52

Силикагель — гетерополярный сорбент, поэтому он хорошо поглощает полярные и значительно менее неполярные вещества. Силикагель известен, пре-

жде всего, как эффективный осушитель. Кроме того, он хорошо сорбирует пары многих полярных органических веществ, сероводород, аммиак, сернистый газ,

вследствие чего его применяют для очистки и извлечения различных газов и па-

ров. Силикагель проявляет высокую адсорбционную активность к веществам различной химической природы; в частности, наблюдается эффективная адсорб-

ция полярных примесей и неполярных растворов. Примером является очистка неполярных SiCl4 и GeCl4 от микропримесей хлоридов металлов.

Активированные углимеют кристаллическое строение, у них обнаруже-

на структура графита с характерной слоистой решеткой из шестичленных угле-

родных колец. Активированные угли состоят из плотных кристаллических аг-

регатов, формирующих развитую систему пор. Характер пористости связан со структурой агрегатов, а их адсорбционная способность— с размерами ее элементов — кристаллитов. Удельная поверхность активированных углей дос-

тигает (4÷9)·105 м2/кг и отличается крайне высокой энергетической неоднород-

ностью. Особо активными центрами на поверхности являются ребра и углы кристаллитов. Активированные угли, так же как и силикагели, широко приме-

няются на конечной стадии очистки от примесей, в частности хлоридов компо-

нентов полупроводниковых и диэлектрических материалов.

2.4.2 Ионный обмен

Ионный обмен представляет собой обратимый взаимообмен ионов с- од новременными зарядами, протекающий между жидким раствором и твердым нерастворимым веществом, находящимся в контакте с этим раствором.

Твердое вещество, осуществляющее обмен ионов, называют ионитом или

ионообменником, причем если обмен проходит только положительными ионами,

то ионит является катионным ионообменником— катионитом, если же обмен осуществляется только отрицательными ионами, то это анионный ионообмен-

54

определяется не только плотностью заряда каркаса, но и содержанием коионов согласно условию электронейтральности. Таким образом, ионный обмен по существу заключается в распределении противоионов между ионитом и -рас твором.

Вследствие того, что силы электростатического взаимодействия между за-

ряженным каркасом и различными сортами противоионов неодинаковы ,икроме того, различаются размеры последних, то большие противоионы вообще не могут проникать в тонкопористые иониты. Это, в сущности, и определяет селективность разных типов ионитов, которая позволяет извлекать из раствора определенные ти-

пы ионов, оставляя концентрацию других ионов на неизменном уровне. Однако необходимо учитывать, что ионный обмен в указанных системах не единственно возможный процесс, ему может сопутствовать, как отмечалось, адсорбция рас-

творителя и растворенного вещества, что может изменить общую концентрацию ионов в ионите и в растворе.

Для оценки эффективности работыионита и характеристики его избира-

тельности вводят коэффициент разделения, который количественно показыва-

ет способность ионита к разделению противоионов А и В.

Коэффициент разделенияK BA представляет собой частное от деления от-

ношений эквивалентных долей противоионов А и В в ионите и в растворе:

где, g A , g B , g A , g B — эквивалентные доли противоионов А и В в ионите и рас-

творе соответственно.

Если ионит преимущественно поглощает ионыА, то коэффициент разде-

ления больше единицы, если же преимущественно поглощаются ионыВ, он меньше единицы. Чем дальше значение K BA отстоит от единицы, тем, очевидно,

выше селективность.

Важнейшей физико-химической характеристикой сорбента является его емкость, под которой понимают количественную меру способности сорбента

55

поглощать извлекаемый компонент из раствора. От емкости зависит количество сорбента, необходимого для очистки данного объема раствора.

Емкость сорбента можно отнести к единице массы сорбента(массовая емкость) или к единице объема (объемная емкость). Часто ее выражают в мил-

лиэквивалентах на килограмм сухого сорбента (мэкв/кг) или в килограммах ад-

сорбированного вещества 1 м3 или 1 кг сорбента.

Свойства ионитов обнаруживают многие природные и синтетические -ве щества. Важнейшие из них — иониты на основе синтетических смол и углей, а

также некоторые минеральные иониты(к которым относятся различные алю-

мосиликаты, оксиды и т.д.).

Значительные различия в поведении ионитов(способность к тому или иному виду ионообмена) обуславливаются особенностями их структуры и при-

родой.

Поскольку процесс ионного обмена являетсяобратимым, то порцию ио-

нита обычно используют многократно. Как только наступает насыщение иони-

та ионами В, операцию ионного обмена заканчивают, а ионит регенируют, про-

мывая его раствором, который удаляет адсорбированные ионы В и обменивает их на ионы А, ранее перешедшие из ионита в очищаемый раствор. Насыщенный ионами А ионит вновь пригоден для использования.

При получении чистых полупроводниковых и диэлектрических материа-

лов и их компонентов ионный обмен может быть применен в следующих слу-

чаях: 1) для глубокой очистки раствора соли очищаемого элемента от примесей

(в этом случае раствор после промывки ионита отбрасывают); 2) для разделе-

ния двух элементов, из которых один остается в растворе, а второй адсорбиру-

ется ионитом (в этом случае и основной раствор и раствор после промывки ио-

нита являются ценными); 3) для концентрирования ценного элемента в ионите,

извлекаемом из большой массы слабого раствора(в этом случае ценным явля-

ется раствор после промывки ионита, а исходный раствор отбрасывают); 4) для глубокой очистки воды, широко используемой в технологии полупроводнико-

вых материалов и приборов.