離子交換的應(yīng)用

1、離子交換的應(yīng)用離子交換的應(yīng)用目錄目錄l1離子交換的概念及其特點(diǎn)l2離子交換的應(yīng)用 2.1水處理 2.2工業(yè)廢水處理 2.3濕法冶金 2.4生化提取 3結(jié)語(yǔ)1.離子交換的概念及其特點(diǎn)l概念 借助于固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進(jìn)行交換，以達(dá)到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬于傳質(zhì)分離過(guò)程的單元操作。離子交換是可逆的等當(dāng)量交換反應(yīng)。 l特點(diǎn) 離子交換劑使用壽命長(zhǎng)，選擇性高，能夠在常溫下進(jìn)行，節(jié)省能耗，產(chǎn)品純度高。2.離子交換的應(yīng)用 離子交換分離的用途十分廣泛，如水處理，水處理領(lǐng)域離子交換樹(shù)脂的需求量和大，約占離子交換樹(shù)脂產(chǎn)量的90%；食品工業(yè)，工業(yè)領(lǐng)域中的分離、純化、回收、催化；制

2、藥行業(yè)；環(huán)境保護(hù)等。隨離子交換技術(shù)的不斷發(fā)展，樹(shù)脂在水處理領(lǐng)域，食品發(fā)酵和醫(yī)療藥物領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，越來(lái)越顯示出它的優(yōu)越性。2.1水處理l主要包括水的軟化、脫鹽、高純水或超純水的制備。l軟化軟化l由于實(shí)際工作的需要， 軟化水設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)工作流程主要包括： l工作(有時(shí)叫做產(chǎn)水)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個(gè)過(guò)程。不同軟化水設(shè)備的所有工序非常接 近，只是由于實(shí)際工藝的不同或控制的需要，可能會(huì)有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎(chǔ)的軟化水設(shè)備都是在這五個(gè)流程的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的(其中，全自動(dòng)軟化水設(shè)備會(huì)增加鹽水重注過(guò)程)。l反洗：工作一段時(shí)間后的設(shè)備，會(huì)在樹(shù)脂上部攔截很多由原水帶來(lái)

3、的污物，把這些污物除去后，離子交換樹(shù)脂才能完全曝露出來(lái)，再生的效果才能得到保證。反洗過(guò)程就是水從樹(shù)脂的底部洗入，從頂部流出，這樣可以把頂部攔截下來(lái)的污物沖走。這個(gè)過(guò)程一般需要5-15分鐘左右。l吸鹽(再生)：即將鹽水注入樹(shù)脂罐體的過(guò)程，傳統(tǒng)設(shè)備是采用鹽泵將鹽水注入，全自動(dòng)的設(shè)備是采用專(zhuān)用的內(nèi)置噴射器將鹽水吸入(只要進(jìn)水有一定的壓力即可)。在實(shí)際工作過(guò)程中，鹽水以較慢的速度流過(guò)樹(shù)脂的再生效果比單純用鹽水浸泡樹(shù)脂的效果好，所以軟化水設(shè)備都是采用鹽水慢速流過(guò)樹(shù)脂的方法再生，這個(gè)過(guò) 程一般需要30分鐘左右，實(shí)際時(shí)間受用鹽量的影響。l慢沖洗(置換)：在用鹽水流過(guò)樹(shù)脂以后，用原水以同樣的流速慢慢將樹(shù)脂中的

4、鹽全部沖洗干凈的過(guò)程叫慢沖洗，由于這個(gè)沖洗過(guò)程中仍有大量的功能基團(tuán)上的鈣鎂 離子被鈉離子交換，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)過(guò)程中是再生的主要過(guò)程，所以很多人將這個(gè)過(guò)程稱(chēng)作置換。這個(gè)過(guò)程一般與吸鹽的時(shí)間相同，即30分鐘左右。l快沖洗：為了將殘留的鹽徹底沖洗干凈，要采用與實(shí)際工作接近的流速，用原水對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行沖洗，這個(gè)過(guò)程的最后出水應(yīng)為達(dá)標(biāo)的軟水。一般情況下，快沖洗過(guò)程為5-15分鐘l脫鹽脫鹽普通水中含有100300mg/kg的無(wú)機(jī)鹽，作家庭用水可以，但作工業(yè)用水就不行了。水的脫鹽是將鹽水先與H+型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂接觸除去陽(yáng)離子，隨后再與OH-型陰離子交換樹(shù)脂接觸除去陰離子。脫鹽后的離子交換樹(shù)脂可分別用酸、堿再

