离子交换的应用

1、离子交换的应用离子交换的应用目录目录l1离子交换的概念及其特点l2离子交换的应用 2.1水处理 2.2工业废水处理 2.3湿法冶金 2.4生化提取 3结语1.离子交换的概念及其特点l概念 借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换是可逆的等当量交换反应。 l特点 离子交换剂使用寿命长，选择性高，能够在常温下进行，节省能耗，产品纯度高。2.离子交换的应用 离子交换分离的用途十分广泛，如水处理，水处理领域离子交换树脂的需求量和大，约占离子交换树脂产量的90%；食品工业，工业领域中的分离、纯化、回收、催化；制

2、药行业；环境保护等。随离子交换技术的不断发展，树脂在水处理领域，食品发酵和医疗药物领域的应用不断扩大，越来越显示出它的优越性。2.1水处理l主要包括水的软化、脱盐、高纯水或超纯水的制备。l软化软化l由于实际工作的需要， 软化水设备的标准工作流程主要包括： l工作(有时叫做产水)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接 近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。l反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来

3、的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要5-15分钟左右。l吸盐(再生)：即将盐水注入树脂罐体的过程，传统设备是采用盐泵将盐水注入，全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入(只要进水有一定的压力即可)。在实际工作过程中，盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好，所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生，这个过 程一般需要30分钟左右，实际时间受用盐量的影响。l慢冲洗(置换)：在用盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的

4、盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁 离子被钠离子交换，根据实际经验，这个过程中是再生的主要过程，所以很多人将这个过程称作置换。这个过程一般与吸盐的时间相同，即30分钟左右。l快冲洗：为了将残留的盐彻底冲洗干净，要采用与实际工作接近的流速，用原水对树脂进行冲洗，这个过程的最后出水应为达标的软水。一般情况下，快冲洗过程为5-15分钟l脱盐脱盐普通水中含有100300mg/kg的无机盐，作家庭用水可以，但作工业用水就不行了。水的脱盐是将盐水先与H+型阳离子交换树脂接触除去阳离子，随后再与OH-型阴离子交换树脂接触除去阴离子。脱盐后的离子交换树脂可分别用酸、碱再

5、生。l制备高纯水和超纯水制备高纯水和超纯水 在一些精细制造业中甚至要求用杂质含量在0.1mg/kg以下的水，常用离子交换法与其它方法（如过滤等）结合来制备。l1、纯化水的制取的最早方法就是离子交换,他起源于60年代左右,一般采取阳离子交换树脂+阴离子交换树脂+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这种方法需要浪费大量的酸和碱再生树脂现在被淘汰了.2、电渗析（ED）+阳离子交换树脂+阴离子交换树脂+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这是80年代制造纯化水的方法,原理就是通过电渗析预脱盐来减少树脂转型再生的酸碱使用量.3、反渗透（RO）+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这是9

6、0年代流行的制造纯化水的方法,反渗透与电渗析相比脱盐率更高,操作更简便.总结：离子交换法来制备纯化水应该是老工艺了,他的优点就是出水水质好,投资较少.缺点就是由污染,运行费用高.由于树脂本身就是有机物化学合成,他的破碎率较难控制或者一般厂家难以设计高标准的工艺,在新版GMP对TOC要求越来越严格的情况下,慢慢被双级反渗透工艺所淘汰. 2.2工业废水处理l交换过程被处理溶液中的某离子迁移到附着在离子交换剂颗粒表面的液膜中；该离子通过液膜扩散（简称膜扩散）进入颗粒中，并在颗粒的孔道中扩散而到达离子交换剂的交换基团的部位上（简称颗粒内扩散）；该离子同离子交换剂上的离子进行交换；被交换下来的离子沿相反

7、途径转移到被处理的溶液中。离子交换反应是瞬间完成的，而交换过程的速度主要取决于历时最长的膜扩散或颗粒内扩散。l交换反应l任何离子交换反应都有三个特征：和其他化学反应一样服从当量定律，即以等当量进行交换；是一种可逆反应，遵循质量作用定律；交换剂具有选择性。交换剂上的交换离子先和交换势大的离子交换。在常温和低浓度时，阳离子价数愈高，交换势就愈大；同价离子则原子序数愈大，交换势愈大。 l运行方式l有静态运行和动态运行两种。静态运行是在处理水中加入适量的树脂进行混合，直至交换反应达到平衡状态。这种运行除非树脂对所需去除的同性离子有很高的选择性，否则由于反应的可逆性只能利用树脂交换容量的一部分。为了减弱

8、交换时的逆反应，离子交换操作大都以动态运行，即置交换剂于圆柱形床中，废水连续通过床内交换。 2.3湿法冶金l离子交换技术进行湿法冶金，可从矿石浸取液中奋力提纯、回收的金属元素不下70种，如核燃料（铀）的提取纯化、单一稀土元素的分离、金银等有色金属的提取分离等。l湿法冶金包括下列步骤：将原料中有用成分转入溶液，即浸取；浸取溶液与残渣分离，同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子洗涤回收；浸取溶液的净化和富集，常采用离子交换和溶剂萃取技术或其他化学沉淀方法；从净化液提取金属或化合物。在生产中，常用电解提取法从净化液制取金、银、铜、锌、镍、钴等纯金属。铝、钨、钼、钒等多数以含氧酸的形式存在于水溶液中，一般先以氧化物析出，然后还原得到金属。 2.4生化提取l离子交换技术可进行发酵产物的提取与精制以及天然生物物质的提取与精制等。如从淀粉或糖蜜的发酵液中提取谷氨酸生产味精；制糖工业中稀糖汁的纯化；制药工业中从猪血、人发、废羊毛等蛋白质原料的水解液中提取药用氨基酸等。3.结语l离子交换法是一种较为有效的方法，已有不少经验可以借鉴，正如任