МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Дата введения 01.01.91 Настоящий стандарт распространяется на иониты и устанавливает методы определения динамической обменной емкости с полной регенерацией ионита и с заданным расходом регенерирующего вещества. Методы заключаются в определении количества ионов, поглощаемых из рабочего раствора единицей объема набухшего ионита при непрерывном протекании раствора через слой ионита. 1. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ1.1. Метод отбора проб указывают в нормативно-технической документации на конкретную продукцию. 1.2. Для ионитов, у которых массовая доля влаги менее 30 %, отбирают пробу (100 ± 10) г. Для набухания пробу помещают в стакан вместимостью 600 см3 и заливают насыщенным раствором хлористого натрия, который должен с избытком покрывать слой ионита с учетом его набухаемости. Через 5 ч ионит промывают дистиллированной водой. 1.3. Для ионитов с массовой долей влаги более 30 % отбирают пробу (150 ± 10) г в стакан вместимостью 600 см3 и приливают 200 см3 дистиллированной воды. 2. РЕАКТИВЫ, РАСТВОРЫ, ПОСУДА, ПРИБОРЫВода дистиллированная по ГОСТ 6709 или деминерализованная, отвечающая требованиям ГОСТ 6709. Барий хлористый по ГОСТ 742, х. ч., раствор с массовой долей 10 %. Кальций хлористый 2-водный, х. ч., растворы концентраций c (1/2 CaCl2) = 0,01 моль/дм3 (0,01 н.) и c (1/2 CaCl2) = 0,0035 моль/дм3 (0,0035 н.). Кислота соляная по ГОСТ 3118, х. ч., растворы с массовой долей 5 % и концентраций c (НСl) = 0,5 моль/дм3 (0,5 н.), c(НСl)= 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) и c(НСl) = 0,0035 моль/дм3 (0,0035 н.). Кислота серная по ГОСТ 4204, х. ч., растворы с массовой долей 1 %, концентрации с (1/2 H2SO4) = 0,5 моль/дм3 (0,5 н.). Натрия гидроокись по ГОСТ 4328, х. ч., растворы с массовой долей 2, 4, 5 %, концентраций c (NaOH) = 0,5 моль/дм3 (0,5 н.), c (NaOH) = 0,1 моль/дм3 (0,1 н.), c (NaOH) = 0,0035 моль/дм3 (0,0035 н.). Натрий хлористый по ГОСТ 4233, х. ч., насыщенный раствор и раствор концентрации c (NaCl) = 0,01 моль/дм3 (0,01 н.). Индикатор смешанный, состоящий из метилового красного и метиленового голубого или из метилового красного и бромкрезолового зеленого, готовят по ГОСТ 4919.1. Индикатор метиловый оранжевый или метиловый красный, раствор с массовой долей 0,1 %, готовят по ГОСТ 4919.1. Индикатор фенолфталеин, спиртовой раствор с массовой долей 1 %, готовят по ГОСТ 4919.1. Поглотитель химический известковый ХПИ-1 по ГОСТ 6755 или известь натронная. Трубка (хлоркальциевая) по ГОСТ 25336. Мензурка 1000 по ГОСТ 1770. Цилиндры по ГОСТ 1770 исполнений 1 - 4 вместимостью 100 и 250 см3 и исполнений 1, 2 вместимостью 500 и 1000 см3. Стаканы В или Н по ГОСТ 25336 в любом исполнении вместимостью 600 и 1000 см3. Колбы Кн-1-250 по ГОСТ 25336. Пипетки 2-2-100, 2-2-25, 2-2-20 и 2-2-10 по НТД. Бюретки по НТД типов 1, 2, исполнений 1 - 5, классов точности 1, 2, вместимостью 25 или 50 см3, с ценой деления не более 0,1 см3 и бюретки типов 1, 2, исполнения 6, классов точности 1, 2, вместимостью 2 или 5 см3, с ценой деления не более 0,02 см3. Колбы мерные исполнений 1, 2 по ГОСТ 1770, классов точности 1, 2, вместимостью 10, 25 и 100 см3. Сито с контрольной сеткой 0315К по ГОСТ 6613 с обечайкой диаметром 200 мм. Чашка ЧКЦ-5000 по ГОСТ 25336 или из полимеризационного материала, достаточная для помещения в нее сита. Установка лабораторная (см. чертеж) состоит из бутыли 1 и стеклянной колонки 6 внутренним диаметром (25,0 ± 1,0) мм и высотой не менее 600 мм для определения динамической обменной емкости в условиях полной регенерации ионита и внутренним диаметром (16,0 ± 0,5) мм и