Ионообменники анионный обмен

Ионообменная хроматография служит для разделения ионов и основана на различной способности разных ионов в растворе к обмену с ионитом (ионообменником), служащим неподвижной фазой. Обычно синтетический ионообменник представляет собой высокополимер (смолу), например поперечно-сшитый полистирол, содержащий различные функциональные фуппы. Для разделения катионов используют катиониты, анионов - аниониты. [c.294]

Первое уравнение описывает анионный обмен, поскольку обменивающиеся ионы и- и X- заряжены отрицательно. Вторая реакция иллюстрирует катионный обмен. Понятно, что для двух типов ионообменной хроматографии используют различные неподвижные фазы. Таким образом, ионообменные колонки делятся на анионообменные и катионообменные, у первых на поверхности сорбента находятся положительно заряженные группы, у вторых — отрицательно заряженные. Кроме того, ионообменные материалы можно разделить на сильные и слабые. У сильных ионообменников функциональные группы всегда ионизованы. Из этого следует, что в интервале значений pH, используе- [c.107]

Многочисленные явления, относящиеся к сорбции ионов гидроокисями, могут быть истолкованы на основе ионообменного равновесия, хотя из результатов ранних работ не всегда ясно, протекает ли процесс сорбции во всем объеме твердой фазы или только на поверхности. Этот вопрос мо. но легко разрешить, определив полную емкость данной массы ионообменника в зависимости от его поверхности однако до настоящего времени подобные определения проводились очень редко. Свежеосажденные окиси трехвалентных металлов — очень эффективные сорбенты например, гидратированная окись железа хорошо сорбирует катионы щелочноземельных элементов (в соответствии с законом действия масс) [3] другие двухвалентные катионы [4] сорбируются при pH выше 7. Можно предположить, что катионы щелочных металлов и щелочноземельных элементов сорбируются на поверхности и легко элюируются, а катионы с более высоким зарядом (Се +, Рт +, Ки +) сорбируются во всем объеме ионообменника и вымываются с трудом [5]. Пока еще неизвестно, в какой мере это явление связано с ионным обменом, так как подобные ионы могут также соосаждаться на окислах. Амфотерные окислы, такие, как гидроокись алюминия, в зависимости от pH раствора могут сорбировать либо катионы, либо анионы, что может быть выражено следующим уравнением [6] [c.114]

Ионообменная хроматография. Основана на обменной сорбции при пропускании через сорбент раствора в него переходит из сорбента эквивалентное количество одноименно заряженных ионов, ранее сорбированных этим сорбентом или содержащихся в его структуре. Сорбенты, способные к подобному обмену ионов, получили название ионитов (ионообменников). Они подразделяются на катиониты, обладающие способностью к обмену катионов, и аниониты, обменивающиеся с раствором анионами. Известны также и иониты амфотерного характера — амфолиты, способные как к катионному, так и к анионному обмену. [c.63]

В последнее время получают развитие методы исследования комплексообразования при помощи жидких ионообменников — смесей высокомолекулярных аминов, которые в солевой форме способны к анионному обмену [c.81]

Во всех перечисленных видах ионообменной хроматографии имеет место многократное повторение процессов ионного обмена, что является отличительной чертой хроматографического процесса. В зависимости от того, происходит ли обменная сорбция положительно заряженных ионов (катионов) или отрицательно заряженных ионов (анионов), ионообменники соответственно делятся на катиониты и аниониты. Существуют иониты, обладающие амфотерными свойствами. [c.142]

