无机离子交换剂
第二章吸附分离-1
聚合物共混碳化法
原理：挑选两种热稳定程度不同的聚合物均匀混 合后，则形成相分离结构，然后再进行热处理， 热稳定性差的聚合物(热解聚合物) 完全分解成
气相产物逸出，并可在热稳定性高的聚合物(炭化
聚合物)形成的炭前驱体或最终产物中留下大量的 孔结构。
溶胶-凝胶法
由于表面活性剂、乳胶粒和单分散的聚合 物微球等在溶剂中会形成一定形态的超分子阵列,利 用该超结构作为模板，在溶剂中加入无机物前体， 使其进行溶胶-凝胶反应，从而制备多孔材料。
分 属沉积法） 类
多孔陶瓷材料 （粉末烧结法，浆料固结法等） 泡沫塑料 压发泡法等） （挤出发泡法，注射发泡法，模
2.按孔径大小：
微孔 （孔径＜2nm）
分类 中孔 （孔径2～50nm） 大孔 （孔径＞50nm）
用途：主要用于吸附，储氢，催化，生
物分离，电子器件，微加工，矿化和
色谱载体等方面
3.多孔炭的制备：
吸附分离材料中的多孔吸附材料
所谓的多孔材料，需具备以下两个要素： （1）材料中包含有大量的孔隙； （2）所含孔隙被用来满足某种或某些设计要 求以达到所期待的使用性能指标。
多孔材料的类型
1. 按材料种类：
多孔炭 （模板法，溶胶－凝胶法等）
多孔硅 （模板法，溶胶－凝胶法等） 多孔非金属材料 多孔金属材料 （固态烧结法，熔体凝固法，金
• 物理吸附剂是指主要通过范德华引
力、偶极-偶极相互作用、氢键等较弱 的作用力吸附物质。
• 高分子吸附剂(吸附树脂)根据其极
性分为非极性、中极性、强极性三类。 • 非极性吸附剂均是交联聚苯乙烯大孔 树脂 • 非极性吸附剂主要通过范德华引力从 水溶液中吸附具有一定疏水性的物质。
• 中极性吸附剂主要是交联聚丙烯酸 甲酯、交联聚甲基丙烯酸甲酯及(甲 基)丙烯酸酯与苯乙烯的共聚物
钛硅酸钠无机离子交换材料的制备及对铯的吸附性能研究
离子水洗涤多次 ，抽滤烘干。
２３ 产品 成分 测 定 －
用扫描 电子显微镜分析制得的钛硅酸钠的组成； 用氢氟酸加过硫酸钾密 闭溶解氧化处 理样品后，再用紫外分光光度法检测其中的 Ｎ ３ Ｏ一 ，从而确定氮的含量。 ２ 钛硅酸钠的静态吸附能力测定 ． ４ 称取 ５ｍ ０ ｇ钛硅酸钠于 ５ ０ ｌ ０ ｍ 的磨口锥形瓶 中，准确移取 ０ ６ ７ ｍ ｌＬ的 ｃ 溶液 ． ６ｍ ｏ／ ７ ／ ｓ ２０ ｌ ５ｍ ，调节溶液的 ｐ 值，然后置于恒温振荡箱内，在 ３ ￣条件下振荡一定时间，取适 Ｈ ０ Ｃ
１前
言
பைடு நூலகம்放射性废水的处理方法之一是用交换吸附剂吸附后进行固化处置。按照所采用的离子 交换剂又有无机离子交换剂和有机离子交换剂。有机离子交换剂不耐高温和强辐射 ，易于
分解 ，分解后固化体强度 降低，不利于永久存储，对环境造成潜在威胁。无机离子交换剂 以其固有的高辐射稳定性，良好的热稳定性、抗氧化性和较强的滞留能力 ，显示 了其应用 的巨大潜 力ｎ扪 。 一 Ｃ 在高放废液中是主要的释热产物之一， ｓ 而且半衰期较长 ， 所占放射性份额较大， 所
・ 收 稿 １期 ：２０ 年 ｌ ３ ０５ Ｏ月 ２ ５日 项 目基 金： 国家 自然科 学基 金 （０ ７０ ９ ２４ １３ ）
作者简介：杜晓燕（９ ８） １７一，女，四川省人， 硕士研究生．
・ ・通讯联系人
维普资讯
・１４・ ９
Ｉｎ ｘ ｈｎ ｅ ｄ ｄ ｏｐｉｎ ｏ Ｅ ｃ ａ ｇ ａ Ａ ｓｒｔ ｎ ｏ
氮未监测到。
维普资讯
第 ２ 卷 第 ２期 ２
离子交换法制备催化剂
沸石分子筛的离子交换
交换温度：较高的温度可以保证交换度较高， 多在60-100℃
例：X或Y型分子筛中Na+的交换，六元环孔径 为0.22～0.24nm，La3+离子半径为0.102nm， La3+水合半径为0.396nm，80oC以上La3+可交 换到和六方柱笼
沸石分子筛
沸石分子筛是完整结晶的硅铝酸盐，是由基本单元硅 氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4)-形成的立体网络结 构，其中含有用来中和负离子的阳离子(通常为Na+) Mn+·[(Al2O3)p·(SiO2)q]·wH2O M 是n价碱金属、碱土金属阳离子，特别是钠离子。p, q, w分别是氧化硅、氧化铝、结晶水的分子数。
同、空间位阻不同，交换速度受到扩散 速度控制
沸石分子筛的离子交换
离子交换速度和程度的影响因素 交换离子类型、大小、电荷，交换温度，
