ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ионообменная емкость из "Цеолиты - новый тип минерального сырья" Ионообменная емкость цеолитов — один из основных параметров, характеризующих их сорбционные и технологические свойства. Определение обменной емкости необходимо также для расчета кинетических и равновесных параметров ионного обмена. [c.67] В общем случае следует различать максимальную обменную емкость, соответствующую полному замещению одного иона другим во всех кристаллохимических позициях, и обменную емкость, реализующуюся при определенных физико-химических условиях и соответствующую частичному замещению одного иона другим. В первом случае значение емкости может быть определено по содержанию либо алюминия в тетраэдрической координации, либо обменных катионов в данном цеолите. Во втором случае емкость определяется степенью обмена, которая может быть выражена в ионных долях или процентах. [c.67] 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] В соответствующей катионной и Ма-формах. Зависимости плотности различных катионных форм высококремнистых природных цеолитов от отношения атомной массы к заряду катиона имеют прямолинейный характер и значительно возрастают с увеличением массы катиона (рис. 20). [c.69] Таким образом, в случае выражения обменной емкости по какому-либо катиону в мг моль /г цеолита в соответствующей катионной форме (е), как это обычно делается в отечественной и зарубежной литературе, необходимо учитывать, что для металлов, значительно различающихся по атомной массе, она будет различна, а это может приводить к неправильным выводам о характере замещения и о кристаллохимических свойствах данных минералов. Поэтому более удобно пользоваться значениями обменной емкости, выраженными в мг моль /г определенной катионной формы цеолита (еТ, выбранной в качестве базовой, т.е. приведенной обменной емкостью. [c.69] Анализ результатов, представленных в табл. 27, также показывает, что все одновалентные катионы, кроме ЬГ, реализуют максимальную обменную емкость морденита, клиноптилолита и эрионита полностью. Более низкое значение емкости цеолитов по вероятно, связано с его сильной гидратационной способностью, а также с недостаточной концентрацией и температурой раствора, так как селективность высококремнистых цеолитов к значительно ниже, чем к Ма. [c.69] Недостижение максимальной емкости филлипсита по одновалентным катионам обусловлено главным образом кинетическими факторами, так как при увеличении температуры процесса также достигается максимальная емкость филлипсита. [c.69] Влияние физико-химических условий на емкость высококремнистых природных цеолитов изучено путем получения различных катионных форм и их анализа на содержание обменных катионов. Поданным табл. 27 можно исследовать влияние концентрации и температуры раствора на емкость этих цеолитов по Li и по двухвалентным катионам, а также филлипсита по катионам щелочных металлов. [c.70] Экспериментально установлено, что обработка Ма-формы клиноптилолита раствором Ь С1 приводит к незначительному увеличению содержания в твердой фазе с повышением концентрации раствора (табл. 28), но максимальная обменная емкость клиноптилолита по при этом не достигается. Однако при обработке высококремнистых цеолитов 1 М раствором Ь1С1 при более высокой температуре их максимальная емкость по Li реализуется полностью (табл. 29). [c.70] Для оценки влияния температуры на емкость филлипсита по катионам щелочных металлов он был обработан 1 М растворами хлоридов соответствующих металлов при более высокой температуре (табл. 30). [c.71] Из табл. 30 видно, что для катионов щелочных металлов, кроме Li, при данных условиях максимальная обменная емкость филлипсита реализуется полностью, а также имеет место значительное увеличение содержания в твердой фазе и, вероятно, при дальнейшем повышении температуры емкость филлипсита по также реализуется полностью. [c.71] При замещении катионов одновалентных металлов на двухвалентные (на примере обмена Ма — 5г /2) максимальная обменная емкость высококремнистых цеолитов ни при какой температуре не достигается (табл. 31). Наибольшее значение емкости имеет место при 50 °С, когда весь Ма замещается на Зг, а дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению содержания стронция в цеолитах и увеличению дефицита катионов (ДК). [c.71] Иной характер имеет влияние температуры на емкость высококремнистых цеолитов по двухвалентным катионам при обмене в статических условиях (табл. 32). [c.71] В данном случае содержание стронция в твердой фазе с повышением температуры возрастает, а дефицит катионов убывает. Вероятно, это связано с тем, что с увеличением степени обмена происходит повышение pH раствора за счет ионов Ма, перешедших из твердой фазы, и преобладающим фактором становится уменьшение гидратной оболочки 5г с увеличением температуры и, как следствие этого, возрастание емкости. [c.72] В заключение следует отметить, что исходя из опубликованных данных [3] нельзя однозначно ответить на вопрос о возможности достижения максимальной обменной емкости цеолитов по двухвалентным катионам. Так, согласно результатам некоторых работ.степень обмена одно-двух-валентных катионов на цеолитах может равняться 1 [3]. Однако, как видно из вышеприведенных данных, ни для каких двухвалентных катионов в гидротермальных условиях максимальная обменная емкость не достигается. При этом отмеченный нами дефицит катионов в твердой фазе в литературе не обсуждается, хотя это явление было установлено при изучении химических составов некоторых образцов природных цеолитов [27, 31]. [c.73] Вернуться к основной статье