13.3. Ион алмасу адсорбциясы
Иондық адсорбция кезінде ерітінді мен адсорбент бетіндегі иондардың арасындағы электрстатикалық тартылу мен тебісу күштері шешуші роль атқарады. Сондықтан, иондардың адсорбциясында келесі заңдылықтар орындалады:
1. Иондардың зарядтары бірдей болғанда, олардың адсорбциялық қабілеті иондық радиустың (ri) артуымен күшейеді, себебі ион радиусы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым ион сумен аз гидраттанады. Ионның гидраттық қабаты оның тартылуын азайтып, адсорбциялық қабілеті бойынша иондар мынадай қатарларға орналасады:
Келтірілген тізбектерді лиотропты қатарлар (Гоф-фмейстер қатарлары) деп атайды.
2. Зарядының артуымен иондардың адсорбциялық қабілеті артады, себебі олардың қатты беттегі қарсы иондарға электростатикалық тартылуы күшейеді. Ион зарядының әсерін келесі қатар көрсетеді:
Иондық адсорбцияның маңызды түрінің бірі – ион алмасу.
Ион алмасу адсорбент бетіндегі ҚЭҚ құрылымына тәуелді, электрлік қабаттың қозғалмалы иондары ерітіндідегі таңбасы сәйкес келетін иондармен алмасады.
Ион алмасуға қабілеттілік көрсететін және иондарды адсорбциялау үшін қолданылатын заттар ион алмастырғыштар немесе иониттер деп аталады.
Иониттердің құрылымы көбінесе, ковалентті байланыстар арқылы «тігілген» каркас (тор) күйінде болады (43-сурет).
катионит анионит
Тордың (матрицаның) заряды оң немесе теріс болады, мұндай заряды электрлік қабаттың адсорбциялық немесе диффузиялық қабаттарындағы қозғалмалы қарсы иондар теңестіреді. Қарсы иондар басқа таңбалас иондарға алмасады. Каркас (қаңқа) полиион ролін атқарады және еріткіштегі иониттің ерімеуін қамтамасыз етеді.
Иониттер табиғаты бойынша табиғи және синтетикалық; құрамы бойынша – органикалық және бейорганикалық; алмасатын иондардың таңбасы бойынша – катионит; анионит және амфолиттерге бөлінеді.
Табиғи бейорганикалық иониттерге цеолит типтес кристалдық силикаттар жатады (шабазит, глауконит және т.б.). Олардың қаңқасы алюмосиликаттың тор құрамына сәйкес, оның кеуектерінде қарсы иондар ретінде сілтілі және сілтілі жер металл иондары болады.
Кейбір минералдар, мысалы, апатит аниондарды алмастыру қабілетін көрсетеді. Органикалық табиғи иониттер ретінде молекулаларында карбоксил топтары бар гумустық заттарды алуға болады. Топырақтың құрамындағы заттар амфотерлі қасиеттер көрсетеді, сондықтан олар аниондарды да, катиондарды да алмастырады. Табиғи иониттер техникада көп қолданылмайды, себебі олар химиялық тұрақсыз және олардың механикалық беріктігі төмен.
Алғашқы синтетикалық иониттер – табиғи цеолиттерге ұқсас алюмосиликаттар – балқытылған және гель тәрізді пермутиттер. Гель тәрізді пермутиттерді ұзақ уақыт судың кермектілігін төмендету үшін қолданған. Практикалық маңызы үлкен (зор) синтетикалық аниониттердің ішінде алюминий мен темір гидроксидтерінің гельдерін атауға болады.
Арнайы мақсатпен цирконий, хром, қорғасын және т.б. металл гидроксидтері қолданылады. Иониттер ретінде күкірт, хлорсульфон, фосфор және басқа қышқылдардың концентрленген (қаныққан) ерітінділерімен өңделген әртүрлі көміртекті заттар (тас көмір, ағаш, торф) қолданылады.
Органикалық шайырлар негізінде синтезделген иониттер жақсы ион алмастырғыш қасиеті мен химиялық тұрақтылығына қарай кеңінен таралған, ионалмастырғыш шайырлар – ісінуі шектеулі ерітінділер.
Ион алмастырғыш шайырларды екі жолмен: поли-конденсациялау немесе полимерлеу арқылы алуға болады. Екі тәсілде де синтез процесі үш сатыдан тұрады: 1) тізбекті полимерді алу; 2) көпірше түзетін заттар арқылы тізбекті полимерден торлы құрылым алу; 3) макромолекулаға активті (ионогенді) топтарды енгізу. Активті топтар бастапқы мономер құрамында болуы мүмкін немесе оларды матрицаны құру алдында енгізеді.
Поликонденсацияланған шайырларға қарағанда полимер-ленген шайырлар едәуір химиялық тұрақты және полимерлеу әдісі тігілу дәрежесін реттеуге мүмкіндік береді. Кейде шайырларды қолдану мақсатына қарай диірмендерде ұнтақтап, фракциялайды, бірақ көбінесе қажет өлшемдегі гранулаларды гранулалық полимерлеу процесінде алады.
Достарыңызбен бөлісу: |
