Клиноптилолит ионный обмен

Ионный обмен позволяет очищать различные промышленные сточные воды [41—43]. Для очистки радиоактивных сточных вод атомных электростанций рекомендовано использовать иониты и природные цеолиты, селективные к цезию и стронцию [44]. Природные цеолиты, в частности клиноптилолит, предложено использовать в качестве фильтрующей загрузки на водопроводных станциях (вместо кварцевого песка), что, помимо осветления, обеспечивает удаление избыточных количеств стронция, меди и цинка [4]. [c.10]

Существует предположение, что в ионном обмене цеолит проявляет повышенную селективность по отношению к данному катиону в том случае, если этот катион был введен в цеолит в процессе синтеза. Эта гипотеза проверялась на примере обмена стронция и кальция. Специально были синтезированы стронциевый и кальциевый мордениты. Коэффициент разделения стронция и кальция ( Са) У стронциевого цеолита изменялся от 3,5 до 8,4, а у кальциевого — от 0,5 до 1,5. Синтетический стронциевый. клиноптилолит по избирательности к стронцию оказался близким к природному минералу [76]. [c.599]

Способность природных цеолитов обменивать катионы впервые обнаружена около 100 лет назад. Поскольку ионный обмен на цеолитах протекает достаточно легко, их сразу же стали изучать с точки зрения возможности использования для смягчения воды. Однако кристаллические цеолиты не нашли промышленного применения в качестве водосмягчителей. Вначале для этой цели применяли главным образом синтетические аморфные алюмосиликаты, позднее их заменили органические ионообменные смолы.. Тем не менее интерес к цеолитам не пропал, их продолжали изучать, а вскоре начали использовать в различных отраслях промышленности. Так, клиноптилолит — широко распространенный природный цеолит — применяется для селективного выделения радиоактивных ионов из отходов атомной промышленности [2]. [c.544]

Ионный обмен на минерале клиноптилолите. [c.93]

Оба минерала заметно различаются по химическому составу. Клиноптилолит — натриево-калиевый цеолит с более высоким отношением Si/Al, чем в гейландите (последний является в основном кальциевой формой цеолита). Замещение ионов щелочных металлов в клиноптилолите на ионы кальция путем ионного обмена несколько уменьшает термостабильность цеолита в результате кальциевая форма клиноптилолита уже не превращается в В-фазу, а разрушается при 550 °С. Обмен кальция на калий в гейландите делает структуру устойчивой к нагреванию при повышенных температурах. Ионный обмен на натрий не влияет на термостабильность гейландита. Путем катионного обмена невозможно получить эти 2 цеолита с идентичными свойствами. Кривая ДТА кальциевой формы клиноптилолита практически не отличается от кривой исходной формы цеолита, содержащей щелочные металлы никаких данных, которые бы указывали на низкотемпературное превращение в фазу типа гейландита В, получено не было [36]. [c.471]

Рис. 7.13. Обмен натрия в клиноптилолите на NHi-noH II алкиламмониевые ионы при 60 С в 0,018 н. растворе [36].

Результаты изучения обмена ионов на катионы цеолитов приведены на рис. 14. Отсутствие достаточного количества экспериментальных данных не позволяет полученным кривым произвести расчет кинетических параметров обмена. Однако имеющиеся результаты показывают, что исследуемые образцы заметно отличаются по емкости. При комнатной температуре реализуется лишь незначительная часть ( 13 %) полной обменной емкости гейландита. Замещение катионов в гейландите происходит значительно медленнее, чем в клиноптилолите. После десятичасовой обработки реализуются, по-видимому, не все доступные для иона обменные центры гейландита. В случае клиноптилолита практически полное насыщение емкости ионом Сз достигается уже за первый час обработки. На клиноптилолите из месторождения Дзегви, специально переведенном в Са-форму, полное насыщение цезием происходит за 3 ч. [c.54]

В клиноптилолите, как и в других цеолитах с достаточно крупными полостями (шабазит, фожазит, морденит), обменные ионы координированы молекулами воды и непосредственно не связаны с(А1, 51) 0-каркасом. Поэтому природа катиона оказывает менее существенное влияние на тер- [c.117]

