1 离子交换概述ppt课件

第一章概述,第二篇离子交换,一、离子交换离子交换过程是被分离组分在水溶液与固体离子交换剂之间发生的一种化学计量分配过程。离子交换的基本反应：,二、离子交换剂,是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂和有机离子交换剂（离子交换树脂）。,1、无机离子交换剂,早在1850年，有人发现硫酸铵可以被土壤吸附，即铵离子被吸附而析出钙，铵离子吸收后难以被水洗出来，这实际上是一种离子交换现象。,土壤是一种有着显著离子交换作用的无机离子交换剂,天然沸石是一种无机离子交换剂，但交换能力很少，且只能交换阳离子，最初被用来实现水的软化,性质：一类分布很广的硅酸盐类矿物。由通过共用氧连结在一起的硅氧四面体和铝氧四面体三维格架组成，三价铝取代四价硅产生的过剩负电荷由一价或二价的金属阳离子，通常为碱金属或碱土金属阳离子所平衡。现在已发现的有近40种，主要有方沸石、浊沸石、钙十字沸石、钠沸石、丝光沸石、片沸石、斜发沸石、菱沸石、八面沸石等。沸石具有吸附和离子变换功能，并且由于每种沸石有其特定的均一孔径(0.31nm)，只能通过相应大小的分子。广泛用作催化剂或载体、干燥剂、饲料添加剂、土壤改良剂、污水净化剂、塑料和造纸填料、海水提钾等。并大量用于水泥生产。,磺化煤是人没后来取代沸石用来实现水的软化无机离子交换剂,一种无机阳离子交换剂。大体分为氢型磺化煤和钠型磺化煤两类。用于锅炉用水，硬水的软化、废水中贵金属的回收和污水处理等。【制备或来源】烟煤、褐煤经过用发烟硫酸或浓硫酸处理后而得的磺化产物。磺化反应使煤结构的芳香环上引入磺酸基(SO3H)；同时，由于浓硫酸的氧化作用，还把芳香环侧链上的烷基氧化为羧基(COOH)和羟基（OH）。这些基团上的氢都能被一些金属离子所置换。磺化煤交换金属离子能力的大小，通常以每克或每立方厘米磺化煤能交换钙离子的毫克当量数表示，一般约为1.62.0毫克当量（钙）克（煤）。用食盐水处理磺化煤，得钠型磺化煤，其交换能力比氢型要高。磺化煤的生产要经历煤的破碎（粒度24mm）、硫酸磺化（煤酸比约1:4，反应时间8h）、用水洗涤（回收稀酸）、纯碱（碳酸钠）中和、二次水洗（至pH为6.57）、干燥和过筛（分为0.71.2mm小粒和0.30.7mm细粒）等步骤。原料煤要求采用机械强度好，水分、灰分、硫含量低，挥发分大于20（质量）的烟煤。,2、离子交换树脂,1935年在英国研究合成了具有离子交换功能的高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂。,二战期间，德国首先以工业规模生产了离子交换树脂，并用于水处理。,1945年，美国人成功合成了聚苯乙烯系及聚丙烯酸系加聚型离子交换树脂，从而开创了当今离子交换树脂制造方法的基础。,六十年代，人们合成了一系列结构和过去大不相同的大孔离子交换树脂，并很快在美国和法国投入生产。这类树脂由于其多孔结构，兼具有离子交换和吸附两种功能，为离子交换树脂的广泛应用开辟了新的广阔前景。,三、离子交换的基本过程,包括吸附和解吸两个基本阶段在实际操作中根据任务的需要可能有不同模式：吸附-漂洗-解吸吸附-漂洗-解吸-漂洗吸附-漂洗-淋洗-解吸-漂洗-再生,四、离子交换相比于溶剂萃取的特点,没有萃取法中有机相的夹带、溶解及乳化问题操作简单，易掌握离子交换树脂的交换容量有限，不宜处理浓溶液速度较慢，用水量大,五、离子交换技术的应用概述,1、水处理离子交换树脂的产量的90%以上用于水处理,锅炉用水的软化处理工业水中存在Ca2+、Mg2+及Fe3+等离子，易使锅炉及管道结垢，除去这些金属离子的过程称为水的软化。早期水的软化主要使用沸石及磺化煤，现在多用离子交换树脂。目前，离子交换树脂的最大消耗是用在发电厂的纯水处理上。,脱盐纯水的制备脱盐纯水即将原水中的所有溶解性盐类、游离的酸碱离子除去。如冶金、材料及化工中高纯产品的制备都需要大量脱盐纯水。,电子工业高纯水的制备在电子工业中，从各种电子元器件的清洗到一系列工艺溶液的配制，都需要质量很高的纯水，特别是半导体器件和大规模集成电路的生产中，几乎每道工序都需要用纯水或超纯水（18兆欧水）清洗。,废水的处理含酚废水的处理，如印染工厂的含酚废水。含镍、含铬电镀废水的处理,2、食品工业,离子交换可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业。离子交换在高浓度果糖浆生产中的消耗量仅次于水处理行业。,3、制药工业,离子交换树脂对发展新一代抗菌素及原有抗菌素的质量改良具有重要的作用。,4、合成化学和石油化学工业,有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸碱同样进行上述反应，且树脂可反复使用、产品易分离、反应器不会被腐蚀，不污染环境。大孔强酸性阳离子交换树脂用于MTBE的合成汽油抗震剂甲基叔丁基醚（MTBE）的制备传统汽油抗震剂为四乙基铅，它在汽油燃烧后会