Ряд явлений, положенных в основу хроматографических методов, известен уже давно. Например, еще во времена Аристотеля морскую воду очищали с помощью некоторых видов почв. Также давно известно, что минеральные удобрения остаются в почве в течение длительного времени и лишь с трудом вымываются дождевой водой. Английские химики-почвенники Уэй [35] и Томпсон [30] изучали процессы удерживания в почве катионов из фильтрующихся сквозь нее растворов. В ходе исследований они открыли в 1850 г. основные законы ионного обмена, хотя и не представляли себе, насколько важны сделанные ими наблюдения. Ионный обмен на природных продуктах (главным образом, на минералах и почвах) был позднее подробно изучен, но серьезный интерес к этому процессу возник только после синтеза первого органического ионообменника (1935 г.). Адамс и Холмс [1], конденсируя фенолсульфоновые кислоты с формальдегидом, получили искусственные смолы, с участием которых в отличие от неорганических ионообменников возможен обмен в водных растворах не только катионов металлов, но и ионов водорода. После того как путем конденсации полиаминов с формальдегидом были получены анионообменники, определены условия, позволяющие удалять электролиты из водных растворов новым методом — деионизацией, а не перегонкой. По мере того как налаживалось получение анионо- и катионообмен-ников, их все шире стали применять не только для ионного обмена, но и для хроматографического разделения, т. е. возникла ионообменная хроматография. Во время второй мировой войны и после нее ионообменники постоянно применялись в ядерных исследованиях, поскольку, как выяснилось, они позволяют добиться высокоэффективного разделения радиоактивных изотопов. Ионообменная хроматография входит также в число методов, обеспечивавших в последние два десятилетия столь быстрое развитие биохимии. [c.13]

Все шире используют метод ионного обмена, по которому воду пропускают через ионообменник, где катионы или анионы, которые необходимо удалить из воды обмениваются на ионы, содержащиеся в ионообменнике. Так для удаления катионов Са + и Mg + используют катионит, содержащий катион Na+, он и является обменным. Если требуется удалить из воды другие катионы и анионы, ее пропускают последовательно через катионит, содержащий в обменной форме катионы Я+, и затем через анионит, обменными ионами которого являются анионы ОН". Вода таким образом освобождается от анионов и катионов. Такая обработка воды называется обессоливанием. [c.52]

Характер изменения 2-потенциала в зависимости от pH раствора на окиси тория и искусственном магнетите [88] был объяснен амфотерными свойствами поверхностных гидроксильных групп и использован для построения изотерм сорбции. Для окиси тория возможны два вида диссоциации со значениями рЛ н = 2,9 и рКон=11,1 причем если обмен может происходить во всем объеме ионообменника (стр. 122), то анионообменная сорбция протекает преимуще-.ственно на поверхности. Сродство к различным анионам у магнетита изменяется в таком порядке [c.115]

Обменная емкость ионообменника определяется числом функциональных групп, участвующих в ионном обмене, и выражается в миллиэквивалентах на грамм сухой смолы в Н+(катионной) - или С1 (анионной)-форме. [c.44]

Детальное исследование строения цеолитов [1] позволило установить, что многогранники в них размещаются таким образом, что в решетке возникают каналы, позволяющие ионам проникать внутрь нее. Эти каналы могут пересекаться либо не пересекаться, могут проходить сквозь весь каркас либо заканчиваться внутри него. Диаметры каналов определяются структурой цеолита и изменяются даже по длине отдельного канала. Внутри решетки имеются почти сферические полости, которые могут с помощью каналов соединяться с наружной поверхностью. Внутри этих полостей и каналов размещаются катионы, неструктурные анионы (если они имеются) и молекулы воды. Очевидно, что катион, присутствующий в первоначальной структуре с момента синтеза цеолита, может обмениваться только в том случае, если размеры каналов позволяют ему свободно диффундировать во внешний раствор. Однако подобный обмен происходит только при условии, что диаметр обменивающихся ионов сопоставим с диаметром канала, т. е. если они могут диффундировать из раствора в решетку. Число свободных мест в ионообменнике ограничено также из-за присутствия молекул воды и анионов внутри самих каналов. Помимо чисто термодинамических факторов, от которых зависит селективность, существуют возможности изменения в широких пределах стерических факторов, влияющих на поведение ионообменника. Измеренный для ряда цеолитов интервал изменений диаметра каналов довольно [c.62]

