Ионообменные материалы для промышленного использования обладают следующими особенностями:
1. В химической структуре ионитов, в основном макромоле-кулярной, содержатся кислые или основные активные ионогенные группы.
Присутствие этих ионогенных групп объясняет способность кислотных ионитов в Н — R-форме обменивать катионы и основных ионитов в R — ОН-форме обменивать анионы. Сила кислотных или основных ионитов зависит от природы матрицы и активных ионогенных групп, фиксированных на ней СOOН, HSOз, NHзOH и т. д.
Ионообменные материалы называются монофункциональными, если они содержат ионогенные группы только одного вида, например СООН- или SOзН+, и полифункциональными, если их молекулы содержат одновременно различные ионогенные группы, обладающие различной ионной силой, например:
НСОО — R;
HSOз — R.
2. Материал должен быть нерастворим в обычно практикуемых условиях. Практически все ионообменные материалы, используемые в настоящее время, отвечают этому требованию. Их истинную растворимость при температуре окружающей среды безотносительно к начальному периоду невозможно обнаружить принятыми методами анализа. Это не относится к ионообменным материалам, которые были нагреты до определенных температур.
3. Материал должен иметь форму гранул (как можно более однородных) таких размеров, чтобы потери напора в режиме фильтрования были приемлемы.
4. Изменения в состоянии ионообменного материала не должны сопровождаться разрушением его физической структуры.
Ионообменные материалы могут быть использованы для фиксации ионов или ионизированных комплексов с большим диапазоном размеров молекул и их массы. В некоторых случаях в процессе ионного обмена происходит существенное разбухание или сжатие материала: до 100% для некоторых карбоксильных смол (HCOOR) при обмене катионов Н+ на NH+4. Такое разбухание или сжатие не должно, очевидно, вызывать растрескивания или разрушения гранул. При проектировании аппаратов для наиболее трудных случаев следует учитывать подобное расширение без возникновения слишком больших напряжений в слое загрузки.
Никогда не следует забывать о существующих ограничениях в использовании ионообменных материалов:
- ионный обмен возможен только в присутствии жидкой фазы, концентрация которой ограничена, и не пригоден для других целей;
- ионообменные материалы предназначены для извлечения ионов, но не для отфильтровывания взвешенных и коллоидных веществ или масляных эмульсий. Последние могут только сократить срок службы ионообменных материалов. При проектировании должны быть учтены осложнения, возникающие при наличии в воде растворимых органических веществ;
- присутствие большого количества растворенных газов в воде может вызвать серьезные нарушения активности ионообменных материалов;
- сильные окислители Cl2 и О3 разрушают многие смолы;
- при практическом использовании результатов лабораторных исследований и изучении паспортных данных поставляемых ионообменных материалов необходимо проявлять крайнюю осторожность.
Соблюдение правил по использованию и проектированию оборудования столь же важно, как и знание свойств ионообменных материалов.
Применяемые ионообменные материалы имеют форму гранул с размерами 0,3—1,2 мм. В особых случаях (для обработки конденсатов, вод из оборотных циклов ядерных установок) применяют порошкообразные смолы, известные как микросмолы.