交换液浓度，pH值，阴离子性质，沸石 结构特性，SiO2/Al2O3比等。
沸石分子筛的离子交换
交换离子类型、大小、电荷 金属阳离子的选择性顺序 X型Ag+>Tl+>Cs+>K+>Li+; Y型上Tl+>Ag+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Li+ 稀土金属离子在X型和Y型上的交换顺序为：
X
16 32 38
Y
16 32 8
SI—16个位置，六柱笼 SII—32个位置，β笼中六元环附近 SIII—48个位置， β笼中四元环附近
工业废水膜分离法全解
13.6 扩散渗析
• 扩散渗析是使高浓度溶液中的溶质透过薄膜 向低浓度溶液中迁移的过程。扩散渗析的推动力 是薄膜两侧的浓度差。
• 最初扩散渗析使用的薄膜是惰性膜，大多用 于高分子物质的提纯。使用离子交换膜的扩散渗 析，利用膜的选择透过性，可以分离电解质。 扩散渗析的渗析速度与膜两侧溶液的浓度 差成正比。只有当原液的浓度大于10%时，扩散 渗折的回收效果才显著，才有实用价值。
离子交换树脂的种类
离子交换树脂按照功能基团的性质可分为：含有酸性基团的阳离 子交换树脂、含有碱性基团的阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的 整合树脂、含有氧化-还原基团的氧化还原树脂(或称电子交换树脂) 以及两性树脂等五种，还有新近发展起来的萃淋树脂(或称溶剂浸渍 树脂)等等。其中，阳、阴离子交换树脂按照活性基团电离的强弱程 度 ， 又 分 别 分 为 强 酸 ( 如 -SO3H) 、 弱 酸 ( 如 -COOH) 、 强 碱 ( 如 N(CH3)3+0H-)、弱碱(如-NH2)树脂。
两面装有反渗透膜。在压力作用下，透过膜的淡化水在 隔板内汇集并引出。
（2）管式
– 管式装置分为内压管式和外压管式两种。
– 内压管式将膜镶在管的内壁，含盐水在压力作用下在管 内流动，透过膜的淡化水通过管壁上的小孔流出；
– 外压管式将膜铸在膜的外壁，透过膜的淡化水通过管壁 上的小孔由管内引出。
（3）卷式
1、单程式
– 在单程式系统中，原水一次经过反渗透器 循环式系统有一部分浓水回流重新处理，可 提高水的回收率，但淡水水质有所降低。
3、多段式
– 多段式系统可充分提高水的回收率，用于产 水量大的场合，膜组件逐渐减少是为了保持 一定流速，以减轻膜表面的浓差极化现象。
食品分离技术(7) 离子交换技术
凡能与树脂间形成辅助力（氢键、范德华力等）的离子，树脂 对其吸附力就大；能破坏这些辅助力，离子从树脂上易洗脱。
33
4.4、离子交换过程和速度
离子交换反应是在动态下进行的，不 论溶液的运动情况怎样，在树脂表面上始 终存在着一层薄膜，起交换的离子只能借 分子扩散而通过这层簿膜。
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4．弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(—NH2)、仲胺 基 (—NHR)或叔胺基(—NR2)，反应简式为：
R NH2 H2O R NH3 OH
离解能力较弱，只能在低pH值下工作，可用弱碱再生。
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四种基本类型树脂的实用型
1）将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠 型树脂；避免了溶液PH值下降和由此产生的副 作用，如对设备的腐蚀。进行再生时，用盐水 而不用强酸。
换带一般0.2—1m。B离子浓度高、操作温度低、料液流速 高、树脂老化等都会使交换带加宽，不利；应控制，但有
限。
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3、交换
始漏点：流出液中开 始出现未被交换的离 子（承接检验有试液 离子）
始漏量：达始漏点时， 被交换到柱子上的离 子的量（mmol）< 树脂的总交换容量
交界层：部分被交换 的树脂层称为交界层
R SO3 Na R SO3Na
强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶
液中都能离解和产生离子交换作用，因此使用时的
pH没有限制。
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树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化 学药品使树脂的官能团回复原来状态再次使用。 强酸性阳离子树脂是用强酸进行再生处理。
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2．弱酸性阳离子树脂
这类树脂含有弱酸性基团，如羧基—COOH、 酚羟基 —OH，能在水中离解出H+而呈弱酸性。 反应简式为：
西交20秋《催化剂工程》在线作业【标准答案】
(单选题) 1: 离子交换剂包括无机离子交换剂和（）
A: 有机离子交换树脂
B: 有机离子交换剂
C: 无机离子交换树脂
D: 离子交换剂
正确答案: B
(单选题)2: 下列哪一个不是等温吸附时的物系特点( D )
A: 被吸收的组分量很少
B: 溶解热小
C: 吸收剂用量较大
D: 被吸收组分的浓度高
正确答案: D
(单选题)3: 采用时均化的处理方法描述湍流运动时,( )速度的时均值为零。
A: 瞬时
B: 时均
C: 脉动
正确答案: A
(单选题)4: 分子筛催化剂择形催化有()种类型。
A: 3
B: 5
C: 2
D: 4
正确答案: D
(单选题)5: 借助（）引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀的方法称为导晶沉淀法
A: 溶剂
B: 催化剂
C: 溶剂
D: 晶化导向剂
正确答案: D
(单选题)6: 在稳定地工业装置上以小口径侧线引出部分工艺气体，至催化剂测流反应器，进行评价实验。
反应后（）称为工业装置测流实验。
A: 气体返回原工业装置主流工艺气中继续使用
B: 直接废弃
C: 回收利用但不能用于原工业装置主流工艺气中
D: 洗涤之后再使用
正确答案: A
(单选题)7: 下列哪项是动力学的目的（）
A: 提供数学模型，弄清反应机理。
离子交换分离技术
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1．强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力
强酸型
a. 不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。
例如：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）
b. 当离子价态相同时．亲和力随着水合离子半径减小 而增大。
4mol·L-1HCl 淋洗
Co2+
流出液: Mn2+
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有机离子交换剂
表 4—1 有机离子交换剂分类
分类
功能基团
使用 pH 范围
凝 阳 离 子 交 强酸性阳离子交换树脂
胶 换树脂
弱酸性阳离子交换树脂
型 阴 离 于 交 强碱性阴离子交换树脂
树 换树脂
弱碱性阴离子交换树脂
脂 螯合（离子交换）树脂
弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关
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三. 离子交换树脂的亲合能力
总原则
1．强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力 2．强、弱碱型阴离子交换树脂的亲和力
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总原则：
总原则：亲和力与水合离子的半径、电 荷及离子的极化程度有关。
水合离子的半径越小，电荷越高，离子 的极化程度越大，其亲和力也越大。
树脂的交联度小，则对水的溶胀性能好，网眼大， 交换反应速度快；交换的选择性差；机械强度也差。
树脂的交联度一般4％一14％为宜。
b. 交换容量 ：
交换容量是指每克干树脂所能交换的物质的量 (mmol/g)，一般树脂的交换容量位3—6mmol /g。
离子交换分离
三、离子交换的平衡理论
• (一)、离子交换过程的机理