Смолы, содержащие кислотные остатки серной кислоты, имеют своих.анионообменных двойников — сильн00с110вные смолы, у которых функциональные группы в полимерной решетке представлены положительно заряженными производными четвертичного аммония, а обменными группами являются группы ОН" или другие анионы. Кроме того, существуют слабоосновные и слабокислотные ионообменники, у которых диссоциация незначительна, конечно за исключением тех случаев, когда они находятся в кислых и основных растворах соответственно. Слабоосновные анионообменники (аниониты) содержат третичные аминогруппы, а слабокислые катиониты обычно содержат либо карбоксильные группы (диссоциируют при pH >7), либо фенольные группы (не диссоциируют при рН<12). Бифункциональные катиониты, такие, как фенолсульфопроизводные смолы, имеют два типа функциональных групп — одна сильнокислая, другая — обменивающаяся только в щелочных растворах. [c.14]

Ионообменники обычно представляют собой матрицу с боковыми фуппами, содержащими способные к обмену катионы или анионы. [c.217]

Анион, присутствующий в растворе, не участвует в обмене, так как, согласно принципу равновесия Доннана и ввиду того, что анион М" ионообменника нерастворим, он не может входить в решетку. Указанное равновесие подчиняется закону действия масс,, и для процесса ионного обмена можно определить термодинамическую константу равновесия. При описании процесса ионного обмена используются две экспериментально определяемые количественные характеристики Ац — коэффициент распределения и Л"А — коэффициент селективности. [c.12]

И. классифицируют по различным признакам по химич. природе молекулярного каркаса — на неорганические и органические по происхождению — на природные и синтетические по знаку заряда обменивающихся ионов — на катиониты (ноликислоты), аниониты (полиоснования) и амфолиты (амфотерные И., способные осуществлять как катионный, так и анионный обмен) по степени диссоциации ионогенных групп — на сильно- и слабокислотные (основные) катиониты (аниониты) в зависимости от того, однотипны или разнотипны ионогенные группы—на моно- и полифункциональные. Не все И. укладываются в эту классификационную схему. Отдельную группу составляют искусственные И., полученные химич. обработкой природных продуктов — угля, целлюлозы, лигнина и др. Многие И. по степени ионизации функциональных групп занимают промежуточное положение между сильно- и сла-бодиссоциированными. Существуют минерально-орга-нич. И., к-рые состоят из органич. полиэлектролита на минеральном носителе или неорганич. ионообменника, диспергированного в полимерном связующем. [c.428]

Скгобенно большое значение для анализа неорганических соединений имеет ионообменная хроматография. При ней в качестве адсорбентов применяют иониты (ионообменники). Так называются нерастворимые в воде вещества, способные обменивать какие-либо из своих находящихся на поверхности ионов на ионы, содержащиеся в растворе. Таковы, например, пермутит, широко используемый в технике для умягчения воды, сульфоуголь, различные синтетические ионообменные смолы и т. д. Иониты подразделяются на катиониты, обменивающиеся с раствором катионами, и аниониты, способные к анионному обмену. [c.160]

В результате изучения химических свойств сшитых триполимеров было показано, что в них одновременно присутствуют карбоксильные и аминогруппы, т. е. функциональные группы, способные как к катионному, так и анионному обмену. Приведенные данные свидетельствуют о возможности радиационного синтеза биполярных сорбентов (амфотерных ионообменников), где в создании трехмерной основы участвуют эпоксидно-диановые смолы. [c.211]

В последнее время для обменной адсорбции в технике начинают применять так называемые ионообменники типа искусственных смол, служащих для приготовления пластических масс. Так, смолы типа бакелита имеют кислотный характер, в то зре.мя, как основной характер имеют аминопластмассы. Первые обненно адсорбируют катионы, вторые — анионы. Обменная адсорбция имеет большое значение в ряде технологических процессов, требующих удаления нежелательных ионов и солей из водных растворов. [c.180]

Степень диссоциации ионообменника зависит главным образом от его химической природы и свойств раствора. Например, катионообменники, содержащие группу —ЗОзН (сильная кислота), хорошо диссоциируют и способны к обмену ионов в кислой, нейтральной и щелочной среде. Они называются сильнокислотными. катионообменниками. Наоборот, катионообменники с ионогенной группой —СООН (слабая кислота) в кислой среде диссоциируют плохо. Они способны к диссоциации, а следовательно, к реакциям обмена только в нейтральной и щелочной средах, т. е. являются слабокислотными катионообменниками. Аналогично при анионном обмене анионообменники, содержащие в своей структуре слабоосновные группы (первичные, вторичные, третичные аминогруппы),, диссоциируют и способны к обмену лишь при pH<7 слабоосновные анионообменники) анионообменники, содержащие в своей структуре сильноосновные группы, диссоциируют в кислой, нейтральной и даже щелочной средах сильноосновные анионообмен-никн). [c.22]

