Контроль качества воды и очистка воды с использованием труб ПВХ. Часть 5

Методы постобработки приводят к различному распределению пор по размерам. Силикагель используется для осушения технологического воздуха (например, кислорода, природного газа) и адсорбции тяжелых (полярных) углеводородов из природного газа. Силикагель твердый, он имеет средний размер пор 2,4 нанометра и имеет сильное сродство к молекулам воды. Цеолиты — природные или синтетические кристаллические алюмосиликаты. Цеолиты полярны по своей природе. Их производят путем гидротермального синтеза алюмосиликата натрия или другого источника кремнезема в автоклаве с последующим ионным обменом с определенными катионами (например, Na +, Li +, Ca2 +, K +, NH4 +). Диаметр канала цеолитных каркасов обычно составляет от 2 до 9 A. За процессом ионного обмена следует сушка кристаллов, которые можно гранулировать со связующим для образования крупнопористых гранул. Цеолиты применяются для осушения технологического воздуха, удаления CO2 из природного газа, разделения воздуха и других задач. Неполярные (кремнистые) цеолиты синтезируются из источников кремнезема, не содержащего алюминия, или деалюминированием алюминийсодержащих цеолитов. Процесс деалюминирования осуществляется путем обработки цеолитов паром при повышенных температурах, обычно выше +500 °C. Эта высокотемпературная термообработка разрушает кислородно-алюминиевые связи, и атом алюминия выталкивается.

Активированный уголь — неполярное и дешевое высокопористое аморфное твердое тело, состоящее из микрокристаллитов с графитовой решеткой. Обычно готовится в виде маленьких гранул или порошка. Основные недостатки: реагирует с кислородом при умеренной температуре (от +300 °C). Активированный уголь производят из углеродистого материала, включая уголь, торф, дерево или даже ореховую скорлупу (например, скорлупу кокосового ореха). Производственный процесс состоит из двух этапов: карбонизации и активации. Процесс карбонизации включает сушку, а затем нагрев для отделения побочных продуктов, включая смолы и другие углеводороды, от сырья, а также для удаления любых образующихся газов. Процесс завершается нагреванием материала до температуры выше +400 °C в бескислородной атмосфере, которая не может поддерживать горение. Затем карбонизированные частицы «активируются» путем воздействия на них окислителя, обычно пара или двуокиси углерода, при высокой температуре. Этот агент сжигает структуры, блокирующие поры, созданные во время фазы карбонизации, и, таким образом, они создают пористую трехмерную решетчатую графитоподобную структуру. Размер пор, образовавшихся во время активации, зависит от времени, которое они проводят на этой стадии. Более длительное время воздействия приводит к увеличению размера пор.

И еще один важный момент — поверхностное натяжение растворителя. Те вещества, которые снижают поверхностное натяжение растворителя, в котором они растворены, концентрируются в поверхностном слое (например: органические вещества), в то время как вещества, повышающие поверхностное натяжение, концентрируются на поверхности в меньшей степени, чем в объеме раствора (например, неорганические ионы). В процессе ионного обмена вода проникает через сферические полимерные материалы (ионообменные смолы). Ионы в воде обмениваются на другие ионы, прикрепленные к шарообразным структурам. Двумя наиболее распространенными методами ионного обмена являются размягчение и деионизация. Ионообменные материалы — это нерастворимые вещества, содержащие слабо удерживаемые ионы, которые могут обмениваться с другими ионами в растворах, которые контактируют с ними. Обмен происходит без каких-либо физических изменений ионообменного материала. Ионообменники представляют собой нерастворимые кислоты или основания, которые имеют соли, которые также нерастворимы, и это позволяет им обменивать либо положительно заряженные ионы (катионы), либо отрицательно заряженные (анионы).

Многие природные вещества, такие как белки, целлюлоза, живые клетки и частицы почвы, обладают ионообменными свойствами, которые играют важную роль в способах их функционирования в природе. В ионном обмене используется смола, которая удаляет заряженные неорганические загрязнения, такие как мышьяк, хром, нитрат, радий, уран и фториды. Этот процесс лучше всего работает с водой, не содержащей частиц, и может масштабироваться для использования на очистных сооружениях любого размера. Ионный обмен чаще всего используется для уменьшения жесткости (катионные материалы) или очистки воды от нитратов (анионные материалы). В обоих случаях его можно регенерировать с помощью соленой воды. Использование ионного обмена для удаления радионуклидов (атомов с нестабильным ядром) осложняется тем фактом, что эти материалы накапливаются и присутствуют в больших количествах в регенераторе, что значительно усложняет операции. Активированный уголь обычно предпочтительнее для удаления органических загрязнений, тогда как ионный обмен часто лучше всего подходит для удаления неорганических растворимых молекул. Из типов ионообменных смол и кислотно-катионных смол отметим прежде всего катионные смолы с сильной кислотой. Они ведут себя как сильные кислоты и являются высокоионизированными как в кислотной (RSO3H), так и в солевой (RSO3Na) форме.