阴离子交换 R+U-+X-↔R+X-+U平衡常数 [ RX ][ U ] KXU-= [ RU ][ X ]
阳离子交换 R-U++X+↔R-X++U+ 平衡常数 RX ][ KXU+= [[RU ][ U ]] X
三、离子交换平衡理论
(二)、影响离子交换的因素 1、颗粒大小 2、交联度(交联剂含量的多少) 3、温度 4、离子的化合价 5、离子的大小 6、搅拌速度 7、溶液浓度
阴 离 子 交 换 剂
离子交换基
强碱性基: 三甲氨基(trimethyl amine)
结构
─N+(CH3)3 C2H5
季氨乙基(Q, quaternary aminoethyl)
─(CH2)2─N+ CH2 CH CH3 C2H5
三乙氨乙基(TEAE, triethyl aminoethyl) 弱碱性基:
二、离子交换剂
阳离子交换剂(cation exchanger)
交换阳离子，活性基团为酸性；
强酸性和弱酸性阳离子交换剂
根据具有离子交换能力的pH范围不同，分为 强酸性阳离子交换树脂（磺酸基和次甲基磺酸基） 反应简式：R—SO3H↔R—SO3-+H+
R—SO3H+Na+↔R—SO3Na+H+
总交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂中， 所有交换基团的总数。
注意：它是常数，不代表真实交换能力。
操作交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂 中，实际参加反应的活性基团的总数。单位： mmol/mL mmol/g
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无机离子交换剂
1. 简介
无机离子交换剂是一种用于水处理、环境保护和化学分离等领域的重要材料。
它们能够通过吸附和释放离子来改变溶液中的离子组成。
无机离子交换剂通常是多孔结构的固体材料，具有高度选择性和吸附能力。
2. 工作原理
无机离子交换剂的工作原理基于离子交换过程。
当溶液中的离子与交换剂表面的固定离子发生吸附和解吸过程时，离子会被交换剂固定离子替代或释放出来。
这种离子交换过程可以使溶液中的离子浓度发生变化，从而实现对溶液中离子组成的调控。
3. 交换剂类型
无机离子交换剂可以根据其结构和成分分为多种类型，如下所示：
3.1 强酸型交换剂
强酸型交换剂通常由硫酸树脂或磷酸树脂制成。
它们可以交换溶液中的阳离子，如钠离子、钾离子和镁离子等。
强酸型交换剂在水处理中常用于去除溶液中的金属离子和硫酸根离子。
3.2 强碱型交换剂
强碱型交换剂通常由氢氧化铝或氢氧化铁制成。
它们可以交换溶液中的阴离子，如氯离子、硝酸根离子和磷酸根离子等。
强碱型交换剂在水处理中常用于去除溶液中的氯离子和硝酸根离子。
3.3 高选择性交换剂
高选择性交换剂是一类具有特殊结构和功能的交换剂。
它们可以选择性地吸附和释放溶液中的特定离子，如重金属离子、放射性核素和有机污染物等。
高选择性交换剂在环境保护和化学分离领域具有广泛的应用前景。
4. 应用领域
无机离子交换剂在多个领域都有广泛的应用，包括水处理、环境保护和化学分离等。
4.1 水处理
无机离子交换剂在水处理中起到重要的作用。
它们可以去除水中的杂质离子，改善水的质量。
例如，强酸型交换剂可以去除水中的金属离子，如铁离子和锰离子，从
而改善水的味道和色泽。
强碱型交换剂可以去除水中的氯离子和硝酸根离子，减少水中的污染物含量。
4.2 环境保护
无机离子交换剂在环境保护中也有重要的应用。
它们可以用于处理废水和污染土壤，去除其中的有害离子和有机污染物。
高选择性交换剂尤其适用于去除重金属离子和放射性核素，减少环境污染的风险。
4.3 化学分离
无机离子交换剂在化学分离中起到关键的作用。
它们可以用于分离和纯化化学品、药品和生物制品等。
通过调整交换剂的选择性和吸附能力，可以实现对目标物质的高效分离和提纯。
5. 总结
无机离子交换剂是一种重要的材料，在水处理、环境保护和化学分离等领域发挥着关键作用。
它们通过离子交换过程改变溶液中的离子组成，具有高度选择性和吸附能力。
不同类型的交换剂可以用于不同的应用场景，如强酸型交换剂用于去除金属离子，强碱型交换剂用于去除氯离子。
高选择性交换剂则具有更广泛的应用前景，可以选择性地吸附和释放特定离子和有机污染物。
通过应用无机离子交换剂，我们可以改善水质、保护环境并实现高效的化学分离过程。