Исследование термического поведения морденита, замещенного одновалентными катионами, показало, что в этом случае природа обменного катиона мало влияет на температуру максимума эндотермического эффекта дегидратации и на термоустойчивость цеолита. В мордените, как и в других цеолитах с крупными полостями, обменные ионы координированы молекулами воды и непосредственно не связаны с каркасом (А1, 51)0. Поэтому природа катиона оказывает гораздо менее существенное влияние на термические свойства таких цеолитов, как морденит, клиноптилолит, чем на свойства цеолитов с небольшими полостями, в которых катионы оказывают сильное стабилизирующее действие, непосредственно взаимодействуя с каркасом цеолита. [c.45]

Увеличение температуры обработки приводит к росту сорбции ионов Сб гейландитом и цеолитом из Ахалкалаки (рис. 15). Причем этот цеолит практически полностью насыщает обменную емкость ионом Сз, в то время как гейландит реализует ее лишь на 50 %. Клиноптилолит практически полностью насыщается ионом Сз уже при комнатной температуре. и ее увеличение не сказывается на росте обменной емкости. Очевидно, [c.54]

Кинетика ионного обмена на других высококремнистых цеолитах изучена еще меньше. Л.Л. Эймсом в 1962 г. на примере обмена Ма Са на клиноптилолите и эрионите показано влияние температуры, концентрации раствора и степени обмена на скорость обмена, контролируемую внешнедиффузионным механизмом. Для обмена, контролируемого внутридиффузионным механизмом, рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии, которые на эрионите ( 10 см /с) оказались примерно на порядок выше, чем на клиноптилолите ( 10" см /с). Влияние макроколичеств катионов(иГ, Ма. К, Н, Са , Ва ) на кинетику обмена Сз на клиноптилолите изучено в работе Эймса. Показано, что самая высокая скорость наблюдается при обмене и — Сз, а самая низкая — при обмене Н Сз. Эффективные коэффициенты диффузии для обмена одновалентных катионов (О сз = ° >0" см /с) оказались примерно на порядок выше, чем одно-двухвалентных (О / Ва - С = 4,33° 10" см /с). Аналогичный результат получен и в работе [10], однако по абсолютному значению эффективные коэффициенты диффузии получились на два порядка ниже (О ма - Сз = = 2 - 10 см /с о Ма -> /гЗг = 4 " Ю" °см /с),что более точно характеризует скорость протекания ионообменных реакций на цеолитах. На основании полученных данных было высказано предположение, что скорость обмена зависит от селективности цеолита и от гидратационной способности входящего катиона. [c.74]

Непосредственная обработка высококремнистых цеолитов сильными кислотами приводит к последовательному замещению катионов ионами гидроксония. Предположение о существовании гидроксония в водородных формах цеолитов было высказано P.M. Баррером и в дальнейшем подтверждено в других работах [3]. Впервые замещение катионов ионами гидроксония осуществлено на мордените и клиноптилолите. Более продолжительная обработка сильными кислотами приводит к удалению из каркаса ионов алюминия, каждый из которых при этом замещается на четыре гидроксильные группы. Деалюминированные образцы сохраняют высокую степень кристалличности. Кроме того, по степени кислотного декатионирования и деалюминирования цеолитов может быть проведена качественная оценка прочности связи обменных катионов в структуре этих минералов, что важно при выборе катионной формы и типа цеолита для использования в качестве ионообменника. [c.134]

Выходные кривые сорбции иона при пропускании водопроводной воды, содержащей 2,5 мг/л и 56 мг/л Са , приведены на рис. 50. Динамические опыты осуществлялись в ионообменных колонках диаметром 0,7 мм со скоростью пропускания 2,5 мл/мин при загрузке цеолита 5 г. Полученные данные находятся в хорошем соответствии с результатами исследования равновесий сорбции стронция. Образец из Ахалкалаки обладает наименьшей динамической обменной емкостью и проскок стронция наблюдается при пропускании первых порций раствора. Некоторые различия в положении выходных кривых на клиноптилолите из месторождений Дзегви и Ай-Даг определяются различиями в емкости и, вероятно, в скорости обмена. [c.154]