5、生。l制備高純水和超純水制備高純水和超純水 在一些精細(xì)制造業(yè)中甚至要求用雜質(zhì)含量在0.1mg/kg以下的水，常用離子交換法與其它方法（如過(guò)濾等）結(jié)合來(lái)制備。l1、純化水的制取的最早方法就是離子交換,他起源于60年代左右,一般采取陽(yáng)離子交換樹(shù)脂+陰離子交換樹(shù)脂+混合離子交換樹(shù)脂（陰樹(shù)脂和陽(yáng)樹(shù)脂2：1）,這種方法需要浪費(fèi)大量的酸和堿再生樹(shù)脂現(xiàn)在被淘汰了.2、電滲析（ED）+陽(yáng)離子交換樹(shù)脂+陰離子交換樹(shù)脂+混合離子交換樹(shù)脂（陰樹(shù)脂和陽(yáng)樹(shù)脂2：1）,這是80年代制造純化水的方法,原理就是通過(guò)電滲析預(yù)脫鹽來(lái)減少樹(shù)脂轉(zhuǎn)型再生的酸堿使用量.3、反滲透（RO）+混合離子交換樹(shù)脂（陰樹(shù)脂和陽(yáng)樹(shù)脂2：1）,這是9

6、0年代流行的制造純化水的方法,反滲透與電滲析相比脫鹽率更高,操作更簡(jiǎn)便.總結(jié)：離子交換法來(lái)制備純化水應(yīng)該是老工藝了,他的優(yōu)點(diǎn)就是出水水質(zhì)好,投資較少.缺點(diǎn)就是由污染,運(yùn)行費(fèi)用高.由于樹(shù)脂本身就是有機(jī)物化學(xué)合成,他的破碎率較難控制或者一般廠家難以設(shè)計(jì)高標(biāo)準(zhǔn)的工藝,在新版GMP對(duì)TOC要求越來(lái)越嚴(yán)格的情況下,慢慢被雙級(jí)反滲透工藝所淘汰. 2.2工業(yè)廢水處理l交換過(guò)程被處理溶液中的某離子遷移到附著在離子交換劑顆粒表面的液膜中；該離子通過(guò)液膜擴(kuò)散（簡(jiǎn)稱(chēng)膜擴(kuò)散）進(jìn)入顆粒中，并在顆粒的孔道中擴(kuò)散而到達(dá)離子交換劑的交換基團(tuán)的部位上（簡(jiǎn)稱(chēng)顆粒內(nèi)擴(kuò)散）；該離子同離子交換劑上的離子進(jìn)行交換；被交換下來(lái)的離子沿相反

7、途徑轉(zhuǎn)移到被處理的溶液中。離子交換反應(yīng)是瞬間完成的，而交換過(guò)程的速度主要取決于歷時(shí)最長(zhǎng)的膜擴(kuò)散或顆粒內(nèi)擴(kuò)散。l交換反應(yīng)l任何離子交換反應(yīng)都有三個(gè)特征：和其他化學(xué)反應(yīng)一樣服從當(dāng)量定律，即以等當(dāng)量進(jìn)行交換；是一種可逆反應(yīng)，遵循質(zhì)量作用定律；交換劑具有選擇性。交換劑上的交換離子先和交換勢(shì)大的離子交換。在常溫和低濃度時(shí)，陽(yáng)離子價(jià)數(shù)愈高，交換勢(shì)就愈大；同價(jià)離子則原子序數(shù)愈大，交換勢(shì)愈大。 l運(yùn)行方式l有靜態(tài)運(yùn)行和動(dòng)態(tài)運(yùn)行兩種。靜態(tài)運(yùn)行是在處理水中加入適量的樹(shù)脂進(jìn)行混合，直至交換反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。這種運(yùn)行除非樹(shù)脂對(duì)所需去除的同性離子有很高的選擇性，否則由于反應(yīng)的可逆性只能利用樹(shù)脂交換容量的一部分。為了減弱

8、交換時(shí)的逆反應(yīng)，離子交換操作大都以動(dòng)態(tài)運(yùn)行，即置交換劑于圓柱形床中，廢水連續(xù)通過(guò)床內(nèi)交換。 2.3濕法冶金l離子交換技術(shù)進(jìn)行濕法冶金，可從礦石浸取液中奮力提純、回收的金屬元素不下70種，如核燃料（鈾）的提取純化、單一稀土元素的分離、金銀等有色金屬的提取分離等。l濕法冶金包括下列步驟：將原料中有用成分轉(zhuǎn)入溶液，即浸取；浸取溶液與殘?jiān)蛛x，同時(shí)將夾帶于殘?jiān)械囊苯鹑軇┖徒饘匐x子洗滌回收；浸取溶液的凈化和富集，常采用離子交換和溶劑萃取技術(shù)或其他化學(xué)沉淀方法；從凈化液提取金屬或化合物。在生產(chǎn)中，常用電解提取法從凈化液制取金、銀、銅、鋅、鎳、鈷等純金屬。鋁、鎢、鉬、釩等多數(shù)以含氧酸的形式存在于水溶液中，一般先以氧化物析出，然后還原得到金屬。 2.4生化提取l離子交換技術(shù)可進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制以及天然生物物質(zhì)的提取與精制等。如從淀粉或糖蜜的發(fā)酵液中提取谷氨酸生產(chǎn)味精；制糖工業(yè)中稀糖汁的純化；制藥工業(yè)中從豬血、人發(fā)、廢羊毛等蛋白質(zhì)原料的水解液中提取藥用氨基酸等。3.結(jié)語(yǔ)l離子交換法是一種較為有效的方法，已有不少經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，正如任