无机离子交换剂
同修 / 2022-07-02
6.2.2 无机离子交换剂
6.2.2.1 沸石
沸石是具有离子交换性能的晶状铝硅酸盐。它们是由SiO4，和AIO4。四面体组成的，两者共用氧原子。细丝状、疏松的片状，和刚性三维结构的沸石都已有报道。当晶格中某些四价的硅原子被三价的铝原子取代时，骨架上就带上了净的负电荷，并由适当数目的可被交换的反离子达成电荷平衡。在天然沸石中，反离子通常是碱金属或碱土金属离子。具有规则的三维结构的沸石，不管是天然的或是合成的(例如Linde分子筛)，均有刚性极强的骨架和尺寸均匀的“小孔”和“通道”。其结构如图6.3所示。
图 6.3沸石(分子筛)的结构
这种结构使沸石能够起到一种“离子筛”或“分子筛”的作用，就是说，它能容纳比较小的离子或分子，并把因体积太大而不能填入晶体骨架空穴中去的离子或分子完全排斥在外。关于这类化合物的细节可在有关文献中找到。
6.2.2.2 杂多酸盐
杂多酸盐诸如磷钼酸盐、砷钼酸盐、硅钼酸盐、磷钨酸盐、砷钨酸盐和硅钨酸盐都曾被广泛地用作某些一价离子，尤其是较重的破金属离子的特效性阳离子交换剂。这类离子交换剂的抗电离辐射能力比有机树脂强得多，因此常被用子处理强放射性的废水。也被用于从铀的裂变产物或从海水中回收艳。这类交换剂的缺点是在水液溶中溶解度较大，以及难以用它制得具有满意的液体流速的色谱柱。适合色谱用途的磷钼酸铵已有商品供应。
6.2.2.3 水合氧化物和难溶性盐类
高价金属例如A1、Cr、Fe、Bi、Ce、Ti、Zr、Si、Th、Sn、Nb和Ta的不溶性水合氧化物具有离子交换的性质。它们多数是两性的，也就是说在酸性溶液中它们象是阴离子交换剂，而在碱性溶液中象是阳离子交换剂。但是其中有些只具有一种功能，例如硅胶只起阳离子交换剂的作用。某些水合氧化物对于多电荷的无机阴离子有很高的选择性。
最近报道了许多种盐类无机离子交换剂。它们中有针、错、钛、肺、锡和某些其他金属的磷酸盐、钨酸盐、钼酸盐、梯酸盐，钒酸盐、硒酸盐和砷酸盐等，也包括了亚铁氰酸盐的复盐，铁氰酸盐的复盐，以及硫化物等。在这些无机离子交换剂中，磷酸错是最受欢迎的。它的结构可以表示为；
这些盐类的离子交换性质取决于它们的化学计量组成、制备历史和烧温度等。它们大多数能耐高温和抗电离辐射。总的说来，它们对于某些金属离子有高度的选择性。可惜它们在水中的溶解度较大，而且交换性质受到制备历史的影响。某些盐类离子交换剂已有商品供应)。在某些盐类离子交换剂中，离子交换并非从溶液中摄取离子的唯一途径。对于水合五氧化二梯(HAP)、水合二氧化锰、硫化铜、草酸铺等在放射化学中用于选择性地吸附某些核素的盐类离子交换剂来说，这一点尤其重要。在这些化合物中，五氧化二特别重要，因为在活化分析中它已被用于从浓酸溶液中选择性地将钠与其他元素分离。这一些和其他一些选择性吸着剂由意大利的Carlo Erba公司制造。
1970～1976年间有关合成无机离子交换剂的文献综述见文献。
6.2.2.4 其他无机离子交换剂
其他无机材料，包括天然物质(粘土、矿物)和人造材料(玻璃等)，也在不同程度上显示出离子交换的性能，曾被用于多种痕量离子的分离。
6.2.3 液体离子交换剂
不溶于水、但可溶于与水不相混溶的有机溶剂的，含有离子化功能团的碳氢化合物，最近已被用于无机离子的液-液萃取。但其实际机制是离子交换。高分子量胺，例如三正辛胺，已被用作液体阴离子交换剂；而高分子量的有机酸，例如二(2-乙基己基)-磷酸，已被用作阳离子交换剂。涂在滤纸或其他合适载体上的液体离子交换剂已被用于离子交换纸上色谱和反相柱上分配色谱(即萃取色谱法)中(参阅6.2.4节及第七章)。
6.2.4 离子交换纸
离子交换纸可以用化学改性的纤维素制备；可以用胶态的离子交换剂浸渍滤纸来制备，可以先把离子交换剂加到纸浆中再制成纸张；可以用液体离子交换剂处理纸张；也可以将无机离子交换剂淀积在滤纸相中来制备。离子交换纸上色谱或以离子交换剂作固定相的薄层色谱在分离痕量物质方面已经得到了广泛的应用。
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