В настоящее время серьезной проблелюй является захоронение радиоактивных веществ, образующихся при переработке ядерного топлива. Исследования, проведенные в США, показали, что цеолиты могут быть использованы для выделения долгоживущих изотопов цезия и стронция. Указанные изотопы выделяют из жидких отходов радиоактивного производства, превращают в безводные хлориды цезия или фториды стронция и запаивают в металлические канистры для долговременного хранения. В качеств адсорбентов используются клиноптилолит, зеолон (морденит), NaA и AW-500 (см. гл. 9). Применяя зеолон, удалось выделить несколько килокюри изотопа s со степенью частоты выше 98% [2, 86]. Для извлечения радиоактивных изотопов пригодны цеолиты, обладающие достаточной химической стабильностью, устойчивостью к действию высокого уровня радиации. Другой метод хранения радиоактивных изотопов основан на их селективном извлечении при ионном обмене с последующей сушкой и дегидратацией изотопсодержащих цеолитов. Дегидратированные цеолиты, содержащие радиоактивные изотопы, запаивают в контейнеры, предназначенные для захоронения [87]. [c.606]

Наиболее полно изучена сорбция на клиноптплолите радиоактивных изотопов цезия и стронция [57, 77—79]. При этом предполагается последующее захоронение радиоактивных отходов [80]. Данные по хроматографическому разделению цезия, рубидия и калия показали, что разделение этих весьма близких по свойствам катионов может быть успешно осуществлено на клиноптилолите при помощи растворов солей аммония [81]. Ионный обмен на высококремнистых цеолитах может быть использован для концентрирования цезия и рубидия из технологических растворов и природных высокоминерализовапных вод, а также для получения чистых солей этих металлов. Использование высокоселективного морденита дает также хорошие результаты по концентрированию и разделению щелочных металлов [82]. [c.59]

Данные по кинетике ионного обмена указывают на большие скорости обменных реакций с участием вьюококремнистых цеолитов [35]. Поэтому, несмотря на возможное метастабильное состояние алюмокремнекислородного каркаса цеолитов, ионообменное равновесие, как правило, достигается, а состав обменных катионов отражает состав растворов в момент "закалки". Очевидно, что катионный состав растворов, наряду с кремний-алюминиевым отношением исходного стекла и временем, определяет вид цеолита. Возможность достижения ионообменных равновесий при метастабильном состоянии каркаса была показана ранее на примере щелочных полевых шпатов различной степени упорядочения [27]. Например, при преобладании в поровом растворе щелочных металлов может образовываться клиноптилолит, а при преобладании кальция — гейландит. Однако ионный обмен с поровым раствором определяет катионный состав ранее сформировавшегося каркаса. Например, кальциевый клиноптилолит, вероятно, может возникать только путем ионного обмена, так как при избытке кальция в условиях кристаллизации будет образовываться гейландит. [c.112]

Лабораторными исследованиями кинетики взаимодействия клиноптилолита с водными растворами кислот выявлено, что для растворов умеренной кислотности pH суспензий смещается в слабощелочную область. При внесении на кислые почвы клиноптилолит обнаруживает эффект нейтрализации, аналогичный известкованию. Механизм кислотного декатионирования цеолитов сложен. Под действием концентрированных растворов кислот происходит одновременный переход в раствор катионов и анионообразующих атомов. Реакции с разбавленными растворами кислот позволяют выявить две стадии процесса кислотного декатионирования, которые идут с разными скоростями ионный обмен и деалюминирование. [c.159]

Клиноптилолит проявляет ионно-ситовой эффект по отношению к крупным органическим катионам (см. табл. 7.9) [36]. В серии алкиламмониевых ионов степень обмена Хма с уменьшается с увеличением размера катиона. Тетраметиламмониевые и трет-бутиламмопиевые иопы вообще не обмениваются с катионами иатрия. Изотермы обмена показаны на рис. 7.13, а, а зависимость коэффициентов селективности от степени обмена — на рис. 7.13, б. При обмене па крупные органические катионы число молекул воды в цеолите уменьшается прямо пропорционально 1) степени замещения и 2) объему органического аниона. При рассмотрении молекулярно-ситового эффекта авторы работы исходили из не полностью доказанного (см. гл. 2) предположения об изоструктурности клиноптилолита и гейландита. По сравнению с другими цеолитами клиноптилолит довольно селективен по отношению к иону аммония. Отмечается хорошее совпадение экспериментальных результатов с правилом треугольника , в соответствии с которым константы реакций обмена К между ионами А, В и С связаны между собой соотношением [c.574]

