离子交换纤维.ppt

离子交换纤维,熊永律0902100313,1.离子交换纤维的简介2.离子交换纤维的现状3.离子交换纤维的种类4.离子交换纤维的特点5.离子交换纤维的制备6.离子交换纤维的应用7.离子交换纤维的前景,离子交换树脂与离子交换纤维,离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的和功能基团上带有相反电荷的可交换离子功能基团三部分构成。,两种作用机理是一样的，都是靠基团上的阴阳离子起交换作用，但不是一种东西树脂一般都是球状的，工业用树脂粒径在一般都在0.31.5mm范围内。,纤维是无定形的，更小一些,离子交换树脂的工作原理,在离子交换过程中，水中的阳离子（如Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Fe3+等）与阳离子交换树脂上的H+进行交换，水中阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中。水中的阴离子（如Cl-、HCO3-等）与阴离子交换树脂上的OH-进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH-交换到水中。而H+与OH-相结合生成水，。,离子交换纤维是在离子交换树脂产品基础上开发的具有一定特性的功能新材料.可以说离子交换树脂可以应用的领域，离子交换纤维就可以更好地替代离子交换树脂。由于离子交换纤维具有的比表面积大、并且还可以以不同形式(如无纺布、膜等)在实际中应用，在某些离子交换树脂使用困难的领域，离子交换纤维具有独特的优势,离子交换纤维的简介,离子交换纤维是一种纤维状离子交换材料，本身含有固定离子以及和固定离子符号相反的活动离子，当与能解离化合物的溶液接触时，活动离子即可与溶液中相同符号的离子进行交换，一般以各种化学合成材料为基体，经大分子化学转换或接枝反应而得到的一种新型的功能性纤维材料。,离子纤维的发展现状,离子交换纤维的发展已有几十年，尤其是近20年来发展很快，发表的文章、专利很多。目前国际上以白俄罗斯、俄罗斯、日本等国较成熟，已有相关产品面市。我国在该领域的研究单位包括郑州大学、天津工业大学、北京理工大学、中山大学、北京服装学院等，一些单位已有研制品或批量工业制品。,离子交换纤维的分类,弱酸性阳离子交换纤维,强碱性阴离子交换纤维,弱碱性阴离子交换纤维,强酸性阳离子交换纤维,离子交换纤维的特点,（1）直径一般为1050m，近几年已开发出了直径小于1m的纤维；（2）具有较大的比表面积，交换与洗脱速度均较快；（3）可以多种形式应用，如纤维、短纤维、织物、非织造布、毡、网等，因此可用于各种方式的离子交换过程；（4）可以深度净化、吸附微量物质；（5）可吸附、分离有机大分子化合物。,离子交换纤维的制备,离子交换纤维的制备主要以化纤为基体经接枝聚合、大分子化学转换法实现，所用化纤主要是聚烯烃、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、氯乙烯丙烯腈共聚物等的纤维，也有采用聚合物共混纺丝再功能化的，可分为：高聚物化学转换法，高聚物接枝单体法，聚合物混合成纤法。,高聚物化学转换法,以聚乙烯醇纤维为基体制备强酸性阳离子交换纤维和强碱性阴离子交换纤维，是将聚乙烯醇纤维进行氯代乙缩醛反应，使缩醛度达47%50%。用硫化钠使纤维大分子交联，再进一步与亚硫酸钠反应，制得强酸性阳离子交换纤维。经缩醛化并交联的纤维和叔胺反应可制得强碱性阴离子交换纤维。,高聚物接枝单体法,以聚烯烃、聚乙烯醇、聚氯乙烯或聚己内酰胺纤维等为基体经接枝聚合反应可制备离子交换纤维，方法为辐射接枝或化学接枝法。如以聚烯烃纤维为基体，用辐射接枝苯乙烯再经磺化或氯甲基化、胺化反应制备阳离子或阴离子交换纤维。聚烯烃纤维接枝丙烯酸可制备弱酸性阳离子交换纤维，也可采用化学引发法接枝苯乙烯再功能化制备阳、阴离子交换纤维。,接枝纤维的SEM照片,聚合物混合成纤法,将离子交换剂分散到形成纤维的纺丝液中可形成离子交换纤维。而另一种方法是将两种聚合物混合成纤，如聚乙烯（或聚丙烯）聚苯乙烯复合纤维，以聚乙烯为岛成分，聚苯乙烯为海成分，成纤后再将聚苯乙烯交联，功能化后制备阴离子或阳离子交换纤维。