离子交换综述

1、1.3离子交换的特点离子交换的特点 1.2离子交换剂种类离子交换剂种类 1.1离子交换原理离子交换原理 1.1离子交换原理 离子交换是两种以上离子性物质之间相互交换的过程，离子交换是两种以上离子性物质之间相互交换的过程， 是物质运动的一种形式，是物质运动的一种形式， 一般指水溶液中的溶质解离为离子，其中带一种电荷一般指水溶液中的溶质解离为离子，其中带一种电荷 的离子与固相离子交换剂所携带的同种电荷离子，通的离子与固相离子交换剂所携带的同种电荷离子，通 过固一液两相间离子相互交换而达到物质分离的过程。过固一液两相间离子相互交换而达到物质分离的过程。 它是利用离子交换剂为固定相，根据溶质离子所带电

2、它是利用离子交换剂为固定相，根据溶质离子所带电 荷与离子交换剂之间静电相互作用力的差别进行溶质荷与离子交换剂之间静电相互作用力的差别进行溶质 分离的一种层析方法。分离的一种层析方法。 1.2离子交换剂种类 离子交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有离子交换 基团的功能高分子材料 交换剂 无机交换 剂 有机交换 剂 沸石 不溶性的多 价金属的盐 阴离子交 换树脂 阳离子交 换树脂 1.3离子交换的特点离子交换的特点 成本低、设备简单成本低、设备简单 不用或少用有机溶剂不用或少用有机溶剂 易于工业放大易于工业放大 交换剂使用寿命长，选择性高交换剂使用寿命长，选择性高 能够在常温下进行，节省消耗能够在

3、常温下进行，节省消耗 产品的纯度高产品的纯度高 2.5从矿物浸出液中提取金属从矿物浸出液中提取金属 2.4生物碱的提取生物碱的提取 2.3抗生素的提取抗生素的提取 2.2氨基酸的分离氨基酸的分离 2.1污水的处理污水的处理 2、离子交换的应用现状和研究进展离子交换的应用现状和研究进展 2.6糖类物质的纯化脱色糖类物质的纯化脱色 2.1污水的处理污水的处理 随着现代工业的发展，工业废水的排放量日渐增加， 重金属的污染问题也成为了摆在人们面前的难题， 纵然污染越来越严重，治理的技术也越来越高新。 目前主要的手段有沉淀法、膜处理技术、微生物处 理技术、离子交换法等，其中离子交换树脂处理废 水的应用也

4、备受关注。离子交换树脂中含有的氨基、 羟基等活性基团，可以与重金属离子进行螯合交换 反应，从而去除废水中重金属离子，离子交换树脂 交换吸附饱和后进行再生。再生是利用再生剂中的 离子在浓度占绝对优势的情况下，将离子交换树脂 上的离子洗脱下来，使离子交换树脂恢复其交换能 力。 离子交换过程 重金属离子通过静止液膜扩散到树脂表面 扩散进入的重金属离子与树脂上的可交换离子发生交换 交换下的离子在树脂内部扩散 重金属离子在树脂内部进一步扩散 交换下的离子通过静止液膜扩散进入溶液 交换下的离子在溶液中对流扩散 废水中的重金属离子通过对流和扩散到达树脂表面的静止液膜 污水的处理污水的处理 离子交换过程的总速

5、度取决于上述步骤中最慢的步 骤，一般情况下，步骤速度相对较快，可忽略 不计 步骤一般称为外扩散，步骤为内扩散， 步骤为离子交换化学反应。 污水的处理污水的处理 用离子交换处理废水时，对于不同的重金属离子要 选择恰当的树脂类型，并且要确定合适的外界条件，同 时要对pH和接触时间进行控制，以期达到最好的处理。 含有SO-2H+基团阳离子交换树脂,对Pb2+离子具有选择 性高、交换容量大和吸附-解吸过程可逆性好的特点； Imac TMR树脂对Hg2+有很强的亲合力；Dowex50W - X4和Purolite S -950等阳离子交换树脂去除废水中的 Cd2+；离子交换技术处理废水后，净化得到的水中

6、含有 的重金属含量明显低于化学沉淀法处理后的含量，同时， 处理完后的树脂可以在一定的条件下将吸附的重金属离 子洗脱下来，避免了重金属的再次污染，而且树脂也恢 复了其交换能力。 2.2氨基酸的分离氨基酸的分离 氨基酸的种类有20种，是蛋白质的基本组成 单位，在人体中有着重要的生理功能，广泛 应用于食品、药品等行业。氨基酸含有胺基 和羧基，因此它是属于两性物质，在不同的 条件下会以阳离子或则阴离子存在，利用阳 离子交换树脂或者阴离子交换树脂都可以分 离提纯氨基酸，如今，研究合适高效的方法 对氨基酸进行分离提纯是很必要的 2.3抗生素的提取抗生素的提取 抗生素是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）

7、或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体 或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活 细胞发育功能的化学物质。抗生素主要由发酵法制 取，在发酵液中的浓度很低，利用离子交换法可以 选择性的分离多种离子型抗生素，不仅回收率高， 产品纯度也很高，大孔树脂已逐渐取代活性炭和等 经典的吸附剂，在抗生素制备工艺中显示出愈来愈 重要的作用，已有150种左右的新抗生素在分离纯 化中应用了大网格吸附树脂。 2.4生物碱的提取生物碱的提取 生物碱是一类含氮的碱性有机化合物，有似碱 的性质，生物活性显著，是中草药中重要的有 效成分之一。生物碱在溶液中以阳离子形式存 在，因此可以用阳离子树脂或者大孔树脂吸附 分

8、离，树脂吸附生物碱后可以根据各组分的碱 性差异进行洗脱，从而达到提纯分离的目的。 2.5从矿物浸出液中提取金属从矿物浸出液中提取金属 离子交换树脂可以在稀溶液中富集金属 离子，不同的树脂对于离子也有选择性吸 附，因此离子交换树脂在低品位矿物的浸 出液中提取纯化金属的应用特别广泛，树 脂吸附离子后经洗脱，再将洗脱液还原则 得到高纯度的金属. 2.6糖类物质的纯化脱色糖类物质的纯化脱色 糖是人体所必需的一种营养，经人体吸收之后 马上转化为碳水化合物，以供人体能量，糖的 制备中总会带些盐类物质，并且制糖过程中会 产生一些色素，如焦糖色素、拟黑素等，这些 问题的存在都影响了糖的纯度，因此糖液的脱 盐、

9、脱色是极其重要的一步。糖类物质中含有 醇羟基，可以用阴离子交换树脂吸附 3.离子交换动力学离子交换动力学 3.离子交换动力学 离子交换动力学是描述离子交换过程行为的方程，通过求解确定 离子交换过程的交换速率方程和各种重要参数，为工业生成中工 艺操作条件、离子交换柱设计、设备选型等问题提供依据。 动力学 按表达交换 过程动力学 定律的性质 分 按理论基础 区分 化学动力 学定律 物理动力 学定律 机理模型经验模型 膜扩散模型孔扩散模型 表面扩散模 型 NernstPl anck模型 Fick模型 Stefan一 MaxweU 模型 总结总结 离子交换技术在世界各个国发展迅离子交换技术在世界各个国发展迅 速，其出色的富集、分离、提纯、速，其出色的富集、分离、提纯、 脱色、脱盐等效果在化工、食品、脱色、脱盐