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沸石的離子交換性質

發布時間:2018-04-12     瀏覽次數:2767

 


沸石的一個重要的性能是可以進行可逆的陽離子交換,通過這種交換,又改進了沸石的吸附和催化性能,從而使沸石獲得了更廣泛的應用沸石的離子交換一般是在水溶液中進行的,其反應可用下式表示:

Na(z)+M(l)→M(z)+Na(l

式中,z表示沸石相,l表示溶液相,是溶液中取代沸石鈉離子的交換離子。常見的天然沸石,如斜發沸石和絲光沸石等都具有很高的陽離子交換容量。

斜發沸石的理論交換容量為213mmol/100g,絲光沸石的理論交換容量為223mmol/100g

而片沸石的離子交換性能不如斜發沸石和絲光沸石。
有人曾利用競爭陽離子對絲光沸石巖銨容量的影響進行堿金屬和堿土金屬陽離
子交換順序的研究。研究結果表明堿金屬交換順序為:Cs+>Rb+>K+>Na
Li。堿土金屬為:Ba2+>Sr2t>Ca2+>Mg2+。

斜發沸石的選擇交換順序為:Cs+>Rb+>K+>NH4>Pb2+>Agt>Ba2+
Na+>Sr2+>Ca2+>Li+>Cd+>Cu+>Zn2+斜發沸石內部各陽離子與溶液中的NHI4發生交換的順序為:Ca2+>NNH4>K+,即Ca2+最容易與溶液中的NH+發生交換。

沸石的離子交換性能,主要與沸石結構中的硅鋁比的高低,沸石孔穴的大小,
陽離子位置的性質有關。

沸石中的陽離子完全是由于沸石中部分硅被鋁置換后,產生不平衡電荷而進入其中的。硅鋁比高,則鋁替代硅少,[AlO4]四面體所形成的負電荷較小,格架電荷也較低。為平衡這些電荷而進入沸石中的陽離子也少,因此影響離子交換。

如X型和Y型分子篩,具有相同的晶體結構和陽離子位置,但它們的硅鋁比(SiO3/Al2O3)不同,前者為2.1~3.0,后者為3.1~6.0,所以陽離子數目也不同,單位晶胞中Ⅹ型含86個Na+,而Y型只含56個Na+,因此離子交換性能也有差異,X型分子篩進行離子交換比較容易,而Y型分子篩則比較難。

沸石孔穴的大小,直接影響離子交換的進行。如A型分子篩主要孔道直徑約
為4.2A,因此凡直徑大小小于4.2A的陽離子都可以取代Na+。如堿金屬K+,Rb,Lit,Cs+;堿土金屬Ca2+,Sr2+,Ba2+以及Ag+直徑都小于4.2A,故都可交換Na+。。

 

沸石中的鈉離子都以相對固定的位置分布于沸石晶格結構中在不同位置上的鈉離子不但能量不同其空間位阻也不同。

在沸石的離子交換過程中,常采用離子交換度(即交換下來的鈉離子量占原有鈉離子量的百分數)、離子交換容量(即每 100 克沸石中交換的陽離子毫克當量數)和交換效率(溶液中的陽離子交換到沸石上的重量百分數)來表示溶液中的陽離子被利用的效率。

離子交換過程中有時要達到較高的交換度可以利用間歇式多次交換法或連續交換法大量研究表明離子交換和高溫焙燒交替進行可以明顯提高交換度和交換效率。

沸石離子交換性

 

所用的陽離子是否可將沸石中的鈉離子交換下來主要取決于交換陽離子的性質(電荷、離子半徑等)和沸石的晶格結構
取決于二者的內因。但當改變外部條件時如溶液的溫度、濃度、pH 值和陰離子類型等都會對交換過程的進行產生一定的影響。

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