высотой не менее 850 мм для определения в условиях заданного расхода регенерирующего вещества. В нижнюю часть колонки впаян фильтр 7 типа ФКП ПОР 250 ХС по ГОСТ 25336 или другое фильтрующее устройство, устойчивое к действию кислот и щелочей, не пропускающее зерен ионита размером более 0,25 мм и обладающее малым сопротивлением фильтрации. Колонку соединяют с бутылью с помощью стеклянной трубки 3 и резинового шланга 4 с винтовым зажимом 5. Для предотвращения попадания углекислого газа из воздуха в раствор гидроокиси натрия в пробку бутыли устанавливают хлоркальциевую трубку 2 с поглотителем ХПИ-1. Допускается применение других средств измерения с метрологическими характеристиками не хуже указанных, а также реактивов по качеству не ниже указанных. 3. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ДИНАМИЧЕСКОЙ ОБМЕННОЙ ЕМКОСТИ
|
Показатель |
Класс ионитов |
Рабочий раствор для насыщения ионитов |
Контроль насыщения |
Регенерирующий раствор |
Скорость фильтрации/удельная нагрузка (см3/мин)/(дм3/дм3·ч) |
||
насыщение |
отмывка |
регенерация |
|||||
Динамическая обменная емкость до проскока () |
Сильнокислотные катиониты |
Кальций хлористый c (1/2 CaCl2) = 0,01 моль/дм3 (0,01 н.) |
До концентрации ионов кальция в фильтрате с (1/2 Са2+) = 0,05 ммоль/дм3 (0,05 мг·экв/дм3) определяют по ГОСТ 4151 |
Соляная кислота, раствор с массовой долей 5 % |
16,6/10 |
8,3/5 |
8,3/5 |
|
Сильноосновные аниониты |
Натрий хлористый c (NaCl) = 0,01 моль/дм3 (0,01 н.) |
До снижения концентрации щелочи на 0,5 ммоль/дм3 (0,5 мг·экв/дм3) в сравнении с максимально устойчивым ее значением в фильтрате [индикатор смешанный, титрующий раствор, соляная кислота концентрации c(HCl) = 0,01 моль/дм3 (0,01 и.)] и до повышения содержания ионов хлора в сравнении с его устойчивым содержанием в фильтрате (определяют по ГОСТ 15615) |
Гидроокись натрия, раствор с массовой долей 5 % |
16,6/10 |
8,3/5 |
8,3/5 |
|
Слабоосновные аниониты |
Соляная кислота с (HCl) = 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) |
До появления в фильтрате кислоты (по метиловому оранжевому) |
Гидроокись натрия, раствор с массовой долей 2 % |
8,3/5 |
8,3/5 |
8,3/5 |
Полная динамическая обменная емкость () |
Слабоосновные аниониты |
Соляная кислота с (HCl) = 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) |
До уравнивания концентрации фильтрата с концентрацией рабочего раствора |
Гидроокись натрия, раствор с массовой долей 2 % |
8,3/5 |
8,3/5 |
8,3/5 |
Примечания:
1. При определении концентрации ионов Ca2+ по ГОСТ 4151 допускается использование 2 - 3 капель индикатора хром-темно-синего и титрование раствором трилона Б концентрации с (1/2Na2H14C10O8N2·2H2O) = 0,01 моль/дм3 (0,01 н.).
2. Удельная нагрузка - это объем раствора, пропускаемый через объем ионита за 1 ч. Например, 5 дм3/дм3·ч соответствует скорости фильтрации, при которой через 100 см3 ионита за 1 ч проходит 500 см3 раствора (8,3 см3/мин).
3. Скорость фильтрации устанавливают измерением в мерном цилиндре объема фильтрата, полученного за определенный интервал времени.
Растворы и воду подают сверху вниз. При насыщении анионита марок АН-1 и АН-2ФН растворы подают снизу вверх.
3.2.2 Перед проведением операций насыщения, регенерации и отмывки колонку заполняют соответствующим раствором. Слой раствора над ионитом должен быть (15 ± 3) см.
3.2.3. После насыщения, регенерации и отмывки в колонке над ионитом оставляют слой жидкости высотой 1 - 2 см.
3.2.4. Колонку с ионитом заполняют рабочим раствором для конкретного класса ионита (см. табл. 1) так, чтобы слой раствора над ионитом составлял (15 ± 3) см, и выбирают соответствующую скорость фильтрации.
