Cтраница 3
Селективность ионообменной сорбции можно повысить, применяя современные неорганические иониты, в синтезе которых достигнуты значительные успехи. Как известно, проблема ионного обмена вначале возникла и развивалась применительно к минеральным системам ( минеральная часть почв, глины, цеолиты и другие), в результате чего был создан первый синтетический ионообменник ( пермутит), пригодный для целей водоумягчения, но имеющий невысокую обменную емкость и малую химическую стойкость. [31]
Для разделения простых неорганических ионов существует несколько методов, выбор которых определяется природой вещества, сорбента ( ионита) и элюента. Например, в случае большой разницы в размерах разделяемых ионов целесообразно использовать гель-хроматографию или неорганические иониты, используя ситовый эффект. Для ионов с различной плотностью зарядов имеет смысл применять ионообменную или адсорбционную хроматографию. [32]
Способность к ионному обмену многих неорганических веществ, главным образом алюмосиликатов, известна давно. Однако известные в то время неорганические иониты ( глинистые минералы, синтетические алюмосиликаты - пермутиты) обладали низкой химической устойчивостью и небольшой обменной емкостью, ограничивших их применение. [33]
Некоторые иониты специально изготовлены для эксплуатации в полях ионизирующих излучений высокой интенсивности. К ним относятся, например, иониты, содержащие пиридиновые группы, конденсированные ароматические ядра, а так же с сопряженными связями. Для решения радиохимических задач специально синтезированы некоторые неорганические иониты, в частности, фосфат циркония. [34]
По окончании испытания определяют уменьшение массы ионита или изменение емкости. Следует отметить, что полимеризацион-ные смолы более термостойки, чем конденсационные. Большой термостойкостью ( 100 С) обладают многие неорганические иониты. [35]
Первыми синтетическими ионитами были плавленные и гелеоб-разные пермутиты - алюмосиликаты, подобные природным цеолитам. Гелеобразные пермутиты сравнительно долго применяли для умягчения воды. Для специальных целей применяются гидро-ксиды циркония, хрома, олова, сзинца и др. Все неорганические иониты разрушаются под действием кислот и щелочей. В качестве ионитов используют различные углеродсодержащие вещества ( каменные угли, дерево, торф), обработанные концентрированными растворами серной, хлорсулъфоновой, фосфорной и других кислот. Например, с помощью сульфирования вводят сульфогруппы, способные к катионообмену, и одновременно сырье превращают в гель ( протекает реакция поликонденсации), что значительно повышает стойкость ионитов к щелочам. [36]
В целом скорость ионообменных процессов достаточно велика, что позволяет осуществлять с их помощью довольно быстрые разделения. Однако иногда отмечаются случаи замедления отдельных стадий ионообменного процесса, что, в свою очередь, ухудшает аналитические характеристики метода разделения. Например, замедленность ионообменной стадии часто отмечается у комплексообразующих ионитов. Ионы многих металлов образуют с этими ионитами инертные комплексы, взаимодействие которых с вытесняющими ионами при нормальной температуре происходит крайне медленно. Явно замедленной кинетикой обладают неорганические иониты. Замедление кинетики ионного обмена часто имеет место в неводных средах. [37]
Важными характеристиками ионитов являются их химическая стойкость и механическая устойчивость. Практически ценной характеристикой является стойкость к кислотам, щелочам и окислителям, под действием которых может разрушаться структура ионита. Химическая стойкость оценивается по потере обменной емкости. Как уже отмечалось, из ионообменных смол менее химически стойки поликонденсационные смолы. Еще менее стойки к кислотам и щелочам неорганические иониты. Вместе с тем они обладают, например, большой радиационной устойчивостью. [38]
Важными характеристиками ионитов являются их химическая стойкость и механическая устойчивость. Практически важное значение имеет стойкость к кислотам, щелочам и окислителям, под действием которых может разрушаться структура онита. Химическая стойкость оценивается по потере обменной емкости. Как уже отмечалось, из ионообменных смол менее химически стойки поликонденсационные смолы. Еще менее стойки к кислотам и щелочам неорганические иониты. Вместе с тем они обладают, например, большой радиационной устойчивостью. Механическую прочность ионитов определяют по изменению фракционного состава после определенного числа циклов адсорбции - десорбции или после встряхивания на вибрационном аппарате. [39]
Особенно сильно набухают синтетические ионообменные смолы. Основная причина набухания ионитов в воде связана с наличием гидрофильных функциональных групп. Умеренное набухание ионитов является положительным фактором, способствующим функционированию ноногенных групп, находящихся внутри зерна ионита. Количественной характеристикой набухания служит степень набухания, которая определяется отношением разности объемов набухшего и сухого ионита к массе сухого ионита. Неорганические иониты набухают очень слабо и удерживают растворитель в полостях кристаллической структуры. [40]
Селективность ионообменной сорбции можно повысить, применяя современные неорганические иониты, в синтезе которых достигнуты значительные успехи. Как известно, проблема ионного обмена вначале возникла и развивалась применительно к минеральным системам ( минеральная часть почв, глины, цеолиты и другие), в результате чего был создан первый синтетический ионообменник ( пермутит), пригодный для целей водоумягчения, но имеющий невысокую обменную емкость и малую химическую стойкость. Органические иониты, очевидно, не утратят своего значения и в будущем. Однако привлекают внимание и неорганические иониты - гндратированные оксиды, некоторые фосфаты, гетерополисоедине-ння переходных металлов, многие минералы, способные работать даже при воздействии радиоактивных излучений, высоких температур, а также разделять близкие по химическим свойствам, но различающиеся по размерам ионы и обеспечивать высокую селективность поглощения некоторых из них, не достигаемую во многих случаях с помощью органических ионитов. [41]
Характерным свойством ионитов является набухаемость при контакте сухого попита с раствором. Особенно сильно набухают синтетические ионообменные смолы. Основной причиной набухания ионитов в воде является наличие гидрофильных функциональных групп. Умеренное набухание ионитов является положительным фактором, способствующим функционированию ионогенных групп, находящихся внутри зерна ионита. Количественной характеристикой набухания является степень набухания ионитов. Степень набухания определяется отношением разности объемов набухшего и сухого ионита к массе сухого ионита. Неорганические иониты набухают очень слабо и удерживают растворитель в полостях кристаллической структуры. [42]
Для хроматографии на ионообменных смолах предпочитают пользоваться монофункциональными ( гомоионными) ионита-ми. Обычно это смолы типа стирол-дивинилбензол. Наличие в смоле функциональных групп лишь одного типа позволяет надеяться на более четкое разделение. Параметры хроматографи-ческого процесса должны быть таковы, чтобы при движении подвижной фазы в колонке существовало равновесие между подвижной и неподвижной фазами. Решающую роль при этом играет размер частиц ионита. В то же время с уменьшением размера частиц растет гидродинамическое сопротивление колонки. Если частицы ионита достаточно прочны ( неорганические иониты, ионообменные смолы), то хроматографирование можно вести под давлением ( см. гл. Некоторые более мягкие иониты, например на основе полидекстрана, не выдерживают повышенных давлений. В любом случае необходимо выявить оптимальный вариант. Типичные размеры частиц ионитов, предназначенных для различных целей, приведены в табл. 5.8. В хроматографии очень важно применять как можно более однородные по размеру частицы, поэтому поступающие в продажу хроматографические иониты фракционируют по размерам частиц. Частицы традиционных ионообменных целлюлоз представляют собой не шарики, а палочки диаметром 18 - 20 мкм и длиной 20 - 300 мкм; однако недавно удалось получить целлюлозные иониты в виде шариков. [43]