По литературным данным [11] марганцевый катализатор окисления можно приготовить на основе любого катионита в Mn2+-форме, пропуская через него раствор перманганата калия. Мы испытали в качестве первой фильтрующей загрузки полистирольный сульфокатионит КУ-2-8 , который был в школьной лаборатории.

Обменная емкость катионита составляет 1,65 мэкв/мл [5]. Теоретически за счет ионного обмена порция объемом 30 мл может поглотить 1386 мг железа.

m(Fe2+) = 1,65 мэкв/мл · 30 мл · 28 мг/мэкв = 1386 мг

Такая масса железа содержится в 49,5 литрах нашего рабочего раствора. Нас интересовало, целесообразно ли использовать катионит в качестве носителя катализатора, или лучше использовать его по прямому назначению, то есть для ионообменного извлечения катионов металлов из воды.

Для формирования каталитического слоя мы обработали катионит следующим образом: пропустили через него 3-кратный объем 1 М раствора MnCl2 (перевели в Mn2+-форму), затем пропустили такой же объем 0,5%-ного раствора перманганата калия и промыли водой (4 раза по 50 мл). В результате поверхность катионита покрылась слоем оксида марганца, на котором должно было происходить ускоренное окисление содержащегося в воде железа и удерживание его в фильтрующем слое в виде осадка Fe(OH)3.

еоретически возможное количество марганец(IV) оксида на поверхности катионита составляло:

m(MnO2) = 1,65 мэкв/мл · 30 мл · 87 мг/мэкв :2 = 2153 мг

Через модифицированный катионит мы пропустили 6,5 литров воды до проскока трехвалентного железа (см. таблицу 2). Количество выходящего трехвалентного железа постепенно увеличивалось. Двухвалентное железо обнаружилось несколько позже, что, скорее всего, объясняется более низкой чувствительностью капельного анализа на Fe2+ (см. приложение 2).

Таким образом, на катионите, модифицированном марганцевым катализатором, удалось задержать 28 мг/л · 6,5 л = 182 мг железа, то есть в 7,6 раза меньше теоретически возможного ионообменного поглощения.

В конце опыта поверхность катионита покрылась рыхлым черным слоем. Окислительная способность пленки иссякла, скорее всего, за счет блокирования активной поверхности в результате адсорбции соединений железа.

Описанная в литературе [11] методика регенерации каталитического слоя путем промывки 0,1%-ным раствором перманганата калия не привела к восстановлению реакционной способности нашего катионита, а наоборот ухудшила его действие (см. таблицу 2).

После проделанных опытов мы пришли к следующему выводу:

использование катионита как носителя каталитического слоя нецелесообразно, так как, во-первых, не удается регенерировать катализатор;

во-вторых, объем очищенной воды оказался значительно ниже, чем расчетное количество для ионообменного поглощения; в-третьих, катионит – это специальное вещество, малодоступное населению, а нам хотелось сделать установку из веществ, доступных рядовому потребителю.

Таблица 2. Очистка воды путем фильтрования через катионит с каталитическим слоем (объем загрузки 30 мл).