При пропускании через колонку с ионитом рабочих растворов концентрации 0,1 моль/дм3 (0,1 н.), фильтрат собирают в цилиндры вместимостью 250 см3, при концентрации 0,01 моль/дм3 (0,01 н.) - в цилиндры вместимостью 1000 см3. Во втором и последующих циклах насыщения перед появлением ионов рабочего раствора в фильтрате (определяют после первого цикла) фильтрат собирают порциями по 100 и 250 см3 соответственно концентрациям рабочего раствора.
3.2.5. От каждой порции фильтрата отбирают пробу и контролируют насыщение в соответствии с табл. 1.
3.2.6. После появления в порции фильтрата ионов рабочего раствора вычисляют общий объем фильтрата.
3.2.7. Для определения полной динамической обменной емкости продолжают пропускать раствор до выравнивания концентрации фильтрата с концентрацией рабочего раствора. Контроль насыщения в этом случае проводят титрованием пробы раствором кислоты (гидроокиси натрия) со смешанным индикатором до изменения окраски.
3.2.8. Перед проведением регенерации ионит в колонке взрыхляют током дистиллированной воды снизу вверх так, чтобы все зерна ионита были в движении. Взрыхление катионита марки КУ-1 и анионитов марок АН-1 и АН-2ФН проводят перед операцией насыщения.
3.2.9. Регенерацию ионита проводят раствором кислоты (гидроокиси натрия) со скоростью, указанной в табл. 1. Фильтрат непрерывно собирают порциями цилиндром объемом 250 - 1000 см3, добавляя 3 - 4 капли индикатора. При появлении кислоты (гидроокиси натрия) в фильтрате в последующих порциях определяют ее концентрацию. Для контроля фильтрата отбирают пипеткой или мерной колбой пробу и титруют раствором кислоты (гидроокиси натрия) концентрации с (HCl, 1/2 H2SO4) = 0,5 моль/дм3 (0,5 н.), с (NaOH) = 0,5 моль/дм3 (0,5 н.) в присутствии индикатора.
3.2.10. Раствор кислоты (гидроокиси натрия) пропускают до уравнивания концентрации фильтрата с концентрацией регенерирующего раствора.
3.2.11. Ионит после регенерации промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции по метиловому оранжевому (фенолфталеину) со скоростью, указанной в табл. 1. Затем ионит выдерживают в дистиллированной воде в течение 1 ч и снова проверяют фильтрат. Если фильтрат не имеет нейтральной реакции, ионит промывают повторно.
3.2.12. Определение динамической обменной емкости заканчивают, если в двух последних циклах получены результаты, расхождение между которыми не превышает 5 % среднего результата.
3.2.13. Динамическую обменную емкость анионита АВ-17-8чС определяют на двух параллельных пробах по первому циклу насыщения, перед появлением ионов рабочего раствора в фильтрате. Фильтрат собирают порциями по 250 см3. За результат принимают среднее арифметическое результатов двух определений, допускаемое расхождение между которыми не превышает 5 % среднего результата.
(Поправка, ИУС 3-91).
4.1. Подготовка к испытанию
4.1.1. Ионит, отобранный в соответствии с пп. 1.2 и 1.3, отделяют от мелких фракций методом мокрого рассева по ГОСТ 10900, используя сито с сеткой № 0315К.
4.1.2. Отсеянный анионит помещают в стакан, приливают 500 см3 раствора гидроокиси натрия с массовой долей 4 % и перемешивают. Через 4 ч раствор гидроокиси сливают, а анионит промывают водой до слабощелочной реакции по фенолфталеину и переносят в колонку, как указано в п. 3.1.2.
4.1.3. Отсеянный катионит промывают от взвеси и мути дистиллированной водой декантацией до появления светлой промывной воды и переносят в колонку в соответствии с п. 3.1.2.
4.2. Проведение испытания
4.2.1. Определение динамической обменной емкости ионитов до появления ионов рабочего раствора в фильтрате () состоит из нескольких циклов, каждый из которых включает три последовательные операции - насыщение, регенерацию, отмывку, условия проведения которых приведены в табл. 2. Растворы и воду подают сверху вниз. Высоту слоя жидкости над уровнем ионита устанавливают, как указано в пп. 3.2.2 и 3.2.3.
