TEL
+ 86-21-6420 0566
Ионообменники: принципы и применение
1. Определение и основная функция
- Ионообменникиэто материалы (смолы, цеолиты или мембраны), которыевыборочно менять ионымежду раствором и твердой фазой.
- Механизм: Обратимый обмен ионами (например, замена Ca²⁺ на Na⁺ при смягчении воды).
- Основные области применения:
- Удалить нежелательные ионы(например, ионы жесткости, тяжелые металлы).
- Концентрировать ценные ионы(например, извлечение урана).
- Очищать растворыдля промышленного, медицинского или лабораторного использования.
2. Типы ионообменников
| Тип | Примеры | Целевые ионы |
|---|---|---|
| Катионообменники | Сильная кислота (например, сульфированный полистирол), слабая кислота (например, карбоновые смолы) | Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺ |
| Анионообменники | Сильное основание (например, четвертичный аммоний), слабое основание (например, аминофункционализированные смолы) | NO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻, AsO₄³⁻ |
| Хелатирующие смолы | Иминодиуксусная кислота (ИДК), на основе тиомочевины | Тяжелые металлы (Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺) |
| Смешанные смолы | Смеси катионитов и анионитов | Сверхчистая вода (например, для полупроводников) |
| Естественные Обменники | Цеолиты (клиноптилолит), Глинистые минералы | NH₄⁺, Cs⁺, Sr²⁺ (ядерные отходы) |
3. Ключевые механизмы
- Процесс ионного обмена:
- Катионная биржа:2R-SO₃⁻Na⁺+Ca²⁺→(Р-СО₃⁻)2 Ca²⁺+2На⁺
- Анионный обмен:RN⁺(CH₃)₃Cl⁻+НЕТ₃⁻→RN⁺(CH₃)₃NO₃⁻+Cl⁻
- Регенерация:
- Катионитовые смолы, регенерированные с помощью NaClилиHCl; анионные смолы с NaOH.
4. Промышленные и экологические применения
- Умягчение воды:
- Удаляет Ca²⁺/Mg²⁺ с помощью Сильнокислотные катионитные смолы (SAC).
- деминерализация:
- Производит сверхчистую воду дляэлектростанции, фармацевтика(системы смешанного действия).
- Удаление тяжелых металлов:
- Хелатирующие смолыизвлекать Pb²⁺, Cd²⁺ или радиоактивные ионы (например, Cs⁺) из сточных вод.
- Сельское хозяйство:
- Цеолитыулавливают NH₄⁺ в почве, уменьшая сток удобрений.
- Еда и напитки:
- Обесцвечивание сахарных сиропов или удаление излишков минералов в процессе пивоварения.
- Атомная промышленность:
- Изолировать радиоактивные изотопы (например, Sr-90, Cs-137) из сточных вод.
5. Преимущества и ограничения
| Наши преимущества | ограничения |
|---|---|
| Высокая селективность к целевым ионам | Ограниченная емкость (требуется регенерация). |
| Возможность повторного использования путем регенерации | Проблемы утилизации отработанных регенерирующих отходов (например, рассола). |
| Экономически эффективно для крупномасштабного использования | Медленная кинетика в системах с высоким расходом. |
| Экологичные альтернативы (цеолиты) | Загрязнение органикой или взвешенными твердыми частицами. |
Фабрика и отгрузка