Отношение кремния к алюминию оказывает значительное влияние на химическую устойчивость цеолитов. Чем больше относительное содержание кремния, тем цеолит устойчивее к воздействию кислот. В каркасе клиноптилолита и морденита не наблюдается существенных изменений даже при взаимодействии с весьма кислыми растворами (рН<1). Вьюо-кую кислотостойкость проявляет и эрионит. Указанные цеолиты путем кислотного декатионирования могут быть переведены в водородную форму, в то время как шабазит в кислых растворах разрушается. Поэтому, несмотря на меньшую обменную емкость, высококремнистые цеолиты — клиноптилолит и морденит — могут более широко применяться в ионообменной технологии благодаря большей химической и р>адиационной устойчивости. Способность высококремнистых цеолитов к декатионированию и деалюминированию учитывается также при получении алюмосиликатных катализаторов. По селективности ионного обмена промышленные цеолиты довольно сходны и, как правило, характеризуются резкой селективностью к крупным катионам и достаточно высокими скоростями обмена. [c.6]

В качестве примера рассмотрим ход определения обменной емкости для диагностики цеолитов ряда клиноптилолит - гейландит некоторых отечественных месторождений. Навеску цеолита (1 г) фракции 0,25-—0,5 мм заливают 5 мл 0,25/И раствора МН4С1. Колбу с содержимым встряхивают в течение 5 мин и отстаивают 3 ч. Затем отделяют раствор от твердой фазы и из раствора Рис. 16. Кинетические кривые сорбции отбирают аликвотную часть для оп- иона цеолитами ряда кпиноптило-ределения содержания ЫН Если, . зс- лит - гейландит [c.55]

Экспериментально определенные значения максимальной обменной емкости морденита, клиноптилолита, эрионита и филлипсита при взаимодействии их с водно-солевыми растворами соответственно составили 1,75 1,95 1,79 и 2,37 мг-моль /г цеолита. При этом найдено что в мордените, клиноптилолите и филлипсите все катионы, расположенные во внутрикристаллических полостях, могут участвовать в обменных реакциях, тогда как в эрионите 0,51 мг моль /г ионов К, содержащихся в исходных образцах, в обмене не участвуют независимо от концентрации и температуры раствора. Это связано с нахождением катионов К в мелких "канкринитовых" полостях, тогда как остальные катионы расположены в больших полостях алюмокремнекислородного каркаса эрионита [3]. Полученные значения максимальной обменной емкости для этих цеолитов находятся в хорошем соответствии с результатами других авторов, что и следовало ожидать, исходя из незначительного колебания отношения Si/Al в их составе. Однако экспериментально полученные значения максимальной обменной емкости высококремнистых природных цеолитов ниже теоретических значений, рассчитанных по содержанию тетраэдрического алюминия в их структуре. Это может быть обусловлено различными причинами завышенными величинами содержания цеолитов в породах, присутствием нераскристаллизованного вулканического стекла, а также возможным резким замедлением скорости ионообменных реакций при приближении к равновесию. [c.67]

Следовательно, изоморфные замещения по ионообменному механизму В031О10ЖНЫ при условии, что удаление некоторого количества обменного иона без электростатической или пространственной компенсации возможно без разрушения кристаллической структурь . Приведенные выше экспериментальные данные показывают, что наличие даже значительного дефицита катионов в мордените, клиноптилолите и эрионите не приводит к изменению их структуры. [c.105]