Условия определения динамической обменной емкости ионитов при заданном расходе регенерирующего вещества
Класс ионитов |
Регенерирующий раствор |
Норма удельного расхода регенерирующего вещества (), г/моль (г/г·экв) поглощенных ионов |
Контроль отмывки |
Рабочий раствор для насыщения ионита |
Контроль насыщения |
Скорость фильтрации/удельная нагрузка (см3/мин)/(дм3/дм3·ч) |
||
насыщение |
отмывка |
регенерация |
||||||
Сильнокислотные катиониты |
Серная кислота, раствор с массовой долей 1 % |
147 |
До остаточной концентрации кислоты в фильтрате не более с (1/2H2SO4) = 1 ммоль/дм3 (1 мг·экв/дм3) и концентрации ионов кальция с (1/2 Са2+) = 0,05 ммоль/дм3 (0,05 мг·экв/дм3), определяют по ГОСТ 4151 |
Кальций хлористый с (1/2 CaCl2) = 0,0035 моль/дм3 (0,0035 н.) |
До концентрации ионов кальция в фильтрате более с(1/2 Са2+) = 0,05 ммоль/дм3 (0,05 мг·экв/дм3), определяют по ГОСТ 4151 |
33/20 |
33/20 |
16,6/10 |
Слабокислотные катиониты |
Серная кислота, раствор с массовой долей 1 % |
49 |
До отсутствия в фильтрате сульфатионов (проба с ВаСl2 в присутствии HCl) |
Гидроокись натрия с (NaOH) = 0,0035 моль/дм3 (0,0035 н.) |
До концентрации в фильтрате гидроокиси натрия с (NaOH) = 0,1 ммоль/дм3 (0,1 мг·экв/дм3) (по фенолфталеину) |
33/20 |
33/20 |
16,6/10 |
Сильноосновные аниониты |
Гидроокись натрия с массовой долей 4 % |
200 |
До остаточной концентрации гидроокиси натрия в фильтрате не более с (NaOH) = 0,2 ммоль/дм3 (0,2 мг·экв/дм3) по фенолфталеину |
Натрий хлористый с (NaCl) = 0,01 моль/дм3 (0,01 н.) |
До снижения концентрации щелочи на с (NaOH) = 0,7 ммоль/дм3 (0,7 мг·экв/дм3) в сравнении с максимально устойчивым ее значением в фильтрате |
33/20 |
13,3/8 |
13,3/8 |
Слабоосновные аниониты |
Гидроокись натрия, раствор с массовой долей 4 % |
80 |
До остаточной концентрации гидроокиси натрия в фильтрате не более с (NaOH) = 0,2 ммоль/дм3 (0,2 мг·экв/дм3) по фенолфталеину |
Соляная (серная) кислота с (НCl, 1/2 H2SO4) = 0,0035 моль/дм3 (0,0035 н.) |
До остаточной концентрации кислоты в фильтрате не более с (Н+) = 0,1 ммоль/дм3 (0,1 мг·экв/дм3), индикатор смешанный, титрующий раствор-гидроокись натрия концентрации с (NaOH) = 0,01 моль/дм3 (0,01 н.) |
33/20 |
13,3/8 |
13,3/8 |
Примечания:
1. При выражении нормы удельного расхода регенерирующего вещества (Н) в граммах на моль под словом «моль» имеется в виду молярная масса эквивалента иона (Na+, К+, 1/2 Са2+, 1/2 Mg2+, Cl- NO3-, НСО3-, HSO4-, 1/2 СO32-, 1/2 SO42- и т.д.).
2. Фактический расход регенерирующего вещества не должен отличаться от заданной нормы более чем на 5 %.
3. При определении концентрации ионов Са2+ по ГОСТ 4151 допускается использование 2 - 3 капель индикатора хром-темно-синего и титрование раствором трилона Б концентрации с (1/2Na2H14C10O8N2·2H2O) = 0,01 моль/дм3 (0,01 н.).
4. Удельная нагрузка - это объем раствора, пропускаемый через объем ионита за 1 ч. Например, 5 дм3/дм3·ч соответствует скорости фильтрации, при которой через 100 см3 ионита за 1 ч проходит 500 см3 раствора (8,3 см3/мин).
5. Скорость фильтрации устанавливают измерением в мерном цилиндре объема фильтрата, полученного за определенный интервал времени.
Во избежание загипсовывания катионита регенерацию кислотой и отмывку от продуктов регенерации проводят без остановок, не допуская разрыва между операциями.
Перед проведением каждого последующего цикла ионит взрыхляют током воды снизу вверх так, чтобы все зерна ионита были в движении.
4.2.2. Через ионит в колонке пропускают регенерирующий раствор, объем которого () в кубических сантиметрах вычисляют по формуле
где - заданная норма удельного расхода регенерирующего вещества, г/моль (г/г·экв);
- динамическая обменная емкость; выбирают по нормативно-технической документации на конкретный ионит, моль/м3 (г-экв/м3); для ионитов марок АВ-17-8, АН-31 и ЭДЭ-10П допускается для первой регенерации увеличенное значение динамической обменной емкости до 3;
- объем пробы ионита, см3;
- концентрация регенерирующего раствора, г/дм3.
