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离子交换技术简述:

离子交换技术的由来与发展

    早在1850年就发现了土壤吸收铵盐时的离子交换现象,但离子交换作为一种现代分离手段,是在20世纪30-40年代人工合成了离子交换树脂以后的事。离子交换操作的过程和设备,与吸附基本相同,但离子交换的选择性较高,更适用于高纯度的分离和净化。离子交换树脂开始出现于1935年,当时,英国人B.A.亚当斯和E.L.霍姆斯发现,苯酚磺酸-甲醛逐步聚合物能够交换阳离子,其后,又发现间苯二胺与甲醛的聚合物具有交换阴离子的性能。1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和化学品公司先后开始工业生产,并分别以Wofatit和Amberlite作为商品名。1944年美国人G.F.达莱利奥合成了苯乙烯系离子交换树脂。第二次世界大战期间,在德国,Wofatit除用于水的精制外,还从人造丝工厂废液中回收铜氨,从照像废液中回收银。在这期间,美国将离子交换树脂用于从贫铀矿中提取铀及用于核裂变生成物、超铀元素、稀土元素的分离。战后,离子交换树脂的合成和应用进一步得到发展,在水纯化领域中,采用混合床脱盐法,制得了电阻率为1800万欧•厘米的高纯水。50年代以后,开展了膜状离子交换树脂的研究,开辟了电化学的新领域。60年代初期,为适应尖端科学的发展,又研制出耐压、耐磨、高交换速度、能交换或吸着高分子量化合物(如水里的腐植酸)的大孔离子交换树脂。在选择分离稀有金属、贵重金属,环境保护,医药,仿生高分子,选择性膜,金属络合催化等方面都有了广泛的应用。70年代以后,又出现了各种大孔吸附树脂及特种树脂。

离子交换定义

    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。

离子交换剂的分类

按物理结构分类:凝胶型(孔径为5nm);大孔型(孔径为20—100nm); 按合成的树脂所用原料单体分类:
苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、乙烯吡啶系

最常用的分类是依据树脂离子交换功能团分:
强酸性阳离子交换树脂;弱酸性阳离子交换树脂; 强碱性阴离子交换树脂;弱碱性阴离子交换树脂
特殊的离子交换树脂:电子交换树脂,大孔离子交换树脂,螯合树脂,萃淋树脂,氧化还原树脂和纤维交换剂等

离子交换技术特点

优点

    离子交换法用于净化和富集金属组分具有选择性好、作业回收率高、作业成本低、可以得到质量较高的化学精矿等许多优点,还可以从浸出矿浆中直接提取目的组分,亦可将浸出作业和吸附作业合在一起进行。以提高浸出率和省去固液分离作业。
    在工业应用中,离子交换树脂的优点主要是处理能力大,脱色范围广,脱色容量高,能除去各种不同的离子,可以反复再生使用,工作寿命长。

缺点


 

离子交换的应用

    在现代的化工行业中,离子交换树脂的使用越来越广泛,它的使用并得到了许多人们的推广和好评,下面简单介绍一下常用的应用行业有哪些?
    首先,水处理的行业,在这个行业需要离子交换树脂的非常大,大部分的产量皆用到此行业,这个可以对水中的阴阳离子进行去除,除了这些之外,还有一些就是原子能以及半导体和电子等行业。
    其次,食品加工行业,离子交换树脂可以用于食品的加工,主要有糖的制作、味精的加工、酒的生产以及一些生物制品等产品上,例如糖的制作,它是从玉米提取出淀粉之后,然后经过水解反应,再产生一些葡萄糖和果糖,此时经过离子交换的处理,则可以生成高果糖的糖浆,这项的使用仅次于水处理方面。
    然后,就是药物制品行业中,它对新一代的抗菌素具有明显的提高改良作用,例如链霉素的开发就是一个典型的例子,为医药方面作出了巨大的贡献。
    然后,对一些化合物和石油工业方面作用也是相当的大,它可以进行水合的反应,一些其他的化合反应,例如甲基叔丁基醚(MTBE)的制备就是利用大孔型离子交换树脂作为催化剂来进行反应生成的。
最后就是对环境的保护也起到了非常好的作用,它对我们周边生活的环境具有一定的保护作用,可以去除废旧的设备里的有害物质

1)水处理
水处理系统普遍采用离子交换技术,离子交换树脂在水处理领域的用量约占总产量产量的90%,用于水中的各种阴阳离子的去除。目前,离子交换树脂主要应用于火力发电的纯水处理上,其次是原子能、半导体、电子工业等。

2)食品工业
离子交换设备可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如:高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后,再经水解反应,产生葡萄糖与果糖,而后经离子交换处理,可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的使用仅次于水处理。

3)制药行业
离子交换技术在制药工业的应用对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。近年还在中药提纯等方面有所应用。

4)合成化学和石油化学工业
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换技术代替无机酸、碱,同样可进行上述反应,且优点更多。如离子交换树脂可反复使用,产品容易分离,反应器不会被腐蚀,不污染环境,反应容易控制等。

5)环境保护
离子交换设备被应用在许多受关注的环境保护问题上。目前,许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质,可以使用离子交换树脂进行回收。如去除电镀废液中的金属离子,回收电影制片废液中的有用物质等。

6)湿法冶金
离子交换技术可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。

    随着科学技术的不断发展,离子交换设备、EDI设备、软化水设备的性能将不断提高,应用于更广泛的领域。富勒姆科技以“创新,高效,节能,环保”为宗旨,不断开拓创新,为客户提供最先进的水处理技术解决方案。

离子交换技术的未来发展

   因为超滤膜反渗透膜的飞速发展,离子交换法在很多领域正逐步退出市场。特别在处理水量较大的行业,如电厂、水厂等,因为膜法处理占地面积小(就目前见过的,同等产水占地至少小一半),维护简便,因此即使初期投资比离子交换法大,很多新建水处理项目还是采用膜法处理。

   但是离子交换法有些技术还不是膜法能达到,其出水较混床纯度低,因此需要制取高纯水等级的经常采用膜法+离子交换混合使用,或者加用EDI。离子交换还有些设备暂时没有其他可以替代,例如高速混床。离子交换的发展方向就是树脂交换速度更快,结构更稳定耐用。交换容量更大这些方面了。

离子交换系统