Цель работы – провести обессоливание морской воды ионообменным методом и оценить эффективность процесса обессоливания по изменению электропроводности раствора морской воды.

Ход работы

Проба воды, подготовленная соответствующим образом (по мутности и окисляемости), в объеме 200-300 мл последовательно фильтруется через катионит в Н⁺ - форме и анионит в ОН^- или HCO₃^- - форме. Скорость фильтрования устанавливается на уровне одна капля в секунду. Первые порции фильтрата (20-30) мл отбрасываются. После окончания фильтрования через анионит проводят определение солесодержания либо удельной электропроводности. Остаточное солесодержание при ступенчатом (одноступенчатом в данном случае) ионировании должно составить около 20 мг/л, что соответствует удельной электропроводности 35-45 мкОм^-1·см^-1. После окончания фильтрования проводят регенерацию ионообменников растворами соляной кислоты (5 %-ный раствор), щелочи или соды. Расход воды на промывку ионита принимают 10 м³/м³ ионита.

Удельная электропроводность растворов электролитов

Растворы кислот солей и оснований обладают способностью проводить электрический ток. Переносчиками тока в растворах электролитов являются катионы и анионы, которые образуются в результате их электролитической диссоциации. Подобно проводникам первого рода (металлам) растворы электролитов подчиняются закону Ома (уравнение 3):

	(3)
где ρ – удельное сопротивление, Ом·см; l – расстояние между электродами, см; s – площадь электрода, см2; R – сопротивление проводника, Ом.

Удельная электропроводность рассчитывается по уравнению (4):

æ ,	(4)
где æ – удельная электропроводность, Ом-1·см-1; ρ – удельное сопротивление, Ом·см.

Удельная электропроводность электролита является величиной обратной сопротивлению столба раствора длиной 1 см с площадью поперечного сечения в 1 см². Измеряется удельная электропроводность в См/м или ом^-1 см^-1.

Специфическая особенность растворов электролитов состоит в том, что проводящая способность зависит от индивидуальных свойств ионов, от концентрации их общего числа в единице объема раствора, поэтому электропроводность определяется концентрацией растворов.

В связи с тем, что величина удельной электропроводности сильно зависит от концентрации, пользуются величиной удельной электропроводности, отнесенной к молярной концентрации эквивалента, обозначаемой λ_v. Отношение æ/с называют эквивалентной электропроводностью. Уравнения (5)-(7) связывают удельную и эквивалентную электропроводности:

λv = V·æ;	(5)
;	(6)
λv = ,	(7)
где С – молярная концентрация эквивалента, моль/л; V – объем, cм3; λv – эквивалентная электропроводность, см2 ом-1 ·моль-1.

Измерению электропроводности раствора предшествует определение константы ячейки (С^٭), в которой проводятся измерения. Если бы расстояние между электродами в сосуде точно равнялось 1 см, а площадь каждого электрода равна 1 см² и в проведении тока участвовал только объем раствора, заключенного между электродами, то измеренная в таких условиях электропроводность представляла бы истинную удельную электропроводность раствора.

В действительности электропроводность раствора зависит не только от размеров электродов и расстояния между ними, но и от их формы и взаимного расположения и объема раствора, поэтому удельная электропроводность не равна измеренной, а ей пропорциональна согласно уравнению (8):

Порядок определения удельной электропроводности растворов и эффективности процесса обессоливания

1. Приготовить растворы хлорида калия из раствора хлорида калия с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л по таблице 2. Для разбавления растворов используются мерные колбы объемом 50 мл, за исключением концентраций 0,0005 моль/л, 0,001моль/л, – для них используются мерные колбы на 100 мл;

Таблица 2 – Эквивалентная электропроводность водных растворов KCl различных концентраций

2. Для каждого приготовленного раствора измерить удельную электропроводность (æ_э) на кондуктометре ОК – 102/1;

3. Вычислить истинную удельную электропроводность (æ_ист.) для каждого раствора таблицы 2 по формуле (7);

4. Вычислить константу ячейки (C*) для каждой концентрации таблицы 2 по формуле (8);

5. Вычислить среднее арифметическое полученных значений констант ячейки ();

6. Измерить на кондуктометре удельную электропроводность (æ_э) морской воды до и после фильтрования на катионите и анионите;

7. Вычислить истинную удельную электропроводность (æ_ист.) морской воды до и после фильтрования на катионите и анионите по формуле (9):

æист. = æэ· ,	(9)
где æист. – истинная удельная электропроводность раствора, Ом-1·см-1; æэ – экспериментальная удельная электропроводность раствора, Ом-1·см-1; - константа ячейки.

8. Вычислить относительную электропроводность морской воды до и после фильтрования на катионите и анионите по формуле (10):

9. По значению относительной электропроводности R₂₀, используя океанографические таблицы, определить соленость морской воды до и после фильтрования на катионите и анионите (S, ‰);

10. Рассчитать эффективность ионообменного метода обессоливания морской воды по формуле (11):

	(11)
где S1 – соленость морской воды до фильтрования на ионитах, ‰; S2 – соленость морской воды после фильтрования на ионитах, ‰.