Количество регенерирующего раствора измеряют на выходе из колонки цилиндром или мензуркой. Затем колонку отсоединяют, уровень раствора над ионитом в колонке опускают до 1 - 2 см3 и закрывают нижний зажим.
4.2.3. Иониты после регенерации промывают дистиллированной водой от избытка кислоты (гидроокиси натрия) со скоростью, указанной в табл. 2.
Периодически отбирают пробу фильтрата и титруют растворами гидроокиси натрия (кислоты) концентрации c(NaOH, НСl, 1/2 H2SO4) = 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) в присутствии метилового оранжевого (фенолфталеина).
Отмывку контролируют по табл. 2.
4.2.4. После отмывки колонку заполняют рабочим раствором и устанавливают по табл. 2 скорость насыщения.
При пропускании через колонку рабочих растворов концентрации 0,01 моль/дм3 (0,01 н.) фильтрат собирают в цилиндр вместимостью 250 см3, при концентрации 0,0035 моль/дм3 (0,0035 н.) используют цилиндр вместимостью 1000 см3. Во втором и последующих циклах насыщения перед появлением ионов рабочего раствора в фильтрате (определяют после первого цикла) фильтрат собирают по 100 и 250 см3 соответственно концентрациям рабочего раствора.
4.2.5. Для контроля насыщения от порции фильтрата отбирают пробу и анализируют ее в соответствии с табл. 2. Если результат анализа показывает, что уровень насыщения не достиг значений, указанных в табл. 2, все предыдущие пробы фильтрата можно не анализировать.
4.2.6. После появления в порции фильтрата ионов рабочего раствора в количествах, указанных в табл. 2, насыщение заканчивают и вычисляют общий объем фильтрата () и динамическую обменную емкость.
4.2.7. Ионит подвергают второй регенерации и отмывают в соответствии с пп. 4.2.2 и 4.2.3.
При расчете регенерирующего вещества, необходимого для второго цикла, используют значение динамической обменной емкости, полученное в первом цикле в соответствии с п. 4.2.6.
Перед проведением последующих циклов насыщения расход регенерирующего вещества вычисляют по величине динамической обменной емкости, полученной в предыдущем цикле.
4.2.8. Определение заканчивают, если в двух последних циклах получены результаты, допускаемые расхождения между которыми не превышают 5 % среднего результата, при фактическом удельном расходе регенерирующего вещества, отличающемся от заданной нормы не более чем на 5 %.
5.1. Динамическую обменную емкость () в молях на кубический метр (г·экв/м3) до появления ионов рабочего раствора в фильтрате вычисляют по формуле
где - общий объем фильтрата, пропущенный через ионит до появления ионов рабочего раствора, см3;
- концентрация рабочего раствора, моль/дм (н.);
- объем ионита, см3.
5.2. Фактический расход регенерирующего вещества () в граммах на моль (г/г·экв) поглощенных ионов вычисляют по формуле
где - объем регенерирующего раствора, см3;
- концентрация регенерирующего раствора, г/дм3;
- общий объем фильтрата, пропущенного через ионит до появления ионов рабочего раствора, см3;
- концентрация рабочего раствора, моль/дм3 (н.).
5.3. Полную динамическую обменную емкость () в молях на кубический метр (г·экв/м3) вычисляют по формуле
где - общий объем фильтрата, пропущенный через ионит до уравнивания концентраций фильтрата и рабочего раствора, см3;
- концентрация рабочего раствора, моль/дм3 (н.);
- объем порции фильтрата после появления ионов рабочего раствора (проскока), см3;
- концентрация раствора в порции фильтрата после появления ионов рабочего раствора (проскока), моль/дм3 (н.);
- объем ионита, см3.
5.4. За результат определения принимают среднее арифметическое результатов двух последних циклов, допускаемые расхождения между которыми не превышают ±5 %, при доверительной вероятности = 0,95.
Примечание. При выражении динамической обменной емкости ионитов в молях на кубический метр под словом «моль» имеется в виду молярная масса эквивалента иона (Na+, К+, 1/2Са2+, 1/2Mg2+, Cl- NO3-, НСО3-, HSO4-, 1/2 СO32-, 1/2 SO42- и т.д.).
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 07.09.89 № 2709
3. ВЗАМЕН ГОСТ 20255.2-84
4. Периодичность проверки 5 лет
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка |
Номер пункта, подпункта |
6. Ограничение срока действия снято по протоколу № 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)
7. ИЗДАНИЕ (январь 2002 г.) с Поправкой (ИУС 3-91)