離子交換材料

離子交換材料是一種天然或人造的能夠從溶液或礦漿中提取離子的有機或無機固體材料。這些材料具有離子吸附、解吸、進行離子交換的功能，有H+，Na+，K+這些陽離子進行交換的材料，有OH-，Cl-，SO₄^2-這些陰離子進行交換的材料。如果這些具有離子交換功能的基團和樹脂結合，就稱作離子交換樹脂或簡單地稱作陽樹脂、陰樹脂。對它們按指定性質建立交換樹脂型號，品種最全。可從溶液中提取元素周期表中各種元素。具有進行離子交換功能的材料，除離子交換樹脂外，還有無機離子交換吸收劑、碳基離子交換吸收劑和離子交換膜等。

基本介紹

• 中文名：離子交換材料
• 外文名：Ion exchange material
• 屬於：有機或無機固體材料
• 功能：具有離子吸附、解吸、離子交換
• 陽離子：H+，Na+，K+等
• 陰離子：OH-，Cl-等

規格要求

材料的化學結構，一般為大分子型，必須在其分子中含有一個或數個酸基團或鹼基團。為了說明交換現象，這類基團的存在可把陽離子交換劑比作形式為H-R的酸，而陰離子交換劑比作形式為R-OH的鹼。酸或鹼的強度取決於分子核的本質和與之聯結的基團，如HCO₂、HSO₃、 NH₃OH等。僅有一種基團的交換材料是單功能的， 例如HCO₂或HSO₃，如果分子中同時含有幾種性質不同的基團則是多功能的，從而也就具有不同的離子強度，產品在正常使用條件下必須不溶解。在實踐中，當前常用的交換材料均能滿足這一要求，而且如不考慮初始階段，在正常流量和溫度條件下用普通分析方法觀察不出它們在周圍介質溫度中的真溶解度。對某些交換材料來說，一旦達到某一溫度，這一點就不再真實了。產品必須呈最大均勻性的顆粒形狀，而且其粒度必須能使透過的水頭損失在容許的範圍之內。交換物質狀態改變時必須不致引起其物理結構的任何變形。交換材料可能需要用來固著大小和重量差異很大的離子或高解復體。在有些情況中這樣會導致明顯的膨脹或收縮。顯然這種脹縮不得造成顆粒破裂。裝置的設計必須能在最困難的情況下允許這種膨脹而不在床內引起過度應力。

使用限制

使用離子交換劑時永遠不應忘記這樣一些經常被忽視的限制：離子交換劑只有在有限濃度的液相中才起作用，並非萬能的。離子交換劑是用以固著離子的， 而非為了濾除懸浮、膠體或乳化物質。後面這些物質只能縮短交換劑本身的壽命。溶解有機物質的複雜問題必須留待更細緻的研究去解決。水中存在大量溶解氣體會嚴重干擾交換劑的活性。強氧化劑Cl₂和O₃對某些樹脂有害。一般說來， 在把實驗室的結果用於生產規模時以及在閱讀離子交換劑製造廠所提供的檔案時均應十分慎重。設計和使用裝置的規程和對交換物質本身的理論性能的知識是同樣重要的。

離子交換術語

(1)離子交換材料的交換容量，指交換材料每單位體積(或在特種情況下每單位質量)能固者的離子重量。交換容量用每升密實的樹脂交換的克當量數表示或用每單位體積交換的度數表示克當量和度的換算數在各國是不同的。

( 2 )總容量，指能夠交換的最大重量，這是給定樹脂的特性。

( 3 )有效容量，指上述容量中的可用部分，取決於具體套用的水力和化學條件。

( 4 )床容量，指每小時處理液的體積與樹脂體積之比。

(5)離子流量，為床容量乘以水的含鹽量(每小時每升樹脂處理的亳克當量數)之積。

( 6 )再生率，指再生單位體積交換材料所用的再生劑重量。

( 7 )再生效率，再生劑的克當量用量按化學計量相應於換出離子的再生劑。

( 8 )泄漏率，指液體中應固著的離子處理後濃度與處理前依度之比(以%表示)。

( 9 )磨耗，指顆粒在使用過程中的機械磨損。

離子交換劑的主要類型

有兩大類離子交換劑：陽離子交換劑，其分子含有形式為HSO₃或HCO₂的磺酸或羧酸的酸性基團，能固著無機或有機陽離子並能相互交換或與氫離子H⁺交換；陰離子交換劑，含有鹼基團，例如叔胺或季銨官能團，能固著無機或有機陰離子，並能相互交換或與羥離子OH-交換。