Многоликий ионный обмен

2 июля 2018 г.
 

Татьяна Митченко,

Наталья Турченюк

Период времени, в который живем мы и будут жить многие будущие поколения, можно назвать «полимерным» веком по аналогии с периодами «каменного», «бронзового» и «железного» веков. И одно из самых выдающихся достижений 20-го века – это изобретение ионообменных смол на основе сшитых полиэлектролитов.

Ф. Гельферих

ПРЕДТЕЧА

История ионного обмена, как и многих великих открытий, основана на случайностях и больше напоминает детектив, чем серьёзные научные хроники. Так, в 1845 году известный британский агроном-исследователь Томпсон (H.S.Thompson) попросил некоего фармацевта Спенса изучить возможность вымывания дождем поглощенного почвой аммиака. Спенс засыпал в сосуд глину, смешанную с сульфатом аммония, и пропустил через слой компонентов воду. Каково же было его удивление, когда на выходе из колонки в растворе был обнаружен не сульфат аммония ((NH4)2SO4), а сульфат кальция, т.е. гипс (CaSO4). По словам экспериментатора, это был настоящий сюрприз («This was a complete surprise»). Адекватно оценил значимость обнаруженного факта профессор-химик Уэй (J.T.Way), назвав его научной жемчужиной огромной ценности. Именно с именами Томпсона и Уэя связывают официальное открытие ионного обмена, поскольку ими были впервые в 1850 году опубликованы в журнале Английского королевского сельско-хозяйственного общества сообщения о способности почв «обменивать основания» аммония, кальция и магния.

Последующие 50 лет активных исследований открыли возможность достаточно успешного практического использования природных материалов с обменными свойствами (цеолита, монтморилонита и др.) для умягчения природных вод. В начале 20-го века появились синтетические неорганические катионообменники на основе угля, обработанного серной кислотой (сульфоугли); песка, полевого шпата, каолинита и соды (пермутит); конгломерата цемента, кизельгура, охры и другие.

Первыми в 1903 году катионный обмен для умягчения воды начали использовать прачечные в Европе с целью экономии мыла, а уже в 1920 году на электростанции в Москве заработала первая промышленная установка умягчения воды для котлов.

Однако, по-настоящему широкое распространение ионообменные технологии получили после появления высокомолекулярных ионообменников. И вот тут начинается вторая глава нашей детективной истории.

ОТ МИНЕРАЛОВ К ГРАМПЛАСТИНКАМ

В 1935 году британские ученые из химической исследовательской лаборатории (Chemical Research Laboratory) в английском городе Теддингтоне Б. Адамс и Е. Холмс, проводя эксперименты по измерению обменной емкости разных неорганических ионообменников, решили послушать музыку, записанную на граммофонной пластинке. Пластинка случайно разбилась. Чтобы получить от нее хотя бы какой-нибудь толк, исследователи решили оценить обменную емкость осколков. Каково же было их удивление, когда выяснилось, что емкость осколков грампластинки существенно выше емкости изучаемых образцов. Пластинка была изготовлена из фенолформальдегидной смолы. С этого момента и наступила эра высокомолекулярных полимерных ионобменных смол.

В том же 1935 году Б. Адамс и Е. Холмс запатентовали свое открытие в Англии и США, а уже в 1938 году в Германии было организовано первое серийное производство полимерных ионитов. Очень скоро была показана возможность целенаправленного варьирования и улучшения свойств ионообменных смол путем введения в полимерную матрицу различных катионообменных групп, таких, как сульфокислотные и карбоксильные. Тем самым было положено начало синтезу полимерных катионообменников, чьи свойства значительно превосходили свойства неорганических ионитов. К середине 50-х годов выпуск фенолформальдегидных и других поликонденсационных смол, причем не только катионитов, но и анионитов, был освоен более чем 30 фирмами в 15 странах, в том числе в СССР.

Следует отметить, что именно в СССР были достигнуты значительные успехи в развитии технологии получения поликонденсационных ионитов, причем, в типичном для того исторического этапа стиле. Так, один из главных создателей советской ионообменной промышленности А. Б. Пашков с августа 1942 по январь 1955 года вносил свой вклад в развитие отрасли, будучи заключенным Минлага Коми АССР по стандартному в то время обвинению во вредительстве и антисоветской агитации. После освобождения и реабилитации он многие годы работал в НИИ пластмасс и являлся Главным химиком по проблеме синтеза ионитов в Советском Союзе. Однако, еще долго все работы, связанные с производством и использованием ионитов, проводили в режиме строгой секретности, что, естественно, не способствовало скорейшим успехам, но уж таковы были особенности национальной науки.

Читать продолжение статьи: журнал "Вода и Водоочистные Технологии" №4 за 2017 год.

Подписаться на журнал можно перейдя по ссылке: http://waternet.ua/magazine/subscription/

Коментарии

Смотрите также
 
Популярное