《离子交换技术》课件.ppt
离子交换技术离子交换技术是一种重要的分离纯化方法广泛应用于水处理、制药和环保等领域
课程概述课程目标掌握离子交换基本原理主要内容树脂制备、工艺设计、应用案例学习方法理论结合实践、案例分析
第一章：离子交换基础离子交换的定义可逆反应过程，固体与溶液间离子互换历史发展从天然沸石到合成树脂的演变历程
离子交换的基本原理离子交换反应不溶性固体与溶液中离子互换可逆性反应可向任一方向进行等当量交换电荷守恒是基本前提
离子交换材料的类型1天然离子交换材料沸石、粘土、腐殖质2无机合成材料合成沸石、水合氧化物3有机合成树脂交联聚苯乙烯基质
离子交换树脂的结构骨架结构三维网状交联高分子功能基团决定交换性能的活性部分孔隙结构影响交换速率和容量
离子交换树脂的分类（一）1阳离子交换树脂含酸性基团，交换阳离子2阴离子交换树脂含碱性基团，交换阴离子3两性离子交换树脂同时含酸碱基团
离子交换树脂的分类（二）强酸性阳离子交换树脂含磺酸基1弱酸性阳离子交换树脂含羧酸基2应用特点pH范围不同3
离子交换树脂的分类（三）1强碱性阴离子交换树脂季铵基2中碱性阴离子交换树脂叔胺基3弱碱性阴离子交换树脂伯胺或仲胺基
离子交换树脂的性能指标交换容量单位质量树脂可交换离子数选择性对不同离子亲和力差异膨胀度不同条件下体积变化率
离子交换树脂的性能指标（续）交换速率离子交换反应的快慢机械强度承受压力和磨损能力化学稳定性耐酸碱氧化还原能力
第二章：离子交换动力学液膜扩散离子通过树脂周围液膜粒内扩散离子在树脂内部迁移化学反应离子与功能基团结合
离子交换速率粒子扩散控制离子在树脂内迁移为限速步骤膜扩散控制离子穿过液膜为限速步骤过渡区两种控制机制并存
离子交换平衡平衡常数反映交换反应程度分配系数固液相离子浓度比热力学参数△H、△G、△S
离子交换等温线LangmuirFreundlich
选择性系数1定义不同离子被交换剂吸附能力比值2影响因素离子荷电、水合半径、离子浓度3实际应用分离工艺设计依据
第三章：离子交换树脂的制备悬浮聚合法液滴聚合形成球形颗粒本体聚合法整体聚合后粉碎成颗粒乳液聚合法形成乳液状微粒
离子交换树脂的功能化1磺化反应引入强酸性基团-SO?H2氯甲基化反应为引入胺基做准备3胺化反应引入碱性基团-NR?
离子交换树脂的改性1表面改性改善表面性能2骨架改性提高结构稳定性3功能基团改性增强选择性
新型离子交换材料大孔树脂、螯合树脂、复合材料和磁性交换剂
第四章：离子交换工艺固定床法树脂固定，液体流动移动床法树脂液体同时流动流化床法树脂悬浮状态
连续离子交换技术连续进料原料持续进入1连续交换不间断吸附2连续再生自动循环再生3连续出料产品持续产出4
离子交换柱操作装柱树脂装入交换柱反冲洗去除杂质和气泡预处理转化为特定形态
离子交换过程的主要步骤交换溶液通过树脂床进行交换反洗松动树脂床，除去杂质再生恢复树脂交换能力
离子交换过程的主要步骤（续）1再生用再生剂恢复树脂活性2置换冲洗残留再生剂3终冲洗达到出水水质要求
再生方法并流再生再生剂与交换同向流动逆流再生再生剂与交换反向流动
再生剂的选择酸性再生剂盐酸、硫酸，再生阳树脂碱性再生剂氢氧化钠，再生阴树脂盐溶液再生剂氯化钠，再生软化树脂
离子交换设备交换柱、再生系统、控制设备和辅助装置
第五章：离子交换应用（一）：水处理1超纯水电子、制药用水2除盐水锅炉、工业用水3软化水生活、低压锅炉用水
软化水工艺1钠离子交换法Ca2?、Mg2?被Na?置换2氢离子交换法Ca2?、Mg2?被H?置换3混合交换法组合使用多种树脂
除盐水工艺两床法阳床+阴床串联混床法阳阴树脂混合使用多床法多级树脂床串联
超纯水制备多级离子交换串联多级交换系统电去离子技术离子交换膜+电场混合床精制最终抛光处理
第六章：离子交换应用（二）：工业分离金属离子分离稀土、贵金属回收有机物分离糖、氨基酸纯化生物大分子分离蛋白质、核酸提纯
稀土元素分离预处理溶解、调节pH值离子交换基于不同亲和力洗脱选择性洗脱剂沉淀结晶获得纯稀土化合物
糖液分离纯化1脱色去除色素和杂质2脱盐去除无机离子3分馏分离不同糖分子
氨基酸分离阳离子交换法利用氨基酸两性特点阴离子交换法在碱性条件下分离
第七章：离子交换应用（三）：环境保护废水处理、土壤修复、地下水净化和大气污染控制
重金属废水处理选择性吸附专一性去除特定金属螯合离子交换形成稳定螯合物混合床技术多种金属同时去除
核废水处理
土壤重金属污染修复原位修复不开挖，直接在污染地处理异位修复开挖后集中处理联合修复多种技术协同作用
第八章：离子交换色谱基本原理固定相与流动相间离子分配应用领域蛋白质分离、水质分析检测方法电导、UV、质谱联用
离子交换色谱的分离机理离子排斥电荷相同排斥1离子亲和电荷不同吸引2尺寸排阻基于分子大小3疏水相互作用非极性基团间作用