Справочник химика - сульфоуголь

Использование ионитов в качестве окислителей — восстановителей.

Восстановительные свойства некоторых катионитов используются в количественном анализе. Например, сульфоуголь КУ-1 восстанавливает трехвалентное железо, шестивалентный молибден до пятивалентного, бихромат-ионы до ионов трехвалентного хрома.

Сульфоуголь. 

Сульфоуголь представляет собой поли-функциональный катионит, содержащий группы — ЗОзН, —СООН и —ОН. Его получают сульфированием природных каменных углей.

Сульфоуголь в настоящее время является наиболее употребительным катионитом как для целей умягчения воды, так и для целей ее обессоливания. Универсальность сульфоугля объясняется тем, что пока он наиболее доступен, так как выпускается большими партиями специальным заводом, стоимость его в 2—3 раза меньше стоимости других катионитов, а технологические его качества достаточно удовлетворительны. Сульфоуголь стоек в кислой н щелочной среде при температуре -обрабатывае)мой воды не выше 60—65°. Промышленностью он выпускается в виде двух фракций—мелкой и крупной, причем каждая из этих двух фракций разделяется на сорта 1 и 2 (ГОСТ 5696-51). Обменная способность сульфоугля сорта 1 при прочих равных условиях больше, чем у сульфоугля сорта 2.

Глауконит Сульфоуголь КУ-1 КУ-2 -ЗОзН — ЗОдН -ЗОзН 1,40 0.60 0,70 0,70 1,00 1,30 1,80 1,80 0,2—0,7 0,3—2,0 0,3—2,0 0,3—2,0 143 400 1000 1500
В силу этого, а также благодаря сравнительно невысокой стоимости сульфоуголь получил заслуженное признание и широкое распространение на водоподготовительных установках, где он почти полностью вытеснил глауконит. 

Из рассмотрения этого графика становится ясным, что процесс обессоливания воды выгоднее вести при повышенных температурах обрабатываемой воды. При этом нужно иметь в виду, что не все иониты стойки при высоких температурах (например, сульфоуголь). Поэтому при использовании таких ионитов нельзя назначать температуру обработки воды выше той, при которой данные иониты могут подвергаться разрушению. Практическое применение предварительный подогрев обрабатываемой воды может найти лишь в том случае, когда требуется подогретая обессоленная вода, например, для питания паровых котлов.
Вофатиты Р и С при обессоливании воды могут использоваться лишь для целей загрузки буферных Ма-катионитовых фильтров и то только в исключительных случаях, так как целесообразнее применять сульфоуголь, более доступный и по качеству не уступающий указанным вофатитам. Из всех марок вофатитов вофатит Р является наиболее распространенным и доступным.

Отличием первого типа дренажа является то, что щели для пропуска воды фрезеруются непосредственна на боковой поверхности труб-ответвлений. Длина (высота) щелей назначается в зависимости от диаметра труб-ответвлений с таким расчетом, чтобы фрезом пропиливалось не более 7з окружности трубы. Максимально возможная ширина щели выбирается, исходя из крупности загруженного в фильтр ионита, причем она принимается примерно на 0,4 мм меньше, чем размер наиболее крупных фракций данного ионита. Так, например, если в Н-катионитовый фильтр предполагается загружать сульфоуголь сорта крупный с размером предельных фракций 0,5—1,1 мм, то максимальную ширину фрезеруемых щелей можно принять равной 0,7 мм, так как в результате взрыхляющей промывки ионита более крупные фракции расположатся внизу слоя, т. е. непосредственно близ дренажных ответвлений. Чтобы не слишком ослаблять сечения трубы, щели нарезают с обеих сторон трубы в шахматном порядке. Шаг (расстояние) между щелями, а также диаметр коллектора и ответвлений устанавливаются расчетом.

Выпускаемый сульфоуголь должен удовлетворять следующим требованиям. 

