История ионного обмена
Хронология
В таблице ниже показаны основные этапы развития ионного обмена.| ~1400 до н.э. | Моисей экспериментирует с обезгорчиванием воды (Исход 15, 22–25) |
|---|---|
| ~330 до н.э. | Аристотель обнаружил, что морская вода теряет часть своего солевого содержания при прохождении через определённый песок. |
| 1850 | Открытие ионного обмена Томпсоном и Уэем (Англия). |
| 1876 | Цеолиты признаны носителями основного обмена в почвах (Лемберг). |
| 1901 | Искусственные цеолиты используются для удаления калия из сахарных соков. |
| 1905 | Коммерческое использование ионного обмена с неорганическими алюмосиликатами (цеолитами) разработано Гансом (Германия). |
| 1935 | Промышленное производство сульфированных углей для фильтров умягчения воды (Либкнехт и Смит). |
| 1935 | Синтетические ионообменные смолы (фенол-формальдегидные поликонденсаты) изобретены Адамсом и Холмсом. |
| 1940 | Первые коммерческие фенол-формальдегидные ионообменные смолы; как сильнокислотные, так и слабоосновные обменники. Примеры: Duolite C3 и Duolite A7. |
| 1944 | Первый патент на сульфированную полистирольную смолу (Д'Алелио, США). |
| 1946 | Макберни изобретает сильноосновные аниониты, получаемые хлорметилированием и аминированием полистирола. |
| 1947 | Первые коммерческие сильнокислотные катиониты на основе сшитого полистирола. |
| 1948 | Первые коммерческие сильноосновные аниониты на основе изобретения Макберни. |
| 1948 | Rohm and Haas представляет первый слабокислотный катионит (метакриловый Amberlite IRC50). |
| 1949 | Первое коммерческое использование технологии смешанного слоя смол. |
| 1950 | Первое использование слабокислотных смол для извлечения антибиотиков (стрептомицин) из ферментационного раствора. |
| 1950 | Первый коммерческий синтез слабоосновного анионита на основе стирола (Amberlite IRA45). |
| 1950 | Разработка ионообменных смол в порошкообразной форме для терапии снижения натрия. |
| 1951 | Первое использование ионообменных смол для обработки сахара. |
| 1952 | Первое коммерческое использование анионитов для извлечения урана из выщелачивающего раствора. |
| 1952 | Изобретение и разработка хелатирующих полимеров (Грегор). |
| 1953 | Rohm and Haas разрабатывает слабоосновной анионит на акриловой основе (ныне Amberlite IRA67). |
| 1957 | Rohm and Haas представляет жидкие анионообменные материалы (Amberlite LA1, LA2). |
| 1959 | Открытие техники фазорасширяющей полимеризации для производства макропористых ионообменных смол. Патенты в Германии (Bayer), США (Rohm and Haas) и Великобритании (Permutit). Rohm and Haas называл продукты макроретикулярными. |
| 1961 | Rohm and Haas представляет макроретикулярные (макропористые) ионообменные смолы для использования в качестве катализаторов. |
| 1963 | Bayer подаёт патент на технологию ионного обмена с «плавающим слоем» (Schwebebett). |
| 1965 | Представлены новые макроретикулярные полимерные адсорбенты (Amberlite XAD2, XAD4 и др.). |
| 1974 | Первое коммерческое использование борселективной смолы (Amberlite IRA743, метил-глюкамин). |
| 1988 | Dow Chemical представляет смолы с однородным размером частиц Dowex Monosphere. |
Несколько дополнительных деталей
Как видно из предыдущей таблицы, наиболее активный период разработки ионообменных смол пришёлся на середину XX века. Сегодня технология зрелая, и делаются лишь небольшие улучшения в процессах применения и конструкции колонн, но мало в синтезе смол, где химия достигла своих пределов.Алюмосиликаты
Природные и синтетические алюмосиликаты натрия (часто называемые цеолитами) использовались для умягчения воды в первой части XX века. Ёмкость была низкой, а силикаты несколько растворимы при высоком pH. Одним из последних продуктов, продававшихся коммерчески в 1970-х годах, был Decalso Y производства Zerolit Ltd в Великобритании. Сегодня они больше не используются в ионообменных колоннах. Однако алюмосиликаты по-прежнему широко используются в качестве компонента стиральных порошков благодаря их способности умягчать воду.Природный цеолит под названием клиноптилолит также до сих пор используется в ядерной промышленности благодаря высокому сродству к цезию. После аварии на Фукусиме в 2011 году мешки с этим цеолитом были сброшены на территорию электростанции в попытке устранить радиоактивный 137Cs или хотя бы предотвратить его распространение в море.
Сульфированный уголь
В 1930–1950-х годах этот продукт был основным катионитом. Он может использоваться как в натриевом, так и в водородном цикле. Однако его ёмкость составляет лишь около 1/4 ёмкости современной сульфированной полистирольной смолы, поэтому он был полностью вытеснен синтетическими продуктами.Синтетические смолы
Сегодня это единственные значимые продукты, используемые в промышленной технологии ионного обмена. Около 95% смол основаны на стирольных полимерах, 4% на акрилатах и лишь очень малая доля на других полимерах. Вы можете прочитать больше о структуре смол и типах смол на соответствующих страницах.