Atrof-muhitni muhofaza qilishdagi eng dolzarb muammolar

Ion-almashinish

Ion-almashinish usuli oqova suvlarni metall ionlaridan (rux, mis, xrom, qo‘rg‘oshin, simob, kadıniy, vanadiy, marganes, nikel va boshq.), shuningdek, mishyak, fosfor va sian birikmalari, radioaktiv moddalardan tozalashda qo‘11ani1adi. Bu usul suv tarkibidan qimmatbaho moddalarni rekuperatsiya qilib, um yuqori
darajada tozalash imkonini beradi. Suvni tayyorlash jarayonida uni tuzsizlantirishda ion-almashinish usuli keng tarqalgan.
Ion-almashinish deganda, qattiq fazaning eritma bilan reaksiyaga kirishishi natijasida qattiq faza ionlarining eritmadagi ionlar bilan almashinishi tushuniladi. Qattiq fazani tashkil etuvchi moddalar ionitlar deyiladi. Ular amalda suvda erimaydi.
Elektrolit eritmalaridan qoniqarli ionlarni yutuvchilar — kationitlar, qoniqarsiz ionlarni yutuvchilar anionitlar deyiladi. Birinchisi kislotali, ikkinchisi esa asosli xususiyatga ega. Agar ionitlar ham, kationlar ham anionlar bilan almashinsa, ular amfolit deb ataladi.
Ionlarni yutish qobiliyati yutiluvchi massa birligining yoki ionit sig‘imining ionlar ekvivalent soni bilan aniqlanadigan alma- shinish sig‘imi bilan ifodalanadi. Almashinishning to‘liq, statik va dinamik turlari mavjud.
To‘liq almashinish sig‘imi — hajm birligining yoki ionit massasining to‘liq to‘yinishida yutuvchi moddaning miqdoriga aytiladi.
Statik almashinish sig‘imi — berilgan ish sharoitidagi muvoza- natda ionitning almashinish sig‘imiga aytiladi. Odatda statik almashinish sig‘imi to‘liq almashinuv sig‘imiga nisbatan past ko‘rsatkichga ega bo‘1adi.
Dinamik almashinish sig‘imi deb — filtrlash sharoitida artiqlanadigan ionlarning filtratda «sakrash» holatigacha bo‘1gan ionit sig‘imiga aytiladi. Bu sig‘im statik sig‘imga nisbatan kamroq. Tabiiy va sintetik ionitlar. Ionitlar (kationitlar va anionitlar) anorganik (mineral) va organik bo‘ladi. Ular tabiiy yoki sintetik moddalar bo‘1ishi mumkin. Noorganik tabiiy ionitlarga seolitlar, loyqali minerallar, dala shpati va turli shaffof mineral moddalar kiradi. Ularning kation almashish xususiyati NEO @O, nSiO, mH₂O turdagi alumosilikatlar tarkibiga o‘xshash bo‘ladi. Shuningdek, ftorapatit [Ca₅(PO₄), ]F va gidroksidapatit [Ca₅(PO4), ]OH ham ion-
almashinish xususiyatiga ega.
Sintetik anorganik ionitlarga silikagel, permutit, ba’zi metallar- ning (aluminiy, xrom, sirkoniy va boshq.) qiyin eruvchan oksid- lari va gidroksidlari misol bo‘1adi.
Kation almashinish xususiyati (masalaıl, Sllikagelning) gidroksid gruppalaridagi vodorod ionining ishqorli muhitdagi metall kationlariga almashinishiga bog‘1iq. Permutit, aluminiy va kremniyli moddalarning qotishma holidagi birikmasi ham kation alma- shinish xususiyatiga ega.
Organik tabiiy ionitlar bu tuproq va ko‘mirning gumin kislota- laridir. Ular kuchsiz kislotali xossaga ega. Kislotali xossa va alma- shinish sig‘imini oshirish maqsadida ko‘mir maydalanib oleum bilan sulfirlanadi.
