Неорганические иониты - Амфлетт Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Органические производные глинистых минералов
Органические катионы,' такие, как алкилзамещен-•ные ионы аммония, могут также обмениваться с соответствующими глинами, если пространственные
Глинистые минералы
53
факторы не мешают этому обмену; в результате получаются материалы, эффективно сорбирующие газы. В то время как глины обычно не поглощают неполярные молекулы, введение органического катиона
ад .....1 -Г" 1 -г" 0,3 -1—I-гт-Т— ОЙ 1 1 Г 1
й- 0,2 0,2 03
«С
1
1
0,1 0,1 0,1
1 V /У
^ 1 1 II 1111 ?—}—|— 1 1
' ' ' '_I I_i_I_I_I_I (?.—i-1_i_i_
О 0,2 0,4 0,6 0,8 \Ц О 0,2 0А 0? 0» 1,0 .0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Относительное давление паров сорбируемого соединения а 6 в
Рис. 9. Изотермы сорбции н-гептана, бензола и изооктана на тетраметиламмоиий-, мётиламмоний- и димвтилдиоктадецилам-монийных производных монтмориллонитов [23].
а—я-гептаи; б —беизол; в — изооктан. / — бентовит-34; 2 — ИН^СН^ ; 3->Чснз)4+-
может привести к решению этой задачи двумя различными путями. Во-первых, малые почти сферические, катионы, такие, как алкилзамещенные ионы четвер-' тичного аммония, удерживаются слоями решетки на расстоянии, приблизительно равном диаметру ионов; расстояние между отдельными катионами примерно такое же. Образованные таким образом слоистые полости создают каналы, в которых могут' сорбировать^; ся постоянные газы, парафиновые и ароматически!,', углеводороды. Во-вторых, обмен длинноцепочечных
54
Глава 2
моноалкиламмониевых ионов ЫН3К+ при заполнении слоистых пространств может привести к сорбции углеводородов путем перемешивания цепочек углеводородов с цепочками обменивающихся катионов. Различие между двумя типами адсорбции проявляется в виде различных форм изотерм, наблюдаемых в этих двух случаях [23] (рис. 9). Стерические факторы позволяют использовать соответствующие производные глин для хроматографических разделений углеводородов, а высокая степень специфичности позволяет в некоторых случаях разделить изомеры, например ксилолы. Поглощение длинноцепочечных алкиламмо-ниевых ионов глинами делает последние менее гидрофильными по мере увеличения длины цепочки ал-кильного заместителя, и при длине цепочки 8—10 углеродных атомов глины становятся настолько орга-нофильными, что поглощение катионов из раствора значительно превышает обычную полную емкость [24]. Было показано, что в последнем случае избыток сорбированного свободного амина удерживается преимущественно силами Ван-дер-Ваальса; при этом реакции протекают следующим образом: ,
а) поглощение до полной емкости
МХ + гШНз+ -^=± М+-т-гШН3Х,
б) поглощение дозначений емкости, превышающих полную
ЯЫН3Х+ 1ШНз+ <^ [ИШзХ] гШН2 + н+;
Протекание реакции (б) подтверждается уменьшением рН раствора, обусловленным выделением в раствор иона водорода при превышении полной емкости.
Зависимость ионообменных свойств от набухания глинистых минералов
Способность к набуханию в воде обусловлена . главным 1 образом межплоскостной катионной плот-, ностью, которая часто определяет легкость обмена, по-:
liA/CflUHI/IKt
Глинистые минералы 55
скольку силы, действующие между слоями, зависят в значительной степени от количества катионов на единицу поверхности. Из данных, приведенных в табл. 7, видно, что по мере увеличения площади, приходящейся на катион, степень набухания и обмена
Таблица 7
Плотность межплоскостных катионов в глинистых минералах в зависимости от набухания в дистиллированной воде [29]
Минерал Удельная поверхность катиона, А2 Набухаемост Ыа+-форма ь в воде, А Са2+-форма
Маргарит 12 0 0
Мусковит 24 1,9 2,8
Глауконит 31 3,8 2,8
Иллит 32 4.2 2,8
Вермикулит 36 5,1 4,3
Нонтронит 46 Р° 9,2
Монтмориллонит 75 со 9,6
Гекторит 100 со 10,6
Пирофиллит со 0 0
также увеличивается, а когда концентрация межслоевых катионов очень высока (как в слюдах) или близка к нулю (как в пирофиллите), то обмен и набухание очень малы. Для глин с умеренной плотностью катионов и хорошей набухаемостью, например для монтмориллонита, степень набухания в раствО-
pax солей увеличивается как функция С 2,1 где С — концентрация воды. При введении органических ка? тионов в глину степень набухания зависит от отношения между площадью, приходящейся на. катион (вычисляется из обменной емкости), и геометрической площадью последних. Если свободная площадь сравнима с площадью поверхности иона, то катионы будут укладываться параллельно плоскостям, но поскольку свободная площадь уменьшается, в соотрег
56
Глава 2
ствии с размерами ионов, то эти катионы начинают укладываться под различными все время увеличивающимися углами и в предельном случае они укладываются вертикально. Степень набухания ионообмен-ников, у которых катионы с длинными .органическими цепочками размещены подобным образом, может быть очень большой. Способность таких производных поглощать органические жидкости (см. выше) позволяет применять большинство из них в роли сгустителей и гелеобразующих агентов, как, например,
