3.0         |
|  |0.1 N. раствору NiSO4 |Н-форма                       |2.15        |
|  |                      |Nа-форма                      |2.34        |
|4.|Механическая прочность                               |99%         |

    Из данных таблицы 1 видно, что испытуемый катионит обладает  достаточно
высокими показателями величины обменной емкости по ионам кальция и магния.
    В качестве объекта  исследования нами  была  использована  артезианская
вода Шурчинского района Сурхандарьинской области,  которая  имеет  жесткость
12.2 мг-экв/л. Катионитов испытывали в  Н- и Na-формах.
    1 гр. катионита заливали 200 мл исследуемой воды. Через  24  часа  воду
отделяли от катионита и определяли ее жесткость  трилонометрическим  методом
в присутствии индикатора хромоген черный. При этом жесткость воды в  Н-форме
составила 4.5 мг-экв/л, а в Na-форме 2.2 мг-экв/л.
    Кроме этого нами были проведены исследования по умягчению водопроводной
воды имеющий жесткость 2.5  мг-экв/л.  После  контакта  в  течение  6  часов
водопроводной  воды  с   катионитом   жесткость   ее   соответствовала   при
использовании катионита в:
    Н-форме – 0.8 мг-экв/л;
    Na-форме – 0.4 мг-экв/л.
    Результаты полученных исследований  свидетельствует  о  перспективности
работы с испытуемым сульфокатионитом.
                                INTRODUCTION

                              RIGIDITY of WATER

Scum and adjournment of salts on home appliances (for example, in  teapots),
film on tea etc. - all this parameters of rigid water.  Use  of  such  water
for the economic purposes causes a number of  inconveniences.  For  example,
the charge of a soap is increased at washing,  slowly  boil  soft  meat  and
vegetables, service life of  home  appliances  decreases.  Interrelation  of
rigidity of water and education of stones in kidneys now is known.
The rigidity of drinking water under the working  standards  should  be  not
higher              7  mg-ecv/g,  and  only  in  the  special  cases  it  is
supposed up to 10 mg-ecv/g. For the industrial purposes use of  rigid  water
is inadmissible.
The general rigidity of water is a set of properties caused by the contents
in it ions of magnesium and calcium.
Hard water must be soften before  use.
The first way – reagent method  i.e., addition slaked to  exhaust  and  soda
Na2CO3 (a limy way), addition of polyphosphates.
The second way - application of cationits , i.e., synthetic ion-exchange
pitches (filtering).
                            Ion-exchange pitches
These are substances capable to an ionic exchange at  contact  to  solutions
of electrolits. Ionic-exchange clearing allows to take and  utilize  a  wide
spectrum  of  polluting  substances:  heavy  metals,  chrom,  nitrates   and
nitrites, cyanic connections, radioactive substances, and also умягчает  and
unironing water. Thus the high degree of clearing (up to a level of  maximum
concentration limit) is  reached.  Except  for  that  ionits  are  used  for
unsalting waters during water-preparation. Inorganic and organic ionits  can
be natural (for example: zeolites,  cellulose,  peat,  wood)  and  synthetic
(silica gel and the most important ion-exchange pitches).   Depending  on  a
degree dissociation  of   ion-exchange  pitches  can  be  strong  and  weak.
Depending on a sort of ions which are connected to active groups of  ionits,
distinguish the following its form: for cationits - the  hydrogen  form  (H-
form) and the salt form, when active groups are connected to ions of  metals
(for example,  Na-form,  NH4-form),  for  anionits  OH-form,  Cl-form,  etc.
Ability of ionits to a full exchange is characterized by  exchange  capacity
which is equal to number of its active groups participating in an  exchange.
For the quantitative characteristic of  ion-exchange  properties  of  ionits
usually define their dynamic and sometimes full (general) exchange  capacity
(static). Main  requirements  to  ionits,  used  for  water  treating:  high
exchange capacity, high speed of an ionic exchange, sufficient stability  in
relation to acids, alkalis, oxidizers and reducers, insolubility  in  water,
organic  solvents  and  solutions  of  electrolits  and   limited   swelling
capacity. In water-preparation in a conditions of life are  frequently  used
high-acid cationits domestic and import manufacturers mainly  for  softening
and iron removal of waters. An example: the structure of  cationits  can  be
expressed formula Na2R, where Na+ - rather mobile cation. If  to  pass  hard
water through layers of  cationits  ions  of  sodium  exchange  on  ions  of
calcium and magnesium:
                         Ca 2 + + Na2R = 2Na + + CaR
                         Mg 2 + + Na2R = 2Na + + MgR

Thus ions Ca2+ and Mg2+ pass from a solution to cationit, and ions  Na+-from
 cationit in a solution, and rigidity is eliminated. After pauperization  of
cationit ions of Na+ cationits usually recycle. Them  maintain  in  solution
NaCl where there is a return replacement - ions Na+ pass  in  cationit,  and
ions Ca2+ and Mg2+ - in a solution:
                          CaR + 2Na+ = Na2R + Ca 2+
                         MgR + 2Na + = Na2R + Mg 2+

 After that regenerated cationit can be used for mitigation of new  portions
of hard water. The  degree  of  regeneration  is  influenced  with  type  of
ionits, structure of the  sated  layer,  the  nature,  concentration  and  a
solution of recycling  substance,  temperature,  time  of  contact  and  the
charge  of  reagents.  Restoration  of  exchange  capacity  at  regeneration
usually makes 60 - 100 %.

                              Kinds of rigidity
General rigidity. It is defined by total concentration of  ions  of  calcium
and magnesium. Represents  the  sum  of  carbonate  (time)  and  uncarbonate
(constant) rigidity.
Carbonate rigidity. It is caused by presence  in  water  of  hydrocarbonates
and carbonates (at рН>  8.3)  calcium  and  magnesium.  The  given  type  of
rigidity almost completely is eliminated at boiling waters and  consequently
refers to as time rigidity. At heating water hydrocarbonates break  up  with
formation of a coal acid and settling out of  a  carbonate  of  calcium  and
oxyhydroxide of magnesium.

Uncarbonate rigidity. It is caused by presence calcium and  magnesian  salts
of strong acids (the chamois, nitric, hydrochloric) and  at  boiling  it  is
not eliminated (constant rigidity).
                             Origin of rigidity
      Ions of calcium (Ca2+) and magnesium (Mg2+), and also  others  alkali-
ground metals causing rigidity, are  present  at  all  mineralizeed  waters.
Their source are natural deposits of limestones, plaster and dolomite.  Ions
of calcium and magnesium act in water as a result of  interaction  dissolved
dioxide of carbon with minerals and at other processes  of  dissolution  and
chemical aeration of rocks. As a source of these ions,  the  microbiological
processes proceeding in soil on the area of a reservoir can serve in  ground
adjournment, and also sewage of the various enterprises also.
      Rigidity of water changes over a wide range and  there  is  a  set  of
types of classifications of water on a degree of its  rigidity.  Usually  in
little mineralizeed waters prevails (up to 70%-80 %) the rigidity caused  by
ions of calcium (though  in  separate  rare  cases  magnesian  rigidity  can
reach(achieve) 50-60 %). With increase in a degree of  a  mineralization  of
water the contents of ions  of  calcium  (Са2+)  quickly  falls  and  seldom
exceeds  1  g/l.  The  contents  of  ions  of  magnesium  (Mg2+)   in   high
mineralizeed waters can reach several grammes, and in  salty  lakes  -  tens
grammes on one litre of water.As a whole, rigidity  of  superficial  waters,
as a rule,  is  less  than  rigidity  of  waters  underground.  Rigidity  of
superficial  waters  is  subject  to  appreciable   seasonal   fluctuations,
reaching usually the greatest value at the  end  of  winter  and  the  least
during a high water when it is plentifully  diluted  soft  rain  and  thawed
snow. Sea and ocean water have very high rigidity (tens and hundreds in   mg
- ecv/l)
                            Influence of rigidity
From the point of view of application  of  water  for  drinking  needs,  its
acceptability on a degree of rigidity  can  vary  essentially  depending  on
local conditions. The threshold of taste for an  ion  of  calcium  lays  (in
recalculation on a mg - equivalent) in a range of 2-6 mg - ecv/l,  depending
on corresponding of anionits, and a threshold of  taste  for  magnesium  and
than that is lower. In some cases water is comprehensible to consumers  with
rigidity above 10 mg-ecv/l. High rigidity  worsens  organoleptic  properties
of water, giving to it bitterish taste and  having  negative  an  effect  on
bodies of digestion.
 The world Organization of Public health services (CART) does not offer  any
recommended size of rigidity under indications of influence  on  health.  In
materials the CART is spoken that though a  number  of  researches  and  has
revealed statistically inverse  relationship  between  rigidity  of  potable
water  and  the  cardiovascular  diseases,  the  available  data   are   not
sufficient for a conclusion about causal character  of  this  communication.
Similarly, unequivocally it  is  not  proved,  that  soft  water  renders  a
negative effect on balance of mineral  substances  of  an  organism  of  the
person
At the same time, depending on рН and alkalinity,  water  with  rigidity  of
                    4  mg-ecv/l  can  above  cause  in  distributive  system
adjournment of slags and scums (a carbonate  of  calcium),  is  especial  at
heating. For this reason  norms  of   Boiler  inspection  enter  very  rigid
requirements to size of rigidity of the water used for  a  meal  of  boilers
(0.05-0.1 mg-ecv/l). Besides  at  interaction  of  salts  of  rigidity  with
washing substances (the soap, detergent powders, shampoos) occurs  formation
of  "soap  slags"  as  foam.  It  results  not  only  in   the   significant
overexpenditure of washing-up liquids. Such foam after drying remains  as  a
strike on the sanitary technician, linen, a human skin, on hair  (unpleasant
feeling of "rigid" hair well-known to much). The main negative influence  of
these slags on the person is that they destroy a  natural  fatty  film  with
which the normal skin is always covered and hammer its  time.  An  attribute
of such negative influence is characteristic "scratch" of cleanly washed  up
skin or hair. It  appears,  that  the  irritation  causing  in  some  people
feeling "soapiness" after using soft water  is  an  attribute  of  that  the
protective fatty film on a skin is whole and safe. It also slides.
At the same time, it is necessary to mention and  other  side  of  a  medal.
Soft water with rigidity less  than  2  mg-ecv/l  has  low  buffer  capacity
(alcalinity) and can, depending on a level рН and  of  some  other  factors,
render the increasedcorrosive attack to water pipes. Therefore, in a  number
of applications (it is especial in the heating  engineer)  sometimes  it  is
necessary to carry out special processing  of  water  with  the  purpose  of
achievement of an optimum ratio between rigidity of water and its  corrosion
activity.


                              EXPERIMENTAL PART

    The  adsorption  processes including both processes  cleanly  including
physical,  and  the  processes  conducting  to  formation  of  new  chemical
substances are  rather  various.  Processes  concern  to  them  ion-exchange
chromatographies proceeding  between  ionits  and  solutions  of  electrolit
also.
    Due to the universality and these processes have found  of  flexibility
wide application in  analytical  chemistry,  food  and  an  iron  and  steel
industry, in power system, water-preparation and in many other  areas  of  a
science  and  technics(technical  equipment),  and  now  supersede  from  an
industrial practice  other  methods  sorption  [1-3].  Despite  of  the  big
assortment  industrial   ionits,   the   majority   of   them,   especially,
condensation type differ such low parameters, as low speed  sorption,  small
stability to thermal, chemical influences, etc. It limits opportunities  and
spheres of their application [4,5].
    By us it is received new monofunctional sulphocationite on the basis of
interaction of styrene with an accessible and cheap  waste  of  agricultural
and cotton scraping industries.
    [pic]


    Sorption abilities of  sulphocationite to ions of  calcium,  magnesium,
copper, nickel carried out research from 0.1N  solutions  of  СаСl2,  MgCl2,
CuSO4  and  NiSO4.  Sorption  of  calcium  and   magnesium   determined   by
trilonometric, copper by iodometric, nickel   by  photocolorimetric  methods
[10,11].
    According to the literary data, polymers and  ion-exchangers,  received
on the basis of  derivatives  of  furan   differ  from  raised  thermal  and
chemical stability and mechanical durability [5,6]. The basic properties  of
 received sulphocationite are submitted in table 1.



                                                                     Table 1
    The main physical and chemical parameters of received sulphocationite
|№ |Parameters                                           |Values      |
|1.|Bulk weight, g/ml                                    |0.68        |
|2.|Specific volume of bulk cationit in Н-form, ml/g     |3.5         |
|3.|Static exchange capacity, in mg - ecv/g, on:         |            |
|  |0.1N. solution of NaOH                               |5,2         |
|  |0.1N. solution of NaCl                               |4.5         |
|  |0.1N. solution of СaCl2    |Н-form                  |4.2         |
|  |                           |Nа-form                 |4.8         |
|  |0.1N. solution  of MgCl2   |Н-form                  |3.0         |
|  |                           |Nа-form                 |3.8         |
|  |0.1 N. solution of СuSO4   |Н-form                  |2.6         |
|  |                           |Nа-form                 |3.0         |
|  |0.1 N. solution of NiSO4   |Н-form                  |2.15        |
|  |                           |Nа-form                 |2.34        |
|4.|Mechanical durability                                |99 %        |