М уксусной кислоты, содержащим 0,005 М бериллия, и определяли спектрофотометрически [181]. Около 10" % кремния сорбировалось на анионите в С1 -форме в виде SiF " из раствора, содержащего фтористоводородную кислоту, с последующим вымыванием раствором борной кислоты для спектрофотометрического определения [5]. Нитрат-ион при содержании порядка 10 % сорбировался на слабоосновном анионите в С1"-форме затем его вымывали 1 %-ным раствором Na l и определяли спектрофотометрически [182]. Анионный обмен использовали также для предварительного концентрирования и и Th при полярографическом и спектрофотометрическом определениях [183]. Цезий при содержании 1 10" % сорбировался на фосфоро-молибдате аммония в статических условиях. После растворения ионообменника в растворе щелочи цезий экстрагировали раствором тетрафенилбор-натрия в смеси гексана и циклогексана и определяли фотометрически [184]. [c.113]

С практической точки зрения необходимо признать, что ионный обмен не очень селективный процесс. Чаще разделение на ионообменниках проводят путем изменения форм нахождения ионов в растворе, варьируя pH раствора или вводя комплексообразующие вещества, связывающие ионы в комплексы. Например, в щелочных растворах на анионообменниках алюминий, который в этом растворе существует в виде комплекса А1(0Н)4, можно отделить от щелочно-земельных элементов. Из солянокислых сред N (11), А1(Ш), У(Ш), ТЬ(1У) не сорбируются аннонообменниками, поскольку они не образуют анионных хлоридных комплексов, тогда как большинство металлов сорбируется, проявляя значительные различия в величинах констант обмена. [c.245]

Последний вывод вытекает из первого принципа Гейнеса — Томаса [8], согласно которому ионообменник состоит из твердого алюмосиликатного каркаса с точно установленным числом свободных для обмена катионов мест, способных сорбировать из окружающей среды воду, а не анионы. В общем случае, когда в обмене участвуют катионы А + и Вг с соответствующими зарядами х я у, константа равновесия может быть представлена следующим выражением [c.40]

Наиболее широко в технологии редких металлов ионный [ обмен применяют для разделения лантаноидов. Лишь с освое-> нием этого метода удалось получить количества индивидуальных 1 редкоземельных металлов, достаточные для изыскания возможностей их технологического применения. При пропускании раствора смеси солей РЗЭ через колонку, наполненную катионитом, происходит частичное разделение благодаря различной способности к ионцому обмену. Ионообменное разделение основано на том, что постепенное уменьшение радиуса иона (и соответствующее понижение основности) приводит к постепенному упрочнению связи с гидратной оболочкой. Поскольку в основе прочности связывания катионов с анионными группами ионообменников лежит, по-видимому, электростатическое притяжение гидратированного катиона к отрицательной группировке, то оказывается чем больше радиус гидратированного иока, тем менее прочно он связывается. В ряду РЗЭ, таким образом, ряд сродства к катиониту имеет вид Ьа +>Се2+>Рг2+>. .. >0у + > >уз+>НоЗ+>. .. >ЬиЗ+>5сЗ+. [c.168]

