Неорганические иониты - Амфлетт Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Возрождение интереса к неорганическим ионооб-менникам основывалось главным образом на их большей но сравнению с органическими ионообменниками устойчивостью к действию высоких температур и ионизирующих излучений. Были синтезированы новые типы ионообменников, обладающих большей устойчивостью, чем ранее известные алюмосиликат-ные ионообменники; селективность некоторых из них в отношении определенных ионов была значительно выше. Помимо возможного практического применения неорганических ионообменников, исследование их представляет самостоятельный интерес в смысле тех возможностей, которые позволяют осветить такие
8
Предисловие автора
проблемы, как сорбция ионов осадками, электро-форетические свойства суспензий, диффузия ионов в кристаллах, изотопный обмен в гетерогенных системах и многие вопросы, относящиеся к области структурной химии. Кроме того, для многих ненабу- ¦ хающих трехмерных ионообменников с жесткой структурой теоретическая обработка данных по термодинамике и кинетике ионного обмена часто бывает намного проще, чем для органических смол, даже в тех случаях, когда стерические эффекты и ограниченная взаимная растворимость твердых фаз могут приводить к осложнениям.
Данная монография не претендует на полноту и скорее является современным руководством в области применения неорганических ионообменников. В краткой вводной главе освещены некоторые общие вопросы ионного обмена и рассмотрен ряд неорганических ионообменников, на которые до сих пор обращалось небольшое внимание. Далее рассмотрены главные группы неорганических ионообменников, причем основное внимание уделяется сходству и различиям, существующим между ними.
Наблюдаемое в настоящее время быстрое развитие неорганических ионообменников, особенно типа фосфата и окиси циркония, напоминает явление, имевшее место 30 лет назад для органических смол. Однако, несомненно, неорганические ионообменники найдут свое место наряду с органическими смолами и не в роли конкурентов, а в качестве союзников, причем каждый из типов неорганических ионообменников будет выполнять наиболее характерные для него функции.
Ч, Амфлетт
Харуэлл, март 1964
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Ниже представлены принятые в книге обозначения. Соответствующие определения приведены в тексте там, где это наиболее удобно.
Кй — коэффициент распределения (см. стр. 12);
Кй—коэффициент распределения компонента А.
Ка — коэффициент селективности, (см. стр. 12) компонентов В и А.
К' — константа равновесия, получена из выражения для закона действия масс (ем. стр. 40) с учетом коэффициентов активности компонентов в растворе
К — термодинамическая константа равновесия
(см. стр. 39). а — фактор разделения двух ионов на ионооб-
меннике; теоретический фактор разделения
компонентов А и В
[ 1 — концентрация компонента, обычно выражается количеством миллиграмм-эквивалентов компонента, содержащимся в 1 мл раствора или 1 г твердого вещества.
{ }—активность компонента. цк — равновесное значение сорбции компонента А ионообменником, выраженное в мг-экв/г.
10
Принятые обозначения
<7о— полная емкость1 ионообменника, выражен-ная в мг-экв/г. .Л/а — молярная доля иона-А в ионообменнике, равная <7А/<7о.
Уа — коэффициент активности компонента А в растворе.
?а — коэффициент активности компонента А в ионообменнике.
ск — равновесная концентрация компонента А в растворе, выраженная в мг-жв/мл.
с0 — общая концентрация в растворе, выраженная в мг-экв/мл.
Б1 — коэффициент диффузии ионов в твердой фазе (см. стр. 88).
1 Используемый автором термин «saturation capacity* переводится как «полная емкость», — Прим. ред.
ГЛАВА 1
При протекании ионообменных реакций имеет место обратимый обмен ионов между двумя веществами, одним из которых является ионообменник, нерастворимый в той среде, в которой происходит обмен. В качестве примера рассмотрим катионообменную смолу дауэкс-50, представляющую собой сульфированные сетчатые полимеры .стирола с большим количеством связок. Если смола находится в так называемой водородной форме, то при погружении в водную среду она будет вести себя как сильная кислота; кислотные группы при этом полностью диссоциированы и кислотность водного раствора внутри смолы будет приблизительно 5 н. При обработке такой смолы щелочью кислота нейтрализуется и ионообменник переходит в соответствующую катионную форму. Частичное превращение в катионную форму также происходит при погружении смолы в раствор-соответствующей соли, так как катионы свободно могут входить и выходить из полимерной решетки, если электронейтральность при этом сохраняется. В этом случае в силу того, что ионный обмен является равновесным процессом, полное превращение в катионную форму возможно только при условии, что применяется значительный избыток обмениваемого катиона или выделяющиеся со смолы ионы непрерывно удаляются из раствора (например, при использовании колонок). Подобный обмен катионов будет происходить между смолой, находящейся в одной из катионных форм, и другим катионом, присутствующим в растворе. Такой процесс можно представить следующим уравнением:
