Физико-химические основы синтеза и применения тонкослойных неорганических сорбентов

Для установления состояния радиоактивного изотопа на основании характера зависимости его адсорбции от рН чаще всего применяются катионообменные адсорбенты. В этом случае, если радиоактивный изотоп в изучаемом интервале рН находится в катионной форме и не гидролизуется, адсорбция его с уменьшением концентрации водородных ионов непрерывно возрастает. Для гидролизующихся элементов зависимость их адсорбции от рН оказывается более сложной, так как, кроме концентрации водородных ионов, на адсорбции влияет степень гидролиза данного радиоактивного изотопа.Связь между величиной адсорбции гидролизующихся радиоактивных изотопов на стекло обусловлена в основном тем, что с развитием гидролиза уменьшается положительный заряд ионов и соответственно падает их адсорбционная способность. Поэтому зависимость адсорбции гидролизующихся ионов радиоактивного изотопа от рН (участок ab на рис. 1.28) является, по существу, функцией двух противоположно действующих переменных: концентрации водородных ионов и степени гидролиза соединений данного радиоактивного изотопа. При определенном рН может оказаться достигнутым произведение растворимости гидроокиси радиоактивного изотопа. Коллоидные частицы гидроокисей металлов, находящихся в растворах в ничтожно малых количествах, как правило, заряжены отрицательно. Поэтому в случае перехода радиоактивного изотопа в коллоидное состояние адсорбция его на отрицательно заряженной поверхности катионообменного адсорбента обычно уменьшается и на кривой образуется максимум. Возрастание адсорбции на участке кривой аb указывает на то, что в этом интервале рН адсорбция зависит главным образом от концентрации водородных ионов; уменьшение адсорбции (участок bс) свидетельствует о том, что решающее влияние на величину адсорбции оказывает гидролиз. Участок кривой bс соответствует тому интервалу рН, в котором происходит переход радиоактивного изотопа из формы положительно заряженных ионов в форму нейтральных и отрицательно заряженных продуктов гидролиза с последующим образованием частиц коллоидных размеров. Таким образом, изучение адсорбции как функции рН позволяет в ряде случаев путем сопоставления адсорбционных данных и данных по ультрафильтрации и центрифугированию установить, что образующиеся коллоиды являются не адсорбционными образованиями, но представляют собой истинные коллоидные агрегаты гидроокисей радиоактивного изотопа. Образование максимума на кривой в некоторых случаях может быть обусловлено и другими причинами. Так, например, при переходе от бесконечно малых концентраций радиоактивного изотопа к более значительным появляется возможность образования полиядерных продуктов гидролиза в виде положительно заряженных коллоидных частиц. Тогда уменьшение величины положительного заряда гидролизованных ионов может компенсироваться увеличением количества атомов металла на единицу заряда, а переход в коллоидное состояние может увеличить адсорбцию радиоактивного изотопа благодаря коагуляции положительных коллоидов на отрицательно заряженной поверхности катионообменного адсорбента. Образование максимума в этом случае объясняется адсорбцией положительных коллоидов, а последующее уменьшение адсорбции – перезарядкой коллоидных частиц гидроксильными ионами.

Рис. 1.28. Адсорбция гидролизующихся радиоактивных изотопов на стекле:1 – процент радиоактивного изотопа, находящегося в растворе в коллоидном состоянии; 2 – процент адсорбции радиоактивного изотопа [6].

Изучение адсорбции как функции концентрации радиоактивных изотопов

Зависимость адсорбции негидролизующихся радиоактивных изотопов от их концентрации можно выразить изотермой Ленгмюра или Фрейндлиха. В области бесконечно малых концентраций изотерма адсорбции Ленгмюра представляет собой прямую, что свидетельствует о выполнении закона Генри.

По мере насыщения емкости адсорбента процент адсорбции с увеличением концентрации радиоактивного изотопа уменьшается. Если при увеличении концентрации радиоактивного изотопа произойдет переход его в коллоидное состояние, обусловленный достижением произведения растворимости его гидроокиси или другого труднорастворимого соединения, то могут наблюдаться отклонения от нормального вида изотермы.

Для гидролизующихся элементов большой интерес представляет анализ рН – зависимостей, полученных при различных концентрациях изучаемого компонента. В случае, если переход радиоактивного изотопа в коллоидное состояние связан с достижением произведения растворимости его гидроокиси, то рН перехода приближенно определяется выражением: