Неорганические иониты - Амфлетт Ч.
Скачать (прямая ссылка):
9 Ч Амйлетт { -''Ь.-.О-Те.Х •. б^.ЛЛ
18
Глава 1
полимеров на основе полистирола позволили получать смолы в виде сферических бусинок с заданными размерами,, химическим составом и ионообменными свойствами. Кроме того, в современных ионообменных смолах обмен протекает гораздо быстрее, чем в цеолитах, а сами смолы обработкой кислотами можно перевести в кислые формы, в то время как алюмосиликаты неустойчивы в кислых растворах^ Начиная с 1925 г. число исследований по изучению органических ионообменных смол сильно увеличилось, особенно в области практического применения [6]; в противоположность этому исследование неорганических ионообменников проводилось лишь исключительно в связи с вопросами структурной химии и диффузии в твердых телах.
Так как применение цеолитов ограничено в связи с их неустойчивостью в кислых растворах, а использование органических смол в водных системах при высоких температурах и под действием ионизирующих излучений приводит к их разрушению, в последние годы снова появился интерес к неорганическим ионооб-менникам, особенно в силу их устойчивости в указанных условиях. В настоящее время они используются для сорбции и фиксации высокоактивных сбросных растворов (в этих целях, в частности, широко используются глинистые минералы) [7], для очистки воды при высоких температурах и при проведении химических процессов с высокоактивными растворами. Все это способствовало проведению фундаментальных исследований систем, описанных в следующих главах.
Основные типы неорганических ионообменных материалов
В. целях удобства многочисленные неорганические ионообменники можно разделить на несколько главных типов/' Некоторые из них детально описаны в следующих.главах, другие, менее изученные, кратко описаны н-иже.' Основные типы неорганических ионообмошшко'в.представлены на схеме,
Введение
19
А. Ионообменники с кристаллическим строением
Б. Ионообменники с неявным кристаллическим строением и аморфные вещества
1. Алюмосиликаты:
а) с двумерной слоистой структурой, например глины и слоистые цеоЛИТЫ;
б) с трехмерной сетчатой структурой, например цеолиты
2. Несиликатные соединения, например соли гетерополикислот
1. Гидроокиси многовалентных металлов
2. Кислые соли многовалентных металлов и многоосновных кислот
Различные типы ионообменников
Кроме главных типов неорганических ионообменников, имеется несколько интересных объектов, которым ранее уделялось недостаточное внимание (табл. 1). Многие из них имеют сложный химический состав, но обладают отчетливо различаемым кристаллическим строением, причем анионообменни-ками являются только апатиты и меркарбиды.
Апатит — минерал, встречающийся в природе, содержит основной фосфат кальция; в природе известен также фторапатит — аналог, в котором гид-роксильные группы замещены фтором. Гидроксиль-ные группы апатита замещаются фтором при обработке апатита растворами, содержащими фтор-ио-. ны; этот процесс обмена обратим. Катионный обмен может протекать в апатитах, содержащих гидрок-сильные группы, а так как эта форма является, основным компонентом ткани костей и зубов, то данный процесс имеет важное физиологическое значение. - "¦ '
В отношении щелочных металл.ов'н.а-блюдается избирательная сорбция, поскольку натрий .сорбируется
2*
20
Глава. 1.
Таблица 1
Некоторые типы неорганических ионообменников (20)
Ионообменник Идеальная формула1 Емкость, мг-экв/г
Полифосфат К [Р03] 8,50
калия
Трититанат Маа [Т1а07] 6,62
натрия
Амидосульфо- n3 1Н8К803] 3,30
нат ртутн н
натрия
Урановые н3о [ио2ро4] • *н2о 2,60 (без-
слюды водная)
НэО [и08Аз04] • *Н20 2,33 (без-
водная)
Н30 [и02У04] - *Н20 2,48 (без-
водная)
Гексаметнлен- Жё [Мв ((СН2)6Ы4)2 Ре (СК)6]2 • 24Н20 1,74 %
тетраамин-
гексациано-
феррат (III)
магния ,
Окись графита с7о4н2 0,7—1,5
Соли меркар- [С2Нй602] С1, • 2Н20 1,5 (без-
бнда водная)
{С2Н8б02] Вг2 1,41 (без-
водная)
|С2Н8б02] (ОН), 1,50 (без-
водная)
1 В прямых скобках заключены основные составные части структурного каркаса. ..' ¦,
лучше4калия.-[8].' Данные, полученные для ряда апатитов с переменной основностью [9], показывают, что они имеют общую, формулу вида
Са10-*Н*(РО4)6(ОН)2_„
Введение
21
где 04^4^2; наиболее распространенный член ряда имеет значение д; = 0, а соотношение РСч : Са, равное 1,67, близко к наблюдаемому для большинства фосфатов циркония (стр. 126). Можно было предположить, что на апатитах возможен обмен ионов водорода и кальция, но в действительности этого не происходит. Следовательно, либо сродство иона водорода слишком велико, либо водород образует кова-лентные связи в структуре самого ионообменника.
Апатит предложили [10] использовать для обработки радиоактивных сбросных растворов, содержащих Бг90, причем было показано, что колонка, содержащая 50 г размельченного минерала (размер частиц 0,25—1,0 мм), при прохождении 27 объемов колонки с линейной скоростью 7 см/час из 3 Ж раствора ЫаЫОз при концентрации 5г(Ж)3)2 2 мг/мл будет извлекать более 99°/о стронция.
Меркарбид, или точнее соли меркарбида, получают [11] при нагревании смеси ртути и едкого кали .в абсолютном спирте при температуре его кипения. При дальнейшей обработке полученного продукта азотной кислотой получается соединение состава (С^30)||+ (ЫО?")д. В таком соединении нитрат-ионы могут замещаться другими анионами, причем сродство возрастает в следующем порядке:
