词条 | 离子交换 |
释义 | lizi jiaohuan 离子交换(卷名:化工) ion exchange 借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的,是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换是可逆的等当量交换反应。早在1850年就发现了土壤吸收铵盐时的离子交换现象,但离子交换作为一种现代分离手段,是在20世纪40年代人工合成了离子交换树脂以后的事。离子交换操作的过程和设备,与吸附基本相同,但离子交换的选择性较高,更适用于高纯度的分离和净化。 目前,离子交换主要用于水处理(软化和纯化);溶液(如糖液)的精制和脱色;从矿物浸出液中提取铀和稀有金属;从发酵液中提取抗生素以及从工业废水中回收贵金属等。 离子交换平衡 有两种理论可用于研究交换过程的选择性: ① 多相化学反应理论 假定离子A1与A2之间有如下的交换反应: ![]() ![]() ②膜平衡理论 认为树脂表面相当于半透膜, 所交换的离子能自由通过;而连接在树脂骨架上的离子不能通过。按照F.G.唐南膜平衡原理,可得出格雷戈尔公式: ![]() 离子交换动力学 离子交换是一种液固相反应过程,必然涉及物质在液相和固相中的扩散过程。在常温下,交换反应的速度很快,不是控制因素。如果进行交换的离子在液相中的扩散速度较慢,称为外扩散控制,如果在固相中的扩散较慢,则称为内扩散控制。 早期的研究系从斐克定律(见分子扩散)出发,所导出的速率方程式只适用于同位素离子的交换。实际上,离子交换过程至少有两种离子反向扩散。如果它们的扩散速率不等,就会产生电场,此电场必对离子的扩散产生影响。考虑到此电场的影响,F.G.赫尔弗里希导出相应的速率方程为: ![]() 设备 主要类型有:①搅拌槽(见传质设备),适用于处理粘稠液体。当单级交换达不到要求时,可用多级组成级联。②固定床离子交换器,也称离子交换柱,是用于离子交换的固定床传质设备,应用最广。③移动床离子交换器,是用于离子交换的移动床传质设备,由于技术上的困难尚未得到工业应用。 参考书目 F.C.纳考德、J.修伯特主编,钱庭宝等译:《离子交换技术》,科学出版社,北京,1960。(F.C.Nachod and J.Schubert, Ion Exchange Technology,Academic Press,New York,1956.) 小坂勇次郎、清水博编,李基森等编译:《离子交换膜及其应用》,科学出版社,北京,1977。(小坂勇次郎、清水博編:《ィオン交换膜》,共立出版株式会社,東京,1963。) |
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