Неорганические сорбенты

Возможности подбора и синтеза неорганических сорбентов с заданными свойствами практически неисчерпаемы. Это обусловлено тем, что в качестве сорбентов можно использовать неорганические соединения многих классов (оксиды, гидроксиды, сульфиды, фосфаты, алюмосиликаты, гетерополикислоты и их соли, ферроцианиды и др.). При этом соединения могут быть ин­дивидуальными, т. е. включать атомы одного вида [Ti(IV), Zr(IV), Sn(IV), Si(IV), Sb(V), Nb(V), Ta(V), Mo(VI), W(VI) и др.] или смешанные, со­держащие два и более разных по природе атома. Неорганические сорбен­ты могут быть аморфными, кристаллическими, стеклообразными. Прак­тическое использование этих сорбентов обусловлено прежде всего их высокой селективностью, а также химической, термической и радиаци­онной устойчивостью.

Сорбция на этих сорбентах определяется как дисперсионными, так и электростатическими силами, а также сопровождается протеканием ионооб­менных реакций, образованием химических соединений с ионами матрицы и фазовыми превращениями (перестройка структуры, появление новых фаз). Для неорганических сорбентов характерен ситовой эффект. Поэтому стано­вятся существенными такие факторы, как поляризующая способность, раз­мер, заряд и конфигурация сорбируемых ионов, соответствие между зарядом противоионов и суммарным зарядом, приходящимся на полости и каналы, где располагаются подвижные противоионы.

Ценным свойством некоторых неорганических сорбентов является их высокая селективность. Так, на основе оксигидратов Mn(IV), Ti(IV) и Nb(V) синтезирова­ны сорбенты для селективной сорбции лития. Селективность сорбентов столь высока, что ионы щелочных и щелочно-земельных металлов при концентрациях вплоть до насыщенных растворов не составляют конкуренции ионам лития. Значительное чис­ло неорганических сорбентов предназначено для избирательного извлечения ионов переходных металлов из сложных по составу производственных растворов (растворов серебра, золота, рутения, осмия, урана, молибдена, вольфрама), морской воды. Химическая, термическая и радиационная устойчивость неорганических сор­бентов позволяет использовать их для удаления токсичных элементов из сточных вод, разделения и концентрирования высокорадиоактивных веществ, для выделения радиоактивных и токсичных веществ из пищевых продуктов, крови и других биоло­гических жидкостей. С использованием этих сорбентов можно осуществлять сорб­цию в среде расплавленных солей, в гидротермальных условиях

Хроматографирование.

При пропускании анализируемого раствора через ко­лонку с твердым измельченным сорбентом (ионитом) про­исходит адсорбция или ионный обмен, приводящие к концентрированию распределенного вещества на поверх­ности сорбента и его отделению от других веществ, не сорбируемых в данных условиях. Обменная емкость ионитов обычно 1 —10 мг-экв/г, т. е. она более чем до­статочна для поглощения небольших количеств опреде­ляемых ионов, находящихся в очень малых концентрациях в природных водах. При последующем пропускании через колонку по возможности небольшого объема соответствующего растворителя происходит десорбция поглощенного веще­ства, получается концентрат.

Путем подбора растворителя иногда удается десорбировать только определяемые ионы и таким путем отде­лить их от некоторых других сорбированных веществ. Сочетание адсорбции с последующей десорбцией приво­дит к получению небольшого объема концентрата, кото­рый подвергают дальнейшему анализу. Если объем исходного раствора большой (до 10 л), а объем концен­трата по возможности мал (1 —10 мл), то таким спосо­бом получают раствор с концентрацией определяемого вещества в 10³— 10⁴ раза большей, чем в исходной пробе анализируемой природной воды.

Важной особенностью работы с очень ма­лыми концентрациями оказывается более быстрое вы­мывание ионов малых концентраций соответствующим растворителем по сравнению с большими концентрациями других ионов. Следует принять во внимание, что боль­шие количества основных (главных) компонентов иссле­дуемого объекта подавляют (уменьшают) адсорбцию анализируемого вещества, имеющего малую концентрацию.

Некоторые примеры хроматографического концентрирования.

Концентрирование цезия. Через колонку с катионитом КБ-УП2 в Na-форме пропускают 1 л раствора, содержащего 10~⁵гCs⁺(pH6,1). Колонку затем промывают 2—4 мл 1—3 н. раствора со­ляной или азотной кислоты. Таким способом получают концентрат, в котором содержание цезия в 250—500 раз выше, чем в исходном растворе.

Концентрирование стронция. Через колонку с катионитом КБ-УП2 в Na-форме пропускают 1 л раствора, содержащего 10~⁵ г Sr²⁺, после чего колонку промывают 3—5 мл 3 н. раствора кислоты.В полученном концентрате достигается повышение концентрации Sr в 200—300 раз. Концентрирование строн­ция возможно и при одновременном присутствии боль­ших количеств хлоридов натрия или кальция .

Концентрирование марганца, цинка, кадмия, свинца, кобальта, меди.

Через колонку с размельченным ацетатом целлю­лозы, пропитанным 0,05%-ным раствором дитизона в четыреххлористом углероде и затем высушенным, пропу­скают

10 л анализируемой воды при рН около 7 со ско­ростью 2 л/ч. При последующем промывании колонки 50 мл 1 н. раствора соляной кислоты в раствор переходят соли марганца, цинка, кадмия и свинца, при промывании колонки затем 50 мл концентрированного раствора ам­миака растворяются соли кобальта и меди. Элюаты выпаривают до 1 мл и в этих концентрациях определяют указанные катионы полярографическим методом.

Хроматография не только метод концентрирования, но главным образом и удобный способ разделения ионов даже с близкими свойствами. Ниже приведены некото­рые данные о хроматографическом разделении.

Некоторые примеры хроматографического разделения.

Отделение амфотерных металлов от неамфотерных.

Исследуемый раствор пропускают через колонку с ка­тионитом. При последующем промывании колонки рас­твором едкой щелочи амфотерные металлы вымываются, неамфотерные остаются на колонке. Таким путем отде­ляют, например, А1³⁺, Zn²⁺ от Fe³⁺, Cu²⁺ и др. .