一分钟学习了解离子交换技术

一、离子交换技术的发展

人类在长期的生产实践中都在自觉不自觉的应用着离子交换技术，但真正确认离子交换现象的，通常都认为是两位英国农业化学家H.S.Tompson和J.T.Way。

1848年，他们报导，用硫酸铵或碳酸铵处理土壤时，铵离子被吸收而析出钙。（土壤实际上是有显著效应的无机离子交换剂。）

土壤-Ca +(NH4)2SO4= 土壤-NH4+ + CaSO4

1850年，他们又作了总结性工作，并通过试验发现了离子交换的一些普遍规律。为离子交换技术的发展奠定了基础。

1860年，Harms 用天然硅铝酸盐合成交换剂，用于处理甜菜。

1903年，甘斯（Gams）首先把天然的和合成的硅铝酸盐应用于工业软化水和糖的净化。

1934年，德国人发明了磺化煤（除水溶液中的Ca2+ 、Mg2+）

1935年，英国人亚当斯（B.A.Adams）人工合成酚醛类型的阴、阳离子交换树脂。

1942年，英国人发明了交联的聚乙烯阳离子交换树脂。

1949年，发明了聚乙烯阴离子交换树脂。

60年代，可柠（R.Kunin）合成了大孔型离子交换树脂，并很快在美国和法国投入生产。此树脂交换容量大、速率高、强度大、应用面广。从而使离子交换树脂的发展得到重要突破。

解放前，我国在离子交换树脂的研究及应用方面完全空白。

建国后50多年来得到了飞速的发展，目前已在我国的科学技术研究及生产应用方面发挥着巨大的作用。

常见的离子交换装置：

二、离子交换的应用领域

• 分离提取稀溶液中的贵重金属离子：浓度可低于500mg/L；

• 水处理：软化水，除Ca2+、 Mg2+、Cl-、SO42- 、SiO32-、CO32-等；

• 废液处理：三废处理；

• 脱盐、制高纯水；

• 生物、食品、化工、冶金以及定量分析、催化等。

三、离子交换剂的分类

离子交换剂：凡与溶液中的离子具有交换作用物质的统称

四、离子交换操作技术

离子交换的工作过程：

（1）树脂选择、预处理

树脂的选型：根据要分离的目标物质的性质来选择合适的树脂

物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；

化学处理：转型（氢型或钠型）

对于阳树脂，其预处理方式如下：

对于阴树脂，其预处理方式如下：

（2）上柱（关键）：要求均匀，需要分布装置

（3）平衡：以去离子水或缓冲液平衡

（4）上样交换

 假设：原水和树脂相中只有Ca2+和Na+；树脂柱由若干薄层组成；原水均匀通过树脂层，且在每层中达到交换平衡。

柱中树脂的利用状态：

（5）洗脱：离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新转入溶液的方法

洗脱：将交换到树脂上的离子用其它溶液（洗脱液），把它交换下来，但此时树脂不一定能恢复到原型。最常用的两种方法：改变溶液pH和改变溶液离子强度可以选择的洗脱剂种类有：有机溶剂；缓冲液；缓和酸碱。但在使用过程中要注意：

• 与吸附条件相反

• 充分洗涤（水，稀酸，盐）

（6）树脂再生：是指是离子交换树脂重新具有交换能力的过程。

• 顺流再生流程：

顺流再生：再生剂与原液流向一致的再生方式。

特点：操作、设备均简单。但再生效果较差。

• 逆流再生流程：

逆流再生：再生剂与原液流向相反的再生方式。

    特点：

a) 因新的再生剂首先通过底层，使底层树脂再生很好；在交换过程中流出液的质量高且稳定；

b) 高价态的离子很快被排出柱外，故再生度较高，可过75%以上。（顺流再生只50%左右）；

c) 底层被交换下来的亲合势较低的离子，可帮助再生剂去再生上层的亲合势较高的离子。故再生剂用量可少用30－50%。

d) 交换容量高 4－10%；

e) 反离子交换缓慢，使树脂体积变化缓慢。可延长树脂的使用寿命；

f)可延缓沉淀物的生成。

• 对流再生及对流、逆流再生流程：

案例：

A. 蛋白质离子交换基本步骤

B. 超纯水的制备工艺