Sulfoko‘mir1ar kuchli va kuchsiz kislotali gruppalarga ega bo‘1gan arzon polielektrolit hisoblanadi. Bunday ionitlarning kimyoviy barqaror emasligi va donalarining mexanik chidamsizligi, shuningdek, almashinuv sig‘imining kamligi (ayniqsa, neytral muhitda) uning kamchiligi hisoblanadi.
Sintetik organik ionitlarga yuza qatlami rivojlangan ion- almashinuvchi polimerlar kiradi. Oqova suvlarni tozalashda ularning ahamiyati katta. Sintetik ion-almashinuvchi polimerlar tarkibida ion-almashinuvchi funksional gruppalar joylashgan uglevodorod radikal i bo‘lgan yuqori molekular birikmalar hisoblanadi. Bo‘sh- liqli uglevodorod karkasi matritsa deyiladi, almashinuvchi ionlar esa qarama-qarshi ionlar deyiladi. Har bir qarama-qarshi ion fiksirlangan yoki ankerlangan deb ataladigan qarama-qarshi zaryadlangan ionlar bilan birikkan bo‘1adi. Matritsaning asosi hisoblangan poliuglevodorodlar zanjirlari o‘zaro kesib o‘tuvchi bog‘1ar bilan birikkan bo‘1adi, bu esa karkasning mustahkam- ligini oshiradi. lonitni qisqa ko‘rinishda yozishda matritsa R bilan belgilanadi, faol gruppa esa to‘1iq yoziladi. Masalan, sulfokationitlar RSO,H deb yoziladi. Bu yerda R — matritsa, H — qarama-qarshi ion, SO, — ankerli ion.
Ionitlar sopolimerlanish va sopolikondensatlanish jarayonlari yordamida olinadi. Kondensatsion ionitlarda birikish, ya’ni kesib o‘tuvchi bog‘larning hosil bo‘lishi metilenli (—CH₂—) yoki metinli (=CH—) ko‘priklar hisobiga amalga oshadi. Azotli gruppalar n- divinilbenzol va uning izomerlari yordamida sopolimerlar hosil qiladi. Bunda kesib o‘tuvchi bog‘1arning soni to‘r yacheykalarning o‘lchami va matritsaning qattiqligiga bog‘1iq bo‘1adi.
Kation-almashuvchi polimerlar dissotsilanish darajasiga qarab kuchli va kuchsiz kislotali hisoblanadi. Anion-almashinuvchi polimerlar esa kuchli va kuchsiz asosli turlarga bo‘1inadi. Kuchli kislotali polimerlarga sulfoguruhli (SO₃H) yoki fosforli [PO(OH) ₂] kationitlar kiradi. Karboksil (COOH) va fenol (C₆H₅OH) gruppali kationitlar kuchsiz kationit hisoblanadi. Kuchli asosli ionitlar tarkibida ammoniy asoslari (R,NOH), kuchsiz asoslilarda esa birikmalarda turli darajada o‘rin egallagan aminogruppalar (—NH ₂; =NH; - N) bo‘1adi.
Bir xi1 faol gruppalardan iborat ionitlar monofunksional, kimyoviy tabiati turlicha bo‘lgan funksional gruppalardan tashkil topgan ionitlar polifunksional ionitlar deb ataladi. Ular kuchli va kuchsiz asosli bo‘1gan aralash xususiyatlarga ega bo‘1ishi mumkin. Kationitlarda qarama-qarshi ion sifatida faqat vodorod ionlari emas, balki metall ionlari ham bo‘lishi (tuzli shaklda) mumkin. Anionitlar ham tuzli shaklda bo‘1adi. lonitlarni suvda yoki havoda qizdirish natijasida ularning donalari parchalanadi. Bu esa sig‘imning kamayishiga olib keladi. Har bir polimer uchun harorat chegarasi mavjud, undan yuqorisida polimerni ishlatib bo‘1maydi. Umumiy holda anionitlarning termik chidamliligi kationitlarga nisbatan past. Ion-almashinish sodir bo‘ladigan oqova suvdagi pH kattalik ionitlarning ion-almashinuvchi gruppalarining dissotsilanish konstantasiga bog‘liq. Kuchli kislotali kationitlar bilan jarayonni istagan muhitda olib borish mumkin. Kuchsiz kislotali kationitlar esa faqat ishqoriy va neytral muhitda yaxshi natija beradi. Shunday qilib, tarkibida karboksil gruppalari bo‘1gan kationitlar pH17 bo‘1ganda, fenol gruppali kationitlar esa pH+8 da ion almashinadi.
Ionitlar suvda erimaydi, ammo ma’1um chegarada bo‘kuvchi gel sifatida suvning ma’1um miqdorini yutib, bo‘kadi. lonitlarning bo‘kishi natijasida mikrog‘ovak1arning o‘1chami 0,5-1,0 mm
(5—10 A ) dan 4 mm (40 A ) gacha oshadi, mikrog‘ovak1arning
o‘1chami esa 70-130 mm (700—1300 A ) ni tashkil qiladi. Bunda ionitlarning hajmi 1,5—3 marta ortadi. Bo‘kish darajasi ionitlarning tuzilishiga, qarama-qarshi ionlarning tabiati va eritma tarkibiga
bog‘1iq. Bo‘kish ionlarning almashinish tezligi va almashinish to‘1iq bo‘1ishiga, shunindek, ionitlarning tanlovchanligiga ta’sir etadi.
Gel ko‘rinishdagi kuchli bo‘kuvchan ionitlarning solishtirma almashinish yuzasi 0,1-0,2 m'/g ga teng. Makrog‘ovakli ionitlarning almashinish yuzasi esa 60—80 m'/1 ni tashkil etadi. Sintetik ionitlar tabiiylariga qaraganda suvda ko‘proq bo‘kadi va almashinish sig‘imi katta bo‘1adi. Anionitlarga qaraganda kationit- larning ishlash muddati ko‘proq. Bu anionitlardagi faol gruppalar barqaror emasligi bilan tushuntiriladi.
Almashinishning tanlovchanligi ionit g‘ovak1arida bo‘kish bosimining kattaligiga va ionit g‘ovaklarining o‘lchamiga bog‘1iq. G‘ovaklaming kichik o‘1chamlarida katta ionlar ichki faol gruppa- lariga ta’sir etmaydi. Ayrim metallarga ionitlarning tanlovchanligini oshirish maqsadida ayni metall ionlari bilan ichki kompleks (xelatlar) hosil qiluvchi moddalar qo‘shi1adi. Almashinish energiyasiga ko‘ra kuchli va kuchsiz kislotali kationitlar qatori mavjud. Masalan, kuchli kislotali sulfokationit KY-2 uchun quyidagi qatorni keltirish mumkin:

Kuchsiz kislotali kationit KI-4 uchun:

Mg'+ Ca'++ Ni²+/ Co²++Cu'+.
Ionitlar kukun (zarrachalar o‘1chami 0,04—0,07 mm), donachali (0,3-2 um) tola materialli, list va plitkalar ko‘rinishida ishlab chiqariladi. Katta donachali ionitlar qatlam balandligi 1-3 m bo‘1- gan filtrlarda ishlatish uchun mo‘1ja11angan, kukun ko‘rinishda- gilari qatlam balandligi 3-10 mm bo‘1ganda ishlatiladi.
Ionit zarrachalarining o‘1chami fıltrlarda bosimlar farqi o‘zgarishiga ta’sir qiladi. Zarrachalarning o‘1chami kichiklanishi bilan qatlamdagi bosim o‘zgarishi ortadi. Bundan kelib chiqadiki, tozalash jarayonida ionitlarni maydalash maqsadga muvofıq emas. Bu faqat filtrning qarshiligiga emas, balki oqova suvning fıltr bo‘yicha notekis taqsimlanishiga olib keladi.
Ionit zarrachalarining o‘zaro to‘qnashishi, shuningdek, quril- ma devorlariga urilishi natijasida ionitlarning yedirilishi sodir bo‘ladi. Yedirilish darajasi 0,5s dan oshmaydigan ionitlarni mcxanik
chidamli deb hisoblash mumkin. Shuningdek, ionitlar kimyoviy ma termik barqaror bo‘1ishi kerak. Kimyoviy barqarorlik to‘1iq alma- shinish sig‘imi ma ionit massasining o‘zgarishi bilan baholanadi.