（三）离子交换

离子交换物质很早就以绿砂那样一些天然硅酸盐形式为人们所知了，它们最早被用作再生水软化剂。自 1930 年以来，化学家们已经成功地制出了具有离子交换性质的合成树脂。这种树脂常被用在离子交换柱上，在进行某些分离时极其有效。

在第二次世界大战期间，离子交换树脂被很有效的用于从核反应堆中分离裂变产物。其中许多裂变产物处在周期表的稀土金属区，它们的分离极其费时费事。在使用了阳离子交换树脂后，才使得这些分离工作大有进展。1947 年，E·R·汤普金斯（Tompkins）、F·H·斯佩丁（Spedding）、G·E·博伊德（Boyd）、L·S·迈尔斯（Myers）、J·A·艾尔斯（Ayres）及其合作者发表了一系列论文，介绍这一工作的成果。他们使用能与稀土元素离子络合的柠檬酸盐，并细心地控制 pH 值，从而得到很好的分离效果。衣阿华州立学院核研究所的斯佩丁等人采用离子交换方法对稀土元素进行了大规模的分离实验。芝加哥附近的林德赛化学公司利用类似的方法进行了商品生产。对无机化学作出了杰出贡献。

1947 年，蒂萨留斯、德雷克（Drake）和哈格达尔（Hagdahl）在离子交换树脂上将氨基酸分离成碱性、中性和酸性几种不同类型。甚至更早时，布络克（Block）就成功地在磺酚阳离子交换树脂（一种进行阳离子交换的磺化酚醛树脂）上进行了类似的分离操作。

40 年代末，由于原子能工业需要分离裂变产物给离子交换树脂工业以极大推动，各种型号的树脂研制出来。1947 年，美国克林顿（Clinton）研究室的凯特尔（B.H.Ketelle）等在强酸型 Dowex—50（美国 Dow 化学公司商品型号）树脂上分离了稀土。众所周知锆铪分离曾是化学上的难题。1948 年美国加州大学的西博格（G.T.Seaborg）和斯特里特（K.Street Jr）在 Dowex-50 型树脂上分离锆—铪，回收了 66％的铪，其中锆含量小于 0.1％；1949 年， 美国橡树岭实验室的克劳斯（K.A.Kraus）和赫夫曼（E.H.Huffman）也分别用其他类型的树脂和介质条件分离锆—铪成功。这是离子交换技术对无机化学的又一重大贡献。

1950 年，美国科学家维尔纳（L.B.Werner）等利用 pH 为 3.5 的柠檬酸缓冲液在 Dowex-50 树脂上分离了 Am 和 Cm；同年，斯特里特也用这种树脂以

3.3 摩/升盐酸为洗提剂使 Am 和 Cm 与稀土的混合物分离；同年，美国加州大学的汤普森（S.G.Thompson）等则将 Bk 与 Cm、Am、Pu 分开。Nb、Ta 和 Pa 的分离也是长期以来困扰人们的难题，1948 年 K·A·克劳斯和 G·E·摩尔

（Moore）在 Dower-1 型树脂上分离了 Nb 与 Ta，Zr 与 Nb 的氟络合物。1953 年他们又用这种方法使 Zr、Pa 和 Nb、Ta 得以分离。

由于离子交换树脂在一系列疑难的分离课题中显示出了非凡的功能，从而促使科学家们对离子交换机制和交换平衡的理论开展研究。1940 年美国加

州理工学院的化学家 J·N·威尔逊（Wilson）和德·沃尔特（D.De Vault） 分别推导出层析吸附的数学式。1941 年，英国里兹的化学家马丁

（A.J.P.Martin）和辛格（R.L.M.Synge）提出了与分馏类似的柱体理论，并进行“理想塔板”数的计算。1947 年，美国克林顿实验室的 S·W·迈厄尔

（Meyer）等计算了在溶解的与被吸收的溶质之间达到平衡过程所需的柱长。1955 年，英国哈韦尔（Harwell）原子能研究所的格留考夫（E.Gluckauf） 对他们的计算加以修正，列表指出分离产物的纯度是分离因数的函数。