Неорганические аниообменники, синтезированные на основе гидроксидов металлов

ВВЕДЕНИЕ

В представленных статьях гидроксиды металлов рассмотрены в качестве ионитов в различных водных и смешанных средах. Обсуждены химические и физические свойства, методы синтеза и сорбционная активность гидроксидов металлов. Разобраны кинетика и термодинамика ионного обмена на гидроксидных ионитах. На обширном экспериментальном материале сделаны выводы о механизме сорбции и предложены модели, описывающие этот процесс.

Показана возможность применения гидроксидных материалов в качестве неорганических ионитов в аналитической химии, химической технологии и промышленной экологии. Селективность таких ионообменников позволяет использовать их как при разделении смесей, так и для извлечении из сложного раствора какого-то одного конкретного иона.

ГИДРОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ, ОБЛАДАЮЩИЕ БРУСИТОВОЙ СТРУКТУРОЙ

Большая часть статей посвящена изучению анионообменных свойств гидроксидов металлов, имеющих слоистую структуру типа брусита. В настоящее время их выделяют в отдельную группу соединений. Для них характерно построение кристаллической решетки из отдельных слоев, соединенных водородными связями или силами Ван-дер-Ваальса. Внедрение анионов в межслоевые пространства таких гидроксидов происходит на основе нуклеофильного замещения функциональных гидроксогрупп.

Важно, что гидроксиды различных металлов со слоистой структурой могут образовывать твердые растворы замещения, обладающие рядом ценных ионообменных свойств. Представленные публикации отражают современный уровень исследований по этой проблеме в мировой практике.

В работах (1-2,5-7) указывается на возможность использования в качестве анионообменных материалов так называемых слоистых двойных гидроксидов (СДГ) . Cтруктура СДГ (M2+1-xM3+x(OH) 2((anionn-) x/n. mH2O)) состоит из положительно заряженных гидроксидных слоев (M2+1-xM3+x(OH) 2) x+ и анионов, находящихся в межслоевом пространстве. Интерес исследователей к этому классу соединений обусловлен возможностью вариации их свойств путем замещения анионов в межслоевом пространстве или атомов металла в гидроксидном слое.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследованиях широко применяются химические и физико-химические методы анализа. К наиболее часто используемым методам относятся инфракрасная спектроскопия, рентгенофазовый анализ, атомно-абсорбционная спектроскопия и термогравиметрический анализ.

Так, результаты рентгенофазового анализа свидетельствуют о возможности расширения межслоевых пространств гидроксидов при интеркаляции в них различных анионов. Например, в статье (1) показано, что при внедрении в Mg-Al СДГ терефталат-анионов происходит изменение параметра решетки С от 9Е до 14Е. Это позволяет извлекать гидроксидными ионитами из растворов достаточно крупные анионы.

Инфракрасная спектроскопия использована для анализа состояния анионов в составе различных гидроксидов. Например, приведены инфракрасные спектры поглощения продуктов сорбции нитрат-ионов на гидроксидах таких металлов, как Zn, Cu, Ni и La (6).

Атомно-абсорбционный анализ применяется во многих работах, например, в (4) при определении концентраций ионов в растворах.

Термогравиметрический анализ позволяет проследить процессы, происходящие при нагревании гидроксидных материалов. Примером применения термогравиметрии может служить исследование, проведенное в работе (6). Здесь проанализирована устойчивость к нагреванию терефталатных, ацетатных и бензоатных производных от соединений вида: Zn5(OH) 8(NO3) 2·2H2O, Cu2(OH) 3NO3 и La(OH) 2NO3·H2O. Полученные экспериментально кривые DTA показывают температуру, при которой начинается термическое разложение первоначально взятых образцов и глубокая перестройка структуры соединений. Кривые DTG отражают потерю массы образца при нагревании. Показано, что потеря массы твердой фазы происходит за счет отделения при высокой температуре таких легколетучих веществ, как H2O, CO2, NO и др. Полученные в работе результаты позволили охарактеризовать термическую устойчивость гидроксидных ионитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, рассматриваемые публикации показывают, что сегодня продолжается интенсивное исследование неорганических ионитов. В частности, ведется активный поиск неорганических материалов с анионообменными свойствами. Среди наиболее перспективных указываются гидроксиды металлов. Химическая модификация гидроксидных материалов позволяет получать широкую гамму анионообменников, обладающих высокой обменной емкостью. В качестве ионитов могут быть использованы как индивидуальные, так и смешанные гидроксиды металлов. В публикации (5) отмечается, что есть возможность синтеза различных по свойствам гидроксидных ионитов, включающих такие металлы, как Mg2+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, Al3+, Cr3+, Ga3+ или Fe3+. Это задает интересные темы для исследований и обуславливает множество вновь появляющихся публикаций.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Steven P. Newman, Samuel J. Williams, Peter V. Coveney, William Jones. Interlayer arrangement of hydrated MgAl layered double hydroxides containing guest terephtalate anions: comparison of simulation and measurment // Journal of Physical Chemistry. 1998. V. 102. P. 6710-6719.

2. Masami Kaneyoshi, William Jones. Exchange of interlayer terephtalate anions from Mg-Al layered double hydroxide formation of intermediate phases // Chemical Physics Letter. 1998. V. 296. P. 183-187.

3. Nasr Z. Misak. Outlines of the ion exchange characteristics of hydrous oxides // Advances of Colloid and Interface Science. 1994. V. 51. P. 29-135.

4. Milan Marhol. Ion exchanger in analitycal chemistry, their properties and use in inorganic chemistry. 1982. p. 585.

5. Masami Kaneyoshi, William Jones. Formation of Mg-Al layered double hydroxides inter calated with nitriloacetate anions // Journal of Chemistry Materials. 1999. №9. P. 805-811.

6.Steven P. Newman, William Jones. Comparative study of some layered hydroxide salts containing exchangeable interlayer anions // Journal of Solid State Chemistry. 1999. V. 148. P. 26-40

7. Samuel J. Williams, Peter V. Coveney, William Jones. Molecular dynamics simulation of the swelling of terephtalate anions // Journal of Solid State Chemistry. 1999. V. 21. P. 183-189.