ÍÅÎÐÃÀÍÈ×ÅÑÊÈÅ ÀÍÈÎÎÁÌÅÍÍÈÊÈ, ÑÈÍÒÅÇÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÃÈÄÐÎÊÑÈÄΠÌÅÒÀËËÎÂ

Ïåðìñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò ÐÅÔÅÐÀÒ ÍÅÎÐÃÀÍÈ×ÅÑÊÈÅ ÀÍÈÎÎÁÌÅÍÍÈÊÈ, ÑÈÍÒÅÇÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÃÈÄÐÎÊÑÈÄΠÌÅÒÀËËΠÂûïîëíèë Íàãîðíûé Î.Â. Ïåðìü,2000 ÂÂÅÄÅÍÈÅ Â ïðåäñòàâëåííûõ ñòàòüÿõ ãèäðîêñèäû ìåòàëëîâ ðàññìîòðåíû â êà÷åñòâå èîíèòîâ â ðàçëè÷íûõ âîäíûõ è ñìåøàííûõ ñðåäàõ. Îáñóæäåíû õèìè÷åñêèå è ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà, ìåòîäû ñèíòåçà è ñîðáöèîííàÿ àêòèâíîñòü ãèäðîêñèäîâ ìåòàëëîâ. Ðàçîáðàíû êèíåòèêà è òåðìîäèíàìèêà èîííîãî îáìåíà íà ãèäðîêñèäíûõ èîíèòàõ.Íà îáøèðíîì ýêñïåðèìåíòàëüíîì ìàòåðèàëå ñäåëàíû âûâîäû î ìåõàíèçìå ñîðáöèè è ïðåäëîæåíû ìîäåëè, îïèñûâàþùèå ýòîò ïðîöåññ.

Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ ãèäðîêñèäíûõ ìàòåðèàëîâ â êà÷åñòâå íåîðãàíè÷åñêèõ èîíèòîâ â àíàëèòè÷åñêîé õèìèè, õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè è ïðîìûøëåííîé ýêîëîãèè.Ñåëåêòèâíîñòü òàêèõ èîíîîáìåííèêîâ ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü èõ êàê ïðè ðàçäåëåíèè ñìåñåé, òàê è äëÿ èçâëå÷åíèè èç ñëîæíîãî ðàñòâîðà êàêîãî-òî îäíîãî êîíêðåòíîãî èîíà. ÃÈÄÐÎÊÑÈÄÛ ÌÅÒÀËËÎÂ, ÎÁËÀÄÀÞÙÈÅ ÁÐÓÑÈÒÎÂÎÉ ÑÒÐÓÊÒÓÐÎÉ Áîëüøàÿ ÷àñòü ñòàòåé ïîñâÿùåíà èçó÷åíèþ àíèîíîîáìåííûõ ñâîéñòâ ãèäðîêñèäîâ ìåòàëëîâ, èìåþùèõ ñëîèñòóþ ñòðóêòóðó òèïà áðóñèòà.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ èõ âûäåëÿþò â îòäåëüíóþ ãðóïïó ñîåäèíåíèé. Äëÿ íèõ õàðàêòåðíî ïîñòðîåíèå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè èç îòäåëüíûõ ñëîåâ, ñîåäèíåííûõ âîäîðîäíûìè ñâÿçÿìè èëè ñèëàìè Âàí-äåð-Âààëüñà. Âíåäðåíèå àíèîíîâ â ìåæñëîåâûå ïðîñòðàíñòâà òàêèõ ãèäðîêñèäîâ ïðîèñõîäèò íà îñíîâå íóêëåîôèëüíîãî çàìåùåíèÿ ôóíêöèîíàëüíûõ ãèäðîêñîãðóïï.Âàæíî, ÷òî ãèäðîêñèäû ðàçëè÷íûõ ìåòàëëîâ ñî ñëîèñòîé ñòðóêòóðîé ìîãóò îáðàçîâûâàòü òâåðäûå ðàñòâîðû çàìåùåíèÿ, îáëàäàþùèå ðÿäîì öåííûõ èîíîîáìåííûõ ñâîéñòâ.