Методы ионного обмена. Рассмотренные методы все-таки не дают той степени умягчения, которая требуется для некоторых областей применения воды кроме того, они громоздки и связаны со значительными расходами реагентов. В последние годы широкое распространение получили методы ионного обмена. Твердые материалы, способные к ионному обмену с окружающей средой, получили название ионитов. Сюда относятся различные вещества неорганические и органические, природные или синтетические. Одним из простейших ионообменных материалов является сульфоуголь, получаемый обработкой бурых углей концентрированной серной кислоты при нагревании. В настоящее время наибольшее значение приобрели различные ионообменные смолы, вырабатываемые на основе синтетических полимеров. В зависимости от того, какие ионы в этих смолах обмениваются — катионы или анионы, — различают катиониты и аниониты. Иониты представляют собой твердые электролиты, у которых один поливалентный ион является нерастворимым, а ионы противоположного знака способны к обмену на ионы, находящиеся в окружающем растворе. 

Сульфоуголь широко используется для умягчения воды. 

Сульфоуголь (ГОСТ 5696—51) —зернистый материал черного цвета, получаемый при обработке коксующихся каменных углей олеумом с последующей промывкой, сушкой, дроблением и рассевом на фракции. 

В зависимости от обменной способности выпускается сульфоуголь I и П сортов, которые, в свою очередь, подразделяют по величине зерен на крупный (СК) и мелкий (СМ). 

Для визуального наблюдения осадочных хроматограмм желательно, чтобы носитель имел светлую окраску. В качестве носителей применяют силикагель, крахмал, окись алюминия, гидроокись алюминия, сернокислый барий, кварц, асбест, аниониты ТН, ММГ-1, катиониты МСФ, СБС, двуокись кремния, двуокись титана, карбонат кальция, стеклянный порошок, отбеливающую глину, бентонит, сульфоуголь. Можно применять и другие пористые среды, например песок, кизельгур, гипс и другие вещества. 

По внешнему виду сульфоуголь представляет собой черные гранулы неправильной формы. 

Сульфоуголь упаковывают в четырехслойные крафт-целлю-лозные мешки весом по 25—30 кг. 

Так как сульфоуголь подвержен самовозгоранию, его следует хранить, как огнеопасное вещество.
Основные расчетные технологические показатели катионитовых фильтров, в которых в качестве катионита применены сульфоуголь и КУ-2, приведены в табл. 30  

Сульфоуголь (крупный) КУ 1 КУ-2 КУ-1 Г Вофатит Р Цеокарб Амберлит Ш-100 С-50-А

В последнее время в качестве катализаторов начинают использовать ионообменные смолы. Пока нет сведений о специальной рецептуре для производства ионообменных смол-катализаторов. Общие же методы приготовления ионообменных смол приведены в не-которйх обзорах 28. Наряду с синтетическими ионообменными смолами в качестве катализатора можно применять и сульфоуголь. 

Проверка этой формулы по опытным кривым, полученным при испытании различных ионитов (сульфоуголь, вофатит, ами-носмола), показала вполне достаточную для практических условий сходимость с опытными данными при скоростях фильтрования до 30 м час. 

Радиационная химия, Радиционно-химическая технология. Радиоактивность. А. X. Брегер. ИОНИТЫ (ионообменники, ионообменные сорбенты), вещества, способные к ионному обмену при контакте с р-рами электролитов. Большинство И.— твердые, нерастворимые, ограниченно набухающие в-ва. Состоят из каркаса (матрицы), несущего положит, или отрицат. заряд, и подвижных противоионов, к-рые компенсируют своими зарядами заряд каркаса и стехиометрически обмениваются на противоио-ны р-ра электролита. По знаку заряда обменивающихся ионов И. делят на катиониты, аниониты и амфолиты, по хим. природе каркаса — на неорг., орг. и минер.-органические. Неорг. и орг. И. могут быть природными (напр., цеолиты, целлюлоза, древесина, торф) и синтетическими (силикагель, АЬОз, сульфоуголь и наиб, важные — ионообменные смолы). Минер.-орг. состоят из орг. полиэлектролита на минер, носителе или неорг. И., диспергированного в полимерном связующем. Выпускаются в виде зерен сферич. или неправильной формы, порошков, волокон, тканей, паст и изделий (напр., мембран ионитовых). Примен. для очистки, разделения и концентрирования в-в из водных, орг. и газообразных сред, напр, для очистки сточных вод, лек. ср-в, сахара, выделения ценных металлов, при водоподго-товке носители в хроматографии гетерог. катализаторы.

В настоящее время в отечественной практике обессоливания воды могут применяться следующие катиониты сульфоуголь, эспатит I, катионит ПФСК (промышленное производство его пока не налажено). 

Из среднекислотных катионитов, выпускаемых в СССР, широкое практическое применение нашли суль-фоуголь и катионит КУ-1. Сульфоуголь — это катионит органического происхождения, представляющий собой продукт сульфирования бурых или спекающихся каменных углей. В процессе сульфирования структура углей обогащается дополнительной кислотной группой SO3H-. Сульфоуголь обладает достаточно удовлетворительными технологическими качествами и имеет невысокую стоимость. Чаще применяется катионит КУ-2, который хотя и имеет большую стоимость, но обладает высокой обменной емкостью (в 3 раза превышающей обменную емкость сульфоугля).

Рененерация ОСК с использованием твердых поглотителей. Известно, что возможно проведение очистки ОСК путем адсорбции примесей на твердых пористых поглотителях. Метод адсорбции нашел применение для очистки ОСК от соединений меди, железа, ртути, З-метил-4-нитрофенола, м-крезола и его нитрозо- и сульфопроизвод-ных, хлорпроизводных метана и т.д. В качестве адсорбентов предаа-гается использовать катиониты, прохлори1Юванные каолиновые брикеты, силикагель, активированный уголь, сульфоуголь.

I тип — иониты, проявляюш,ие свойства сильных кислот или сильных оснований. Для катионитов этого типа характерна высокая степень диссоциации и связанная с этим легкость обмена протонов на катионы из раствора электролита. Обменная емкость этих катионитов практически не зависит от pH раствора. Обменная емкость таких катионитов быстро возрастает с ростом pH раствора и уже при малых значениях pH достигает предельной величины и остается постоянной при дальнейшем возрастании pH. Ионогенными группами в катионитах типа I чаще всего являются группы —80зН, легко диссоциирующие на ион 80з , остающийся в матрице, и протон, являющийся противоионом. К I типу катионитов относятся КУ-2, сульфоуголь, амберлит ИР-120, дауэкс-50, во-фатит КС и др.

Одним из наиболее простых примеров ионита является так называемый сульфоуголь , который получают при обработке каменного угля дымящей серной кислотой. При этом на поверхности угля происходит сульфирование, т. е. замена атомов водорода в органическом веществе на сульфогрун-пу — ЗО Н. Состав полученного вещества можно изобразить формулой — К—50,Н, где Н —органический радикал. В этом веществе водородный ио сульфогруппы подвижен и может заменяться другими ионами. При пропускании природной воды через слой зерен сульфоугля на его поверхности протекает реакция.

Сульфоуголь можно регенерировать, пропуская через колонку соляную кислоту или концентрированный раствор С1. Сульфоуголь применяется для аналитических целей наряду с другими, более совершенными ионообменными массами.

Умягчение воды а+- и С1--ионированием. Умягчение воды с одновременным снижением щелочности также производят фильтрованием через слой смеси, состоящий из катионита и анионита или при последовательном фильтровании через них. В качестве катионита используют сильнокислый катионит — сульфоуголь, КУ-1 или КУ-2, а анионита как слабоо сновные типа АН-2Ф, так и сильно-основные— АН-17.

Иониты обладают высокой ионообменной способностью, достаточной химической и механической прочностью, ограниченной набуха-емостью зерен в растворах электролитов. Чаще всего применяют катиониты КУ-2, СДВ-3, аниониты АН-1, НО, АН-2Ф, ЭДЭ-10, АВ-17, сульфоуголь.

В качестве иоиообменивающих веществ применяют окись алюминия, пермутит, сульфоуголь и синтетические органические ионообменивающие вещества — ионообменные смолы.

Для Н-катионирования воды в основном применяют катиониты КУ-1, КУ-2-8, а также сульфоуголь. Сульфоуголь получают обработкой дымящей серной кислотой коксующегося угля. Рабочая обменная емкость сульфоугля при Н-катионировании зависит от состава исходной воды. При Na-катионировании анионный состав воды не оказывает влияния на рабочую емкость, а при Н-катионировании он играет главную роль. При этом рабочая емкость сульфоугля увеличивается с ростом удельного содержания иона H Oj в исходной воде.

Для вод с большим содержанием солей постоянной жесткости предусматривается докотловая обработка воды, включающая в себя осветление воды в механическом фильтре, загруженном антрацитом или кварцевым песком, и натрий-катионирование. В качестве катионита может быть принят сульфоуголь. Все водоподготовительное оборудование смонтировано в отдельном блоке.