    As is known in many regions of our republic  used  in  a  life  and  on
manufacture water has high rigidity which sometimes reaches  up  to  12  mg-
ecv/l instead of 2874-82 "Potable water" received according to GOST –  2.5-7
mg-ecv/l.
    From the data of table 1 it is  visible,  that  the  examinee  cationit
possesses high enough parameters of size of exchange  capacity  on  ions  of
calcium and magnesium. As object of  research  we  had  been  used  artesian
water of area Shurchi in Surkhan-Darya area which has rigidity of  12.2  mg-
ecv/l. Cationits tested in              Н-and Na-forms.
    1 gr. of cationit filled in 200 ml of researched  water.  In  24  hours
water separated from cationit  and  determined  its  rigidity  trilonometric
method at the presence of the indicator chromogen black.  Thus  rigidity  of
water in the Н-form has made 4.5 mg - ecv/l, and in the Na-form of 2.2 mg  -
ecv/l.
    Except for it we had been carried out researches on softening water  of
                   2.5  mg-ecv/l having rigidity.  After  contact  within  6
hours of water with cationit  rigidity of it corresponded  at  use  cationit
in:
    the Н-form – 0.8 mg-ecv/l;
    the Na-form – 0.4 mg-ecv/l.
    Results of the received researches testifies to perspectivity  of  work
with the examinee with sulphocationite.
                                 Vocabulary
|Adjournment                  |––– |Отложения                       |
|Artesian water               |––––|Артезианская вода               |
|Cationit                     |––––|Катионит                        |
|Anionit                      |––––|Анионит                         |
|Sorption                     |––––|Сорбция                         |
|Sulphocationite              |––––|Сульфокатионит                  |
|Rigidity                     |––––|Жесткость                       |
|Indicator chromogen black    |––––|Индикатор хромоген черный       |
|Thrilonometric               |––––|Трилонометрический              |
|Bulk weight                  |––––|Насыпной вес                    |
|Condensation                 |––––|Конденсация                     |
|Hydrocarbonate               |––––|Гидрокарбонат                   |
|Slag                         |––––|Шлак                            |
|Scum                         |––––|Накипь                          |
|Ionits                       |––––|Ионит                           |
|Alkalinity                   |––––|Щелочность                      |
|Softening                    |––––|Умягчение                       |
|Calcium                      |––––|Кальций                         |
|Magnesium.                   |––––|Магний                          |
|Sewage                       |––––|Сточные воды                    |
|Corrosion activity           |––––|Деятельность коррозии           |
|Static exchange capacity     |––––|Статическая обменная емкость    |
|Swelling capacity            |––––|Влажность                       |
|Iodometric,                  |––––|Иодометрический                 |
|Photocolorimetric            |––––|Фотокалориметрический           |
|Chemical stability           |––––|Химическая устойчивость         |
|Thermal stability            |––––|Термическая устойчивость        |
|Reagent method               |––––|Реагентный метод                |
|Potable water                |    |Питьевая вода                   |
|Cotton scraping industries   |    |Хлопчатоочистительная пром.     |
|Polycondensation             |    |Поликонденсация                 |
|Correspond                   |    |Переписываются                  |
|Сopper                       |    |Медь                            |
|desorption                   |    |Десорбция                       |
|Potentiometric titration     |    |Потенциометрич. титрование      |
|Flexibility                  |    |Гибкость                        |
|Specific volume              |    |Удельный объем                  |

                                 Литература

1. Полянский Н.Г.  Сб.  Синтез  и  свойства  ионообменных  материалов»,  М.:
 «Наука»,1968г.
2. Либинсон Г.С. Физико-химические свойства  карбоксильных  катионитов,  М.:
 «Наука», 1969.
3. Гельферих Ф. «Иониты»,М.: Изд. ИЛ., 1962 г.
4. Таджиходжаев З.А. Разработка  ионообменных  и  композиционных  материалов
 многофункционального назначения на основе вторичных продуктов  производств
 и технологии их получения».: Автореф. дисс. доктора технических  наук.  «,
 Ташкент.: 2002.
5.  Муталов Ш.А., Турсунов Т., Назирова   Р.А.  Исследование  сорбции  ионов
 цветных металлов слабоосновными анионитами  поликонденсационного  типа./Ж.
 Композиционные материалы. № 2, С.7-8. Ташкент:. 2003.
6.   Таджиходжаев  З.А.,  Джалилов  А.Т.  Синтез  и   исследование   свойств
 катионообменных   смол   на   основе   вторичных   продуктов    химических
 предприятий.// Ж. Прикл. химии. 1998. т. 72. № 9. С. 1578-1580.
7. Гриссбах Р. «Теория и практика  ионного  обмена»,  М.:  Изд.  ИЛ.  1963.,
                   с. 303 – 310.
8. Л.Беллами «Инфракрасные спектры сложных молекул», М.: ИЛ, 1963г.
9.  Алексеев В.Н. «Количественный анализ», М.: Химия, 1972г.
10.     Пешкова   В.М.,   Громова   М.И.   Практическое    руководство    по
 спектрофотометрии и калориметрии. М.: Изд.«Московского Университета», 1965
 г.
-----------------------



...

...

CH2

CH

CH

O

+

H

O

C

O

CH=CH2

...

...

CH2

CH

CH

O

+

H

O

C

O

CH=CH2




смотреть на рефераты похожие на "Softening waters by ion-exchange method "