Детальное исследование поведения многовалентных катионов на фосфоромолибдате аммония позволило вскрыть интересные и сложные явления, связанные с механизмом ионного обмена. Определение равновесных значений Kd показывает, что, в то время, как обмен в системе Sr - —Н+ подчиняется закону действия масс (см. стр. 13), сорбция + достигает, максимума при pH 3,5 и уменьшается до О при pH 4 (см. фосфоровольфрамат аммония, стр. 107), что находится в очевидном противоречии с отмеченным выше поведением. Одновременная сорбция Sr + и Y + в колоночных опытах из буферных растворов при pH 4—5, очевидно, объясняется тем, что равновесие не достигается за такое короткое время вследствие высокой начальной сорбции из свежих растворов при pH 4,5. При стоянии ионообменника в растворах с указанным pH происходит его частичное разрушение с выделением анионов фосфоромолибдата 11-го типа в раствор. Вероятно, в этом случае имеет место непрерывное вымывание иттрия, связанное с образованием комплексов так было найдено, что при контакте свежей порции ионообменника с раствором при pH 4,5 вновь добавленный иттрий не сорбируется до тех пор, пока ионообм-енник не будет помещен в свежий раствор. Возможно, чтэ первоначально наблюдаемая сильная сорбция иттрия на свежем ионообменнике из буферного раствора с pH 4,5 связана с комплексообразованием в самом твердом ионообменнике. Условия сорбции и вымывания заметно отличаются так, например, если У + плохо сорбируется при рН<3,5, то для его вымывания необходимо использовать по крайней мере 0,5 н, [c.105]

Таким образом, у данного типа ионообменников наблюдается переход от анионного обмена в кислом растворе к катионному обмену в щелочном растворе. Подобного перехода не наблюдается, если М — элемент с низкой основностью, например кремний. Переход от одного типа обмена к другому происходит в определенном интервале значений pH, зависящем от основности иона металла. Отсутствие резкого перехода, отвечающего этому изменению (здесь уместно сравнение с изоэлектриче-ской точкой амфотерных ионов), и возможность в некоторых случаях одновременно и катионного и анионного обмена при определенном значении pH дают основание предполагать, что ионообменные группы неравноценны. Силикагель обладает только катионообменными свойствами [20] высокое электронное сродство у четырехвалентного иона кре.мния проявляется в форме очень слабой основности гидроксильных групп. Атомы водорода последних легко заменяются катионами даже в кислых растворах, особенно теми, которые легко координируются с кисло- родом. На рис. 24 представлено влияние pH раствора на величины коэффициентов распределения различных ионов при сорбции нх на силикагеле. Из этих данных следует, что указанные ионы можно разделить при определенных значениях pH раствора. Этот метод был использован [21] для разделения урана, плутония и трехвалентных металлов (продукты деления) из растворов, полученных при растворений облученрого урана кислоте. Значения коэффи- [c.119]

Методика. Определенное количество (приблизительно 10 ммолей) набухшего ионообмеиника в Н-форме (катиоиообменник) илн ОН-форме (анионообменник) помещают в трехгорлую колбу емкостью 500 см , которую заполняют 250 см 0,1 М NaOH (обмен катионов) илн 250 см 0,1 М H I (обмен анионов). Эксперимент выполняют в термостатируемой бане прн постоянной температуре. Систему ноно-обменник — раствор перемешивают с постоянной скоростью (приблизительно 400 об/мин). Через определенные интервалы времени отбирают пробы раствора (5 см ), определяют в них количества ионов Н и ОН и, зная общую обменную емкость ионообменника, рассчитывают степень нейтрализации (в данный момент). Для расчета используют следующее упрощенное уравнение [c.98]

Еще более сложна проблема определения коэффициентов активности ионов в смоле. Ионообменаик можно рассматривать как гомогенный высококонцентрированный электролит. Если не обращать внимания на тот факт, что вода (растворитель), поглощенная ионообменником, частично связана (сольватирует) с неподвижно связанными с матрицей анионными группами катионообменника (которые ввиду своей неподвижности осмотически неактивны), то простой расчет показывает для сульфо-кислотной смолы средней степени сшивки, имеющей емкость 5 мг-экв/г, в набухшем состоянии на один способный к обмену катион приходится 9—10 молекул воды. Для сильносшитых смол количество водь вдвое меньше. Это соответствует концентрации электролита во внутреннем растворе 6 н. и выше. Высокая электропроводность смол в набухшем состоянии подтверждает правильность такого представления о состоянии сорбированного иона. Осложняющими обстоятельствами (по сравнению с обычным концентрированным раствором) являются трудность учета электростатического взаимодействия с неподвижными ионами матрицы определенная неподвижность части воды (растворителя), идущей на сольватацию неподвижных ионов матрицы, что ведет к трудно учитываемому повышению концентрации обменивающихся противоионов в фазе смолы. [c.144]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология