СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИОННОГО ОБМЕНА Российский патент 1994 года по МПК C02F1/42 

Изобретение относится к ионному обмену и может быть использовано для воздействия на процесс как в сторону интенсификации, так и в сторону понижения его кинетических и сорбционных характеристик. Предлагаемое изобретение может применяться в медицинской, химической, электронной, теплоэнергетической и других отраслях промышленности, где используется процесс ионного обмена.

Известен способ проведения процесса ионного обмена с размещением ионообменного материала непосредственно в поле ультразвука (Агранат Б. А. Ультразвуковая технология. М. : Энергия, 1977, с. 384).

Недостатками известного способа являются необходимость непосредственного воздействия ультразвуковых колебаний на ионообменный материал в процессе осуществления ионного обмена, что приводит к механическому разрушению и значительным потерям его массы, а также сложность и энергоемкость способа.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ осуществления ионного обмена с использованием ионита, включающий проведение процессов сорбции, десорбции и промывки ионита водой (Шкроб М. С. Водоподготовка. М. : Госэнергоиздат, 1960, с. 278-281).

Однако этот способ имеет ограниченные возможности воздействия энергетического поля на кинетические и сорбционные свойства ионообменого материала, так как материал расположен непосредственно в поле ультразвука, что не позволяет увеличить выше определенного предела ни интенсивность, ни продолжительность воздействия ультразвуковых колебаний на ионообменный материал. Это обусловлено сохранением его механической прочности.

Целью изобретения является ускорение ионного обмена.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе осуществления ионного обмена, включающем использование ионообменного материала, последний обрабатывают водой, предварительно подвергнутой воздействию энергетического поля (ультразвукового, или электрического, или температурного, или биополя человека, или γ -излучения).

Предлагаемый способ в отличие от прототипа обладает возможностью в широком диапазоне воздействовать на кинетические и сорбционные характеристики ионного обмена благодаря осуществлению процесса на ионообменном материале, не подвергая его непосредственному воздействию энергетического поля, а посредством обработки его водой, прошедшей предварительное воздействие энергетическим полем.

Заявленное решение в отличие от известного позволяет без ограничений в широком диапазоне изменять интенсивность энергетического поля, увеличивая или понижая его, воздействуя тем самым на кинетические и сорбционные характеристики процесса ионного обмена, ускоряя или замедляя его, не опасаясь разрушения ионообменного материала, поскольку сам материал не подвергается энергополевому воздействию. Кроме того, данный способ применим к различным ионообменным материалам, в том числе и к биологическим, которые нежелательно подвергать непосредственному воздействию энергетического поля.

К преимуществам заявленного решения относится также возможность контроля и оценки относительной величины интенсивности энергетического поля, в том числе и биополя человека, воздействующего через воду на ионообменный материал. Определение относительной величины интенсивности энергетического поля осуществляется сопоставлением выходных кривых процесса сорбции - десорбции на контрольном и обработанном образцах ионообменного материала.

Предлагаемое изобретение обеспечивает значительный технический эффект, заключающийся в возможности в широком диапазоне изменять кинетические и сорбционные характеристики ионного обмена, ускоряя или замедляя его.

В практике ионного процесса не известны способы, способные дать подобный технический эффект, не подвергая ионообменный материал непосредственному воздействию энергетического поля и сохраняя при этом его механические свойства.

П р и м е р 1. Три порции катионита (1-й образец) в количестве 30 мл каждая заливали на 60 мин тремя порциями воды, предварительно обработанной в течение 5 мин: первая порция воды - ультразвуковыми колебаниями интенсивностью 12 Вт/см²; вторая порция - ультразвуковыми колебаниями интенсивностью 3 Вт/см², третья порция - электрическим полем постоянного тока при 100 Вт и силе тока 0,6-0,8 А. Перед процессом сорбции каждую порцию катионита, помещенную в колонку диаметром 25 мм, генерировали 4% -ным раствором НCl c расходом 5 мл/мин до выравнивания концентрации кислоты в поступающем растворе и фильтрате.

Процесс сорбции на каждой порции катионита осуществляли, пропуская с расходом 10 мл/мин через слой катионита, помещенного в колонку диаметром 25 мм, раствор хлористого кальция концентрацией 9,78 мг/экв/л до проскока иона Са⁺² в фильтрат.

Десорбцию ионов кальция выполняли путем пропускания с расходом 5 мл/мин 4% -й соляной кислоты через каждую порцию катионита. Фильтрат собирали порциями для определения содержания ионов Са⁺². Процесс десорбции продолжали до достижения состояния равновесия концентрации ионов кальция в условиях проведения эксперимента.

В идентичных условиях проводили контрольный эксперимент сравнения на катионите, не подвергшемся обработке водой, предварительно находившейся под воздействием энергетического поля. На основании полученных данных строили выходные кривые процесса десорбции ионов Са⁺², где по оси ординат - концентрация ионов Са⁺² в фильтрате, а по оси абсцисс - время процесса десорбции. Первую порцию катионита, обработанного водой, предварительно находившейся под воздействием ультразвуковых колебаний интенсивностью 12 Вт/см², после описанного эксперимента оставляли на 70 дней, затем проводили на ней повторный процесс сорбции и десорбции.

П р и м е р 2. Три порции катионита (2-й образец) обрабатывали (по времени примера 1): первую - водой, предварительно находившейся под воздействием ультразвуковых колебаний интенсивностью 12 Вт/см² (по времени согласно примеру 1), вторую - той же водой, разбавленной 1: 100 (разбавление производили через месяц после воздействия ультразвукового поля на воду), третью - раствором 4% -й HCl, приготовленным на той же воде, с расходом 5 мл/мин.

Перед процессом сорбции первым двум порциям катионита проводили регенерацию HCl 4% , затем на трех и контрольной порциях катионита проводили последующие процессы сорбции и десорбции по примеру 1.

П р и м е р 3. Три порции катионита (3-й образец) обрабатывали: две - водой, прошедшей предварительное воздействие биополя А. В. Чумака и А. М. Кашпировского у телевизора на расстоянии около 0,5 м от экрана, третью - водой, облученной при трансляции сетки телевизора без звука.

Последующие процессы на трех и контрольной порциях катионита проводили согласно примеру 1.

П р и м е р 4. Порцию катионита помещали в воду, замороженную до температуры жидкого азота, поле выдержки в течение около 60 мин проводили на ней процесс сорбции-десорбции по примеру 1. Этот же катионит после процесса десорбции обрабатывали водой, предварительно подвергнутой воздействию ультразвуковых колебаний интенсивностью 12 Вт/см².

Последующие процессы сорбции и десорбции на экспериментальной и контрольной порциях катионита выполняли по примеру 1. Результаты и условия проведения экспериментов, описанных в примерах 1-5, приведены в таблице .

П р и м е р 5. На анионите (An) марки АВ-127-8 и в ОН-форме, предварительно в течение 60 мин обработанном водой, подвергнутой в течение 5 мин воздействию ультразвука интенсивностью 3 Вт/см², проводили процесс сорбции путем пропускания через анионит с расходом 10 мл/мин 0,006 М раствор NaCl до "проскока" иона Cl^- в фильтрат. Десорбцию ионов хлора с анионита выполняли путем пропускания через него 4% NaOH с расходом 5 мл/мин. Процесс десорбции продолжали до достижения равновесия концентрации ионов хлора в условиях проведения эксперимента.

В идентичных условиях проводили контрольный эксперимент на анионите, не подвергшемся предварительной обработке водой, прошедшей воздействие ультразвукового поля (условия проведения контрольного эксперимента соответствуют условиям способа по прототипу).

Из анализа полученных результатов, приведенных в таблице, следует
1. Предлагаемый способ позволяет изменить кинетические и сорбционные свойства ионообменного материала и воздействовать на них как в сторону повышения, так и в сторону понижения (пример 1, эксп. 1-3; пример 4, эксп. N 14-16, таблица);
2. Кинетические и сорбционные свойства у катионита, обработанного водой, предварительно подвергнутой воздействию энергетического поля, сохраняются продолжительное время, о чем свидетельствуют результаты повторного эксперимента на одном образце катионита, проведенного через 70 дней (пример 1, эксп. 1-2,5, таблица);
3. Катионит после пребывания в обработанной энергетическим полем воде, разбавленной 1: 100 (или смешанной из порций, имеющих различную "энергетическую информацию"), имеет кинетические и сорбционные характеристики выше, чем катионит, обработанный той же водой без разбавления (пример 2, эксп. 6. 7. 9, таблица);
4. Результаты воздействия на катионит разбавленной (1: 100) воды с учетом проведенного разбавления через месяц после обработки воды энергетическим полем свидетельствуют о том, что вода сохраняет в течение этого времени свои "энергетические" свойства (или структуру, полученную под воздействием поля);
5. Катионит, имеющий заниженные кинетические и сорбционные свойства (после воздействия низкотемпературного поля), меняет их в сторону повышения после воздействия на него воды, предварительно обработанной высокочастотным энергетическим полем (например, ультразвуковым), что свидетельствует об отсутствии необратимых изменений в свойствах ионообменного материала от воздействия низких температур, а также о возможности регулирования процессом ионного обмена (см. таблицу, пример 4, эксп. 14-18);
6. Предложенный способ позволяет контролировать и оценивать относительную интенсивность энергетического поля, в том числе и биополя человека, посредством сопоставления выходных кривых процесса сорбции-десорбции на контрольном и обработанном образцах ионообменного материала (см. таблицу, примеры 1,3,4).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в возможности влияния на кинетические и сорбционные характеристики ионного обмена, не подвергая ионообменный материал непосредственному воздействию энергетического поля и сохраняя при этом его механические свойства.

(56) Шкроб М. С. Водоподготовка. М. : Госэнергоиздат, 1960, с. 278-281.

Перед осуществлением процесса ионного обмена ионит обрабатывают водой, подвергнутой воздействию энергетического поля. В качестве энергетического поля используют ультразвуковое поле, или электрическое, или температурное, или гамма-излучение. Процесс ионного обмена ускоряется. 1 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИОННОГО ОБМЕНА, включающий проведение процессов сорбции, десорбции и промывки ионита водой, отличающийся тем, что, с целью ускорения ионного обмена, ионит предварительно обрабатывают водой, подвергнутой воздействию энергетического поля. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве энергетического поля используют ультразвуковое поле или электрическое, или температурное, или гамма-излучение.