Ïðåäñòàâëåííûå ïóáëèêàöèè îòðàæàþò ñîâðåìåííûé óðîâåíü èññëåäîâàíèé ïî ýòîé ïðîáëåìå â ìèðîâîé ïðàêòèêå. Ðèñ. Ìîòèâ ðåøåòêè ãèäðîêñèäîâ ìåòàëëîâ ñî ñëîèñòîé ñòðóêòóðîé òèïà áðóñèòà. ðàáîòàõ 1-2, 5-7 óêàçûâàåòñÿ íà âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå àíèîíîîáìåííûõ ìàòåðèàëîâ òàê íàçûâàåìûõ ñëîèñòûõ äâîéíûõ ãèäðîêñèäîâ ÑÄÃ. Còðóêòóðà ÑÄà M21-xM3xOH2anionn-xn.mH2O ñîñòîèò èç ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûõ ãèäðîêñèäíûõ ñëîåâ M21-xM3xOH2x è àíèîíîâ, íàõîäÿùèõñÿ â ìåæñëîåâîì ïðîñòðàíñòâå. Èíòåðåñ èññëåäîâàòåëåé ê ýòîìó êëàññó ñîåäèíåíèé îáóñëîâëåí âîçìîæíîñòüþ âàðèàöèè èõ ñâîéñòâ ïóòåì çàìåùåíèÿ àíèîíîâ â ìåæñëîåâîì ïðîñòðàíñòâå èëè àòîìîâ ìåòàëëà â ãèäðîêñèäíîì ñëîå. ÌÅÒÎÄÛ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß Â èññëåäîâàíèÿõ øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ õèìè÷åñêèå è ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ìåòîäû àíàëèçà.

Ê íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóåìûì ìåòîäàì îòíîñÿòñÿ èíôðàêðàñíàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ, ðåíòãåíîôàçîâûé àíàëèç, àòîìíî-àáñîðáöèîííàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ è òåðìîãðàâèìåòðè÷åñêèé àíàëèç. Òàê, ðåçóëüòàòû ðåíòãåíîôàçîâîãî àíàëèçà ñâèäåòåëüñòâóþò î âîçìîæíîñòè ðàñøèðåíèÿ ìåæñëîåâûõ ïðîñòðàíñòâ ãèäðîêñèäîâ ïðè èíòåðêàëÿöèè â íèõ ðàçëè÷íûõ àíèîíîâ.

Íàïðèìåð, â ñòàòüå 1 ïîêàçàíî, ÷òî ïðè âíåäðåíèè â Mg-Al ÑÄà òåðåôòàëàò-àíèîíîâ ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ïàðàìåòðà ðåøåòêè Ñ îò 9A äî 14A. Ýòî ïîçâîëÿåò èçâëåêàòü ãèäðîêñèäíûìè èîíèòàìè èç ðàñòâîðîâ äîñòàòî÷íî êðóïíûå àíèîíû. Èíôðàêðàñíàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ èñïîëüçîâàíà äëÿ àíàëèçà ñîñòîÿíèÿ àíèîíîâ â ñîñòàâå ðàçëè÷íûõ ãèäðîêñèäîâ.

Íàïðèìåð, ïðèâåäåíû èíôðàêðàñíûå ñïåêòðû ïîãëîùåíèÿ ïðîäóêòîâ ñîðáöèè íèòðàò-èîíîâ íà ãèäðîêñèäàõ òàêèõ ìåòàëëîâ, êàê Zn, Cu, Ni è La 6. Àòîìíî-àáñîðáöèîííûé àíàëèç ïðèìåíÿåòñÿ âî ìíîãèõ ðàáîòàõ, íàïðèìåð, â 4 ïðè îïðåäåëåíèè êîíöåíòðàöèé èîíîâ â ðàñòâîðàõ. Òåðìîãðàâèìåòðè÷åñêèé àíàëèç ïîçâîëÿåò ïðîñëåäèòü ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå ïðè íàãðåâàíèè ãèäðîêñèäíûõ ìàòåðèàëîâ.Ïðèìåðîì ïðèìåíåíèÿ òåðìîãðàâèìåòðèè ìîæåò ñëóæèòü èññëåäîâàíèå, ïðîâåäåííîå â ðàáîòå 6. Çäåñü ïðîàíàëèçèðîâàíà óñòîé÷èâîñòü ê íàãðåâàíèþ òåðåôòàëàòíûõ, àöåòàòíûõ è áåíçîàòíûõ ïðîèçâîäíûõ îò ñîåäèíåíèé âèäà Zn5OH8NO322H2O, Cu2OH3NO3 è LaOH2NO3H2O. Ïîëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíî êðèâûå DTA ïîêàçûâàþò òåìïåðàòóðó, ïðè êîòîðîé íà÷èíàåòñÿ òåðìè÷åñêîå ðàçëîæåíèå ïåðâîíà÷àëüíî âçÿòûõ îáðàçöîâ è ãëóáîêàÿ ïåðåñòðîéêà ñòðóêòóðû ñîåäèíåíèé. Êðèâûå DTG îòðàæàþò ïîòåðþ ìàññû îáðàçöà ïðè íàãðåâàíèè.

Ïîêàçàíî, ÷òî ïîòåðÿ ìàññû òâåðäîé ôàçû ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò îòäåëåíèÿ ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå òàêèõ ëåãêîëåòó÷èõ âåùåñòâ, êàê H2O, CO2, NO è äð. Ïîëó÷åííûå â ðàáîòå ðåçóëüòàòû ïîçâîëèëè îõàðàêòåðèçîâàòü òåðìè÷åñêóþ óñòîé÷èâîñòü ãèäðîêñèäíûõ èîíèòîâ.

ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ Òàêèì îáðàçîì, ðàññìàòðèâàåìûå ïóáëèêàöèè ïîêàçûâàþò, ÷òî ñåãîäíÿ ïðîäîëæàåòñÿ èíòåíñèâíîå èññëåäîâàíèå íåîðãàíè÷åñêèõ èîíèòîâ.  ÷àñòíîñòè, âåäåòñÿ àêòèâíûé ïîèñê íåîðãàíè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ñ àíèîíîîáìåííûìè ñâîéñòâàìè.Ñðåäè íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûõ óêàçûâàþòñÿ ãèäðîêñèäû ìåòàëëîâ.

Õèìè÷åñêàÿ ìîäèôèêàöèÿ ãèäðîêñèäíûõ ìàòåðèàëîâ ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü øèðîêóþ ãàììó àíèîíîîáìåííèêîâ, îáëàäàþùèõ âûñîêîé îáìåííîé åìêîñòüþ.  êà÷åñòâå èîíèòîâ ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû êàê èíäèâèäóàëüíûå, òàê è ñìåøàííûå ãèäðîêñèäû ìåòàëëîâ. ïóáëèêàöèè 5 îòìå÷àåòñÿ, ÷òî åñòü âîçìîæíîñòü ñèíòåçà ðàçëè÷íûõ ïî ñâîéñòâàì ãèäðîêñèäíûõ èîíèòîâ, âêëþ÷àþùèõ òàêèå ìåòàëëû, êàê Mg2, Fe2, Co2, Cu2, Ni2, Zn2, Al3, Cr3, Ga3 èëè Fe3. Ýòî çàäàåò èíòåðåñíûå òåìû äëÿ èññëåäîâàíèé è îáóñëàâëèâàåò ìíîæåñòâî âíîâü ïîÿâëÿþùèõñÿ ïóáëèêàöèé.

ÁÈÁËÈÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÈÉ ÑÏÈÑÎÊ 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.