Неорганические иониты - Амфлетт Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Для объяснения ионного обмена, протекающего в почвах, было предложено много гипотез [3], но окончательно были приняты во внимание только две. Одна из них исходит из признания необходимости Присутствия гуминов и гуминовых кислот, особенно в почвах, богатых органическим веществом. При распаде таких почв образуется ряд органических соединений неопределенного состава, содержащих гидрок-сильные или карбоксильные группы, которые ведут себя подобно фенольным и гидроксильным группам ионообменных смол. Однако во многих почвах с низким содержанием органического вещества и в тех почвах, где органическое вещество было разрушено перекисью водорода, все же наблюдается значительная сорбция. При фракционировании почвы после удаления крупных частиц и многократного декантирования остается так называемая «коллоидная фракция», которая, согласно результатам петрографических и рентгеноструктурных исследований, состоит главным образом из глинистых минералов. Была установлена тесная связь между ионообменными й другими свойствами почвы и составом глинистых фракций. Найдено, что- многие свойства почвы зависят от количества и типов глинистых минералов, находящихся в ней (см. стр. 39). Кроме того, другие алюмосиликаты, находящиеся в некоторых почвах, также могут определять их ионообменные свойства. Так, глауконит представляет собой аналогичный
16
.Г лава 1
цеолитам жеЛезоалюмосиликат, содержащий калий, который принимает участие в обмене. Глауконит имеет жесткий каркас с дов'ольно мелкими порами.. Обмен катионов может происходить только на поверхностях кристаллов глауконита, однако в коллоидном состоянии этот минерал обладает значительной обменной емкостью.
Первые синтетические ионообменники относились к неорганическим веществам, например полученные Гансом и другими авторами синтетические цеолиты или пермутиты, применявшиеся для уменьшения жесткости воды [4]. Эти соединения представляют собой искусственные алюмосиликаты натрия, в которых натрий может замещаться кальцием при фильтровании жесткой воды через колонку, заполненную пермутитом. Так как этот процесс обратим, то ионо-обменник после, использования можно регенерировать, обработав его насыщенным раствором поваренной соли. Существуют два главных типа пермути-тов: плавленые и гелеобразные. Первые получают при сплавлении смеси соды, поташа, полевого шпата и каолина и в принципе они подобны природным цеолитам (гл. 3), но имеют менее упорядоченное строение. Гелеобразные пермутиты можно получать по методу, который позволяет более тщательно контролировать условия протекания реакций, а следовательно, свойства и состав продукта. Согласно этому методу, к кислому раствору сульфата алюминия и силиката натрия прибавляют определенное количество щелочи; при этом образуется гелеобразный осадок, при сушке которого получаются частицы неправильной формы, по внешнему виду похожие на сили-кагель.
Третий метод, широко используемый для исследования свойств синтетических кристаллических цеолитов, состоит в медленной гидротермальной кристаллизации при высоких температурах из растворов кремнезема, окиси алюминия и щелочи. Рассмотрим получение искусственных алюмосиликатов, имеющих общую формулу Ыа20 • А1203-пБЮ2, где л = 1—12. Продажный алюминат натрия («АШос») растворяют
Введение
17
в воде, отфильтровывают гидроокись железа и добавляют соответствующее количество щелочного раствора кремниевой кислоты (например, Эукш X, содержащий 30 вес.% 5Ю2, при рН~10). Вследствие способности кремниевой кислоты к гелеобразованию в присутствии ионов натрия растворы необходимо тщательно перемешивать. Затем для получения требуемого избытка натрия добавляется едкий натр,так чтобы отношение Ыа ; А1 было выше 1:1, после чего раствор нагревают при 60—110° в запаянных стеклянных пирексных трубках или при более высоких температурах—в автоклавах из нержавеющей стали. Смешанные натриево-калиевые формы цеолитов могут быть получены из растворов едкого кали и окиси алюминия добавлением едкого натра перед заключительной кристаллизацией.
Аналогичным способом были получены цеолиты, содержащие галлий и германий, например галлоси-ликат, галлогерманат и алюмогерманат [5]. В водном растворе ЫаОН растворяют Оа203 или Се02, фильтруют и подкисляют соляной кислотой, после чего 6а(ОН)3 или НгОе03 осаждают аммиаком. Затем щелочные растворы или диспергированные осад-
' ки (0,5 М ЫаОа02 или Ыа2Се03) смешивают с соответствующими реагентами (галлат +кремниевая кислота, галлат + германат, алюминат+ германат); конечная стадия приготовления ионообменника такая ¦ же, как и при получении алюмосиликатов.
Вслед за ранними этапами развития грубых искусственных цеолитов, применявшихся для умягчения воды, последовал период развития органических ионообменников, которые позднее, в текущем столе-
.тии, заменили первые как в научных исследованиях, так и на практике. Первые органические ионообменники, представлявшие собой вещества с неопределенной структурой, получали путем соответствующей обработки (окисление, сульфирование и т. д.) таких природных материалов, как каменный уголь и древесина. Разработанные позднее методы синтеза смол с помощью реакций конденсации и появившиеся вслед за ними методы ¦¦подучааи.я^-н^- из эмульсий
