無機(jī)離子交換劑
同修 / 2022-07-02
6.2.2 無機(jī)離子交換劑
6.2.2.1 沸石
沸石是具有離子交換性能的晶狀鋁硅酸鹽。它們是由SiO4，和AIO4。四面體組成的，兩者共用氧原子。細(xì)絲狀、疏松的片狀，和剛性三維結(jié)構(gòu)的沸石都已有報(bào)道。當(dāng)晶格中某些四價(jià)的硅原子被三價(jià)的鋁原子取代時(shí)，骨架上就帶上了凈的負(fù)電荷，并由適當(dāng)數(shù)目的可被交換的反離子達(dá)成電荷平衡。在天然沸石中，反離子通常是堿金屬或堿土金屬離子。具有規(guī)則的三維結(jié)構(gòu)的沸石，不管是天然的或是合成的(例如Linde分子篩)，均有剛性極強(qiáng)的骨架和尺寸均勻的“小孔”和“通道”。其結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。
圖 6.3沸石(分子篩)的結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)使沸石能夠起到一種“離子篩”或“分子篩”的作用，就是說，它能容納比較小的離子或分子，并把因體積太大而不能填入晶體骨架空穴中去的離子或分子完全排斥在外。關(guān)于這類化合物的細(xì)節(jié)可在有關(guān)文獻(xiàn)中找到。
6.2.2.2 雜多酸鹽
雜多酸鹽諸如磷鉬酸鹽、砷鉬酸鹽、硅鉬酸鹽、磷鎢酸鹽、砷鎢酸鹽和硅鎢酸鹽都曾被廣泛地用作某些一價(jià)離子，尤其是較重的破金屬離子的特效性陽離子交換劑。這類離子交換劑的抗電離輻射能力比有機(jī)樹脂強(qiáng)得多，因此常被用子處理強(qiáng)放射性的廢水。也被用于從鈾的裂變產(chǎn)物或從海水中回收艷。這類交換劑的缺點(diǎn)是在水液溶中溶解度較大，以及難以用它制得具有滿意的液體流速的色譜柱。適合色譜用途的磷鉬酸銨已有商品供應(yīng)。
6.2.2.3 水合氧化物和難溶性鹽類
高價(jià)金屬例如A1、Cr、Fe、Bi、Ce、Ti、Zr、Si、Th、Sn、Nb和Ta的不溶性水合氧化物具有離子交換的性質(zhì)。它們多數(shù)是兩性的，也就是說在酸性溶液中它們象是陰離子交換劑，而在堿性溶液中象是陽離子交換劑。但是其中有些只具有一種功能，例如硅膠只起陽離子交換劑的作用。某些水合氧化物對(duì)于多電荷的無機(jī)陰離子有很高的選擇性。
最近報(bào)道了許多種鹽類無機(jī)離子交換劑。它們中有針、錯(cuò)、鈦、肺、錫和某些其他金屬的磷酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、梯酸鹽，釩酸鹽、硒酸鹽和砷酸鹽等，也包括了亞鐵氰酸鹽的復(fù)鹽，鐵氰酸鹽的復(fù)鹽，以及硫化物等。在這些無機(jī)離子交換劑中，磷酸錯(cuò)是最受歡迎的。它的結(jié)構(gòu)可以表示為；
這些鹽類的離子交換性質(zhì)取決于它們的化學(xué)計(jì)量組成、制備歷史和燒溫度等。它們大多數(shù)能耐高溫和抗電離輻射。總的說來，它們對(duì)于某些金屬離子有高度的選擇性?？上鼈?cè)谒械娜芙舛容^大，而且交換性質(zhì)受到制備歷史的影響。某些鹽類離子交換劑已有商品供應(yīng))。在某些鹽類離子交換劑中，離子交換并非從溶液中攝取離子的唯一途徑。對(duì)于水合五氧化二梯(HAP)、水合二氧化錳、硫化銅、草酸鋪等在放射化學(xué)中用于選擇性地吸附某些核素的鹽類離子交換劑來說，這一點(diǎn)尤其重要。在這些化合物中，五氧化二特別重要，因?yàn)樵诨罨治鲋兴驯挥糜趶臐馑崛芤褐羞x擇性地將鈉與其他元素分離。這一些和其他一些選擇性吸著劑由意大利的Carlo Erba公司制造。
1970～1976年間有關(guān)合成無機(jī)離子交換劑的文獻(xiàn)綜述見文獻(xiàn)。
6.2.2.4 其他無機(jī)離子交換劑
其他無機(jī)材料，包括天然物質(zhì)(粘土、礦物)和人造材料(玻璃等)，也在不同程度上顯示出離子交換的性能，曾被用于多種痕量離子的分離。
6.2.3 液體離子交換劑
不溶于水、但可溶于與水不相混溶的有機(jī)溶劑的，含有離子化功能團(tuán)的碳?xì)浠衔铮罱驯挥糜跓o機(jī)離子的液-液萃取。但其實(shí)際機(jī)制是離子交換。高分子量胺，例如三正辛胺，已被用作液體陰離子交換劑；而高分子量的有機(jī)酸，例如二(2-乙基己基)-磷酸，已被用作陽離子交換劑。涂在濾紙或其他合適載體上的液體離子交換劑已被用于離子交換紙上色譜和反相柱上分配色譜(即萃取色譜法)中(參閱6.2.4節(jié)及第七章)。
6.2.4 離子交換紙
離子交換紙可以用化學(xué)改性的纖維素制備；可以用膠態(tài)的離子交換劑浸漬濾紙來制備，可以先把離子交換劑加到紙漿中再制成紙張；可以用液體離子交換劑處理紙張；也可以將無機(jī)離子交換劑淀積在濾紙相中來制備。離子交換紙上色譜或以離子交換劑作固定相的薄層色譜在分離痕量物質(zhì)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
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