ИО́ННЫЙ ОБМЕ́Н

ИО́ННЫЙ ОБМЕ́Н, мас­со­об­мен­ный про­цесс пе­ре­рас­пре­де­ле­ния ио­нов ме­ж­ду рас­тво­ром элек­тро­ли­та и ио­ни­том. Об­мен ио­нов в сис­те­ме ио­нит – рас­твор про­ис­хо­дит в эк­ви­ва­лент­ных ко­ли­че­ст­вах и об­ра­тим. Со­стоя­ние рав­но­ве­сия при И. о. обыч­но изо­бра­жа­ет­ся гра­фи­че­ски в ви­де изо­тер­мы рав­но­ве­сия, ко­то­рая по­зво­ля­ет ко­ли­че­ст­вен­но оце­нить ве­ли­чи­ну рав­но­вес­ной об­мен­ной ём­ко­сти ио­ни­та и его се­лек­тив­ность в за­ви­си­мо­сти от раз­ных фак­то­ров. На по­ло­же­ние рав­но­ве­сия И. о. влия­ют при­ро­да и кон­цен­тра­ция ио­ни­та и из­вле­кае­мых ио­нов, темп-ра и рН рас­тво­ра элек­тро­ли­та и др. Спо­соб­но­стью к И. о. об­ла­да­ют мн. при­род­ные ве­ще­ст­ва, напр. гли­ны, це­о­ли­ты, апа­ти­ты, уг­ли. Яв­ле­ние И. о. бы­ло от­кры­то в 1850-х гг. при ис­сле­до­ва­нии по­гло­ти­тель­ной спо­соб­но­сти почв (англ. хи­ми­ки Г. Томп­сон и Дж. Уэй).

Про­цесс И. о. со­сто­ит из сле­дую­щих по­сле­до­ва­тель­ных ста­дий: пе­ре­нос из­вле­кае­мо­го ио­на из рас­тво­ра к по­верх­но­сти ио­ни­та; пе­ре­нос из­вле­кае­мо­го ио­на че­рез по­верх­ность раз­де­ла фаз рас­твор – ио­нит; диф­фу­зия из­вле­кае­мо­го ио­на в ио­ни­те; хи­мич. ре­ак­ция об­ме­на ио­нов; диф­фу­зия за­ме­щён­но­го ио­на к по­верх­но­сти ио­ни­та; пе­ре­нос за­ме­щён­но­го ио­на че­рез по­верх­ность раз­де­ла фаз ио­нит – рас­твор; пе­ре­нос за­ме­щён­но­го ио­на от по­верх­но­сти ио­ни­та в рас­твор. Ре­ак­ция об­ме­на ио­нов для силь­но­кис­лот­ных или силь­но­ос­но́в­ных ио­ни­тов про­ис­хо­дит прак­ти­че­ски мгно­вен­но и, как пра­ви­ло, не яв­ля­ет­ся ли­ми­ти­рую­щей ста­ди­ей; наи­бо­лее мед­лен­но про­те­кают пе­ре­нос ио­нов че­рез по­верх­ность раз­де­ла фаз рас­твор – ио­нит и диф­фу­зия ио­нов в ио­ни­те, что ха­рак­тер­но для обыч­ных сор­бен­тов. Для сла­бо­кис­лот­ных или сла­бо­ос­но́в­ных ио­ни­тов ста­дия об­ме­на ио­нов яв­ля­ет­ся ли­ми­ти­рую­щей.

Цикл тех­но­ло­гич. про­цес­са И. о. вклю­ча­ет сле­дую­щие эта­пы: сорб­ция ио­ни­том из­вле­кае­мых ио­нов из рас­тво­ра; от­мыв­ка ио­ни­та от ис­ход­но­го рас­тво­ра; ре­ге­не­ра­ция ио­ни­та; от­мыв­ка ио­ни­та от ре­ге­не­ри­рую­ще­го рас­тво­ра. В пром-сти наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли ис­кусств. ио­ни­ты – плав­ле­ные це­о­ли­ты, гид­ро­кси­ды же­ле­за и алю­ми­ния, син­тетич. ио­но­об­мен­ные смо­лы (анио­ни­ты и ка­тио­ни­ты). Ре­ге­не­ра­цию ка­тио­ни­тов осу­ще­ст­в­ля­ют обыч­но сла­бы­ми (0,5–5% по мас­се) рас­тво­ра­ми $\ce{HCl}$, анио­ни­тов – сла­бы­ми (2–4%) рас­тво­ра­ми $\ce{NaOH}$. Рас­тво­ра­ми $\ce{NaCl}$ (8–12%) ре­ге­не­ри­ру­ют и ка­тио­ни­ты, и анио­ни­ты.

Ап­па­ра­ту­ра для И. о. клас­си­фи­ци­ру­ет­ся на пе­рио­ди­че­ски дей­ст­вую­щие ап­па­ра­ты с не­под­виж­ным сло­ем ио­ни­та и не­пре­рыв­но дей­ст­вую­щие ап­па­ра­ты; по­след­ние под­раз­де­ля­ют­ся на ап­па­ра­ты с дви­жу­щим­ся сло­ем ио­ни­та и сту­пен­ча­тые – с псев­до­ожи­жен­ным сло­ем ио­ни­та на сту­пе­нях. Рас­чёт ио­но­об­мен­ных ап­па­ра­тов схо­ден с рас­чё­том ап­па­ра­тов для про­ве­де­ния про­цес­сов ад­сорб­ции.

И. о. при­ме­ня­ет­ся для уда­ле­ния из вод­ных рас­тво­ров не­же­ла­тель­ных ио­нов при по­лу­че­нии де­ми­не­ра­ли­зо­ван­ной и осо­бо чис­той во­ды, в про­цес­сах во­до­под­го­тов­ки на ТЭЦ и АЭС, очи­ст­ки сточ­ных вод, обес­со­ли­ва­ния и оп­рес­не­ния во­ды, под­го­тов­ки сы­рья в ря­де пи­ще­вых про­из­водств, для из­вле­че­ния ме­тал­лов в гид­ро­ме­тал­лур­гии и др. И. о. ис­поль­зу­ет­ся в ана­ли­тич. хи­мии (напр., для уда­ле­ния ме­шаю­щих оп­ре­де­ле­нию ио­нов); на яв­ле­нии И. о. ос­но­ва­на ио­но­об­мен­ная хро­ма­то­гра­фия. И. о. име­ет боль­шое зна­че­ние в про­цес­сах жиз­не­дея­тель­но­сти, в ча­ст­но­сти ле­жит в ос­но­ве ус­вое­ния ми­нер. ве­ществ клет­ка­ми кор­ней выс­ших рас­те­ний.