,离子交换纤维的应用,离子交换纤维的主要功能包括离子交换、吸附、脱水、催化、脱色等，其应用十分广泛，涉及水的软化和脱盐、填充床电渗析、废水处理（包括铀、重金属离子、核电站等）、气体净化（如CO2、HCl、NH3、SO2、HF、Cl2）等化工、轻工、食品、医药、生化多个领域。,离子交换纤维的应用,在气体净化分离方便的应用,在化工轻工冶金方面的应用,在卫生医疗方面的应用,在水的软化脱盐净化方面的应用,吸附空气中的CO2，HCL,NH3,SO2,H2S,HF等以及液体水凝胶,作为催化剂用于反应性蒸馏，贵重金属的分离回收和纯化,用于生物活性物质的提取,水的软化和脱盐，填充床电渗析，净化工业废水,在气体净化、分离方面的应用,离子交换纤维与颗粒状材料相比具有吸附、解吸速度快，净化、分离气体时阻力小的优点，用它做成的防毒面具的防护作用和活性炭相同，而呼吸阻力大大降低；同时由于可用普通方法再生，因此防毒面具的吸附过滤器可多次重复使用。,在化工、轻工、冶金等方面的应用,离子交换纤维用聚乙烯纤维增强后制成毡状物，可作为固体酸催化剂用于反应性蒸馏；离子交换纤维作为离子色谱固定相，与树脂柱的效率相当，但流通阻力只有它的1/10。,反应性蒸馏(RD)是用固定相作催化剂，使产物边反应边蒸馏出来.,离子交换色谱法以离子交换树脂作固定相，在流动相带着试样通过离子交换树脂时，由于不同的离子与固定相具有不同的亲合力而获得分离的色谱法。,离子交换纤维在金、银等贵金属的湿法冶炼领域有着广阔的应用前景，从矿渣浸提液、矿坑水等稀溶液中回收金属效果较好。稀土元素的分离回收与纯化一直是离子交换技术发挥重要作用的领域之一。例如在分离钐钕镨混合物时，在流速相同的情况下，使用离子交换纤维可得到纯度为85%的钐氧化物，而用离子交换树脂其纯度不超过58%。,在卫生及医疗领域的应用,用离子交换纤维对生物活性物质（尤其是药物）进行提取、分离、纯化等，一直较受关注。例如：用毛发酸水解制造胱氨酸过程中需要脱色，如用活性炭脱色，用量多、耗时长，脱色不彻底；而离子交换树脂法存在污染物易堵塞树脂孔隙、不易再生、寿命短等缺点；而使用离子交换纤维则能有效避免上述不足。据报道，中药中的生物硷、黄酮等组分都可用离子交换纤维进行分离和浓缩。,离子交换纤维填充的色谱法，分离效率高，可应用于生物活性物质的提取，如胰岛素和猪凝血酶的分离、纯化。最近，离子交换纤维柱还被应用于提取具有降血糖、食疗保健作用的南瓜多糖。,离子交换色谱法是利用离子交换原理和液相色谱技术的结合来测定溶液中阳离子和阴离子的一种分离分析方法。凡在溶液中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法进行分离。现在它不仅适用于无机离子混合物的分离，亦可用于有机物的分离，例如氨基酸、核酸、蛋白质等生物大分子，因此应用范围较广。,在水的软化、脱盐及净化上的应用,1.水的软化及脱盐纤维状离子交换剂是一种新材料，它的交换速度为树脂的10100倍。此外，离子交换纤维对蛋白质等有机大分子、菌体和氧化铁等微粒的吸附能力优于树脂，净化彻底，因此处理后水质良好。国外一些公司已将离子交换纤维和反渗透膜或超滤膜组合成小型超纯水制造装置，用于电子行业超纯水的制备，并正在进行冷凝水及锅炉水的净化。,工业用软化水设备,离子交换脱盐装置,2.填充床电渗析填充床电渗析又称电去离子（EDI）或连续去离子（CDI）。电渗析过程中，随着水中含盐量的减少，电导率降低，但耗电而水质不提高。当在淡室中填充离子交换材料时，电导值增加，电流效率和极限电流密度提高，从而加速了离子迁移速度，使水高度纯化。在淡室进水电阻率相同的情况下，填充纤维比填充树脂的效果好，其出水电阻率可提高一个数量级。目前用含离子交换纤维的非织造布电去离子设备制纯水。,填充床电渗析设备,3.净化工业废水用弱酸性阳离子交换纤维净化工业废水中的微量铜，当pH值为34时，纤维对铜的交换容量可达120130mg/g，交换30min后可达平衡，而用相同基团的树脂，交换容量仅为6065mg/g，平衡时间则需8h。除了各种含金属离子的废水外，离子交换纤维还可用于各种含酸性、活性、阳离子染料的废水的吸附和净化。,交换容量是指离子交换剂能提供交换离子的量，它反映离子交换剂与溶液中离子进行交换的能力。,离子交换纤维处理电镀废水示范工程,广东省电镀废水治理示范基地,含铬废水入口,连续离子交换,处理后排放,检验报告,离子交换纤维的前景,随着生物技术和生命科学的兴起，离子交换纤维在医药、生物工程、食品、环保等行业中用于分离杂质及脱色的研究现在进展很快，将促进离子交换纤维的进一步发展