Исследования по регенерации отработанного клиноптилолита показали, что в результате регенерации 5 %-ным раствором ЫаС1 до полного уда ления NN4 обменная емкость клиноптилолита восстанавливается полностью. Увеличение концентрации раствора ЫаС1 с 5 до 10 % практически не влияет на емкость клиноптилолита. Время регенерации составляет 18—20 ч при скорости течения раствора 4 м/ч. При этом основная масса иона аммония извлекается из клиноптилолта в течение первых 3 ч. Концентрация аммонийного азота в отработанном регенерационном растворе после первого часа регенерации составляет 130—570 мг/л, второго часа 45—160 мг/л и третьего часа 17—54 мг/л. Данный раствор может быть повторно использован после восстановления. Раствор, пропускавшийся через клиноптилолит в течение последующих 15—17 ч, может быть использован на начальных стадиях регенерации. Основываясь на полученных данных, можно рекомендовать вести регенерацию в течение 3—5 ч с последующим восстановлением отработанного раствора путем отдув ки аммиака воздухом. [c.151]

Величина предельной сорбции а ах значительно меньше максимальной емкости исследуемых цеолитов по Зг , найденной после насыщения образцов УМ раствором ЗгС12. Это показывает, что при сорбции микроколичеств стронция из водопроводной воды происходит насыщение лишь части обменных центров, находящихся на внешней поверхности минерала. В случае клиноптилолита из месторождения Дзегви точки изотермы ложатся на две пересекающиеся прямые (рис. 49). Очевидно, это связано с наличием двух типов обменных центров, обладающих различной энергией. В данном случае реализуются центры на внешней поверхности минерала и часть центров внутренней поверхности. Клиноптилолит из месторождения Дзегви, в отличие от образцов из других месторождений, характеризуется натриевой катионной спецификой. По сравнению с другими обменными катионами, присутствующими в цеолите, ионы N3 обладают к нему меньшим сродством и наиболее легко обмениваются на ионы [c.153]

Клиноптилолитовые туфы имеют обменную емкость около 2 мг х X моль" /ги содержание цеолитной воды около 15 %. Общая влагоемкость за счет вторичной пористости пород достигает 45 %. Поэтому внесение клиноптилолита в почву существенно увеличивает ее обменную емкость и влагоемкость, что особенно важно для низкоурожайных дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почв. Кинетические особенности ионного обмена на клиноптилолите указывают на весьма высокие скорости и обратимость обменных реакций, выгодно отличающиеся от кинетики ионного обмена на глинистых минералах, определяющих, как правило, обменную емкость почв. Важная отличительная особенность ионного обмена на клиноптилолите — резкая селективность к таким крупным катионам, как К и NN4, являющимся основными действующими веществами минеральных удобрений. Это определяет их постоянный переход в почву, задерживает вынос грунтовыми и дождевыми водами и увеличивает длительность действия удобрений. [c.160]

Высокая обменная емкость, селективность к ионам калия и аммония, а также высокие скорости обменных реакций позволяют рассматривать клиноптилолит как почвоулучшатель сорбционного типа. При использовании цеолитовых туфов в качестве искусственной почвы необходимо предварительное насыщение клиноптилолита компонентами питательных веществ. В частности, для этих целей может быть использована калий-аммо-нийная форма клиноптилолита. Установленная опытным путем вьюокая биологическая активность аммонийной формы, выраженная в значительном повышении урожайности и содержания белка в зерне, позволяет рассматривать клиноптилолит в аммонийной или калий-аммонийной форме как весьма эффективное удобрение длительного действия которое может быть получено попутно при очистке бытовых и сельскохозяйственных стоков от аммонийного азота. [c.160]

При использовании молотых клиноптилолитовых туфов в качестве минеральной подкормки вместе с клиноптилолитом вносят в корм в легкоусвояемой подвижной форме такие важные минеральные вещества, как кальций, калий и натрий, а также некоторые микроэлементы. Клиноптилолит оказывает положительное действие на процесс пищеварения и повышает усвояемость кормов. При использовании природных цеолитов в качестве добавок к кормам необходимо учитывать состав обменных катионов цеолита. Высокая селективность клиноптилолита к иону аммония позволяет значительно повысить дозу аммонийного азота в кормовых смесях. [c.161]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология