离子交换（IX）

通过交换离子来分离可溶物质

尽管通过过滤可以通过过滤与液体培养基分离，可溶物质需要不同的方法。离子交换是具有可溶性电离物质和固体（离子交换材料，例如阳离子树脂）的固体溶液之间的离子的可逆交换，其中固体结构没有永久性变化。

从根本上讲，离子交换过程是这样的:溶液通过或经过含有可移动或可交换离子的离子交换树脂。对树脂有较强亲和力的溶质离子从溶液中被去除，并被树脂上的可交换离子所取代。在水处理中，离子交换通常在软化应用中去除硬度，在脱矿中去除所有溶解的离子。离子交换也用于去除饮用水中的硝酸盐、铬酸盐、砷和其他特定污染物。

离子交换过程可以在连续或间歇模式下进行，大多数水处理IX过程在连续模式下运行。连续的离子交换过程发生在含有离子交换树脂珠的深床的柱或容器中;水通常向下流过树脂层。当树脂容量耗尽时，再进行再生。

结构和特征

市场上大约85%的离子交换树脂是由聚苯乙烯基体组成的。另外10%是丙烯酸，由聚丙烯酸酯基体组成，剩下的5%是由特殊聚合物基体组成，如酚醛。

常规的离子交换树脂具有固定的交联聚合物基质，其在整个结构中具有相对均匀的移动离子活性位点的分布。基质中的不同程度的交联确定了离子交换树脂的性能和“紧密性”，因为它影响树脂的性质，例如强度。

离子交换树脂具有凝胶基质或微孔基质，并以颗粒或球形（珠子）形式制备;大多数离子交换树脂是球形的。

离子交换树脂的关键化学特性包括：

• 容量：可用于离子交换（总容量）的网站数量或用IX树脂在规定的条件集（操作能力）下在柱中操作时获得的有用性能的量度。
• 溶胀:固定离子基团的水化，随着树脂聚合物网络容量的增加而增加。
• 选择性：树脂对离子的亲和力;选择性由离子的电荷和离子水合形式的尺寸决定。
• 动力学:离子交换的速度。
• 稳定性：朝向或降解率的趋势。

阳离子，阴离子，螯合和吸附剂

离子交换树脂由它们所属的官能团鉴定。树脂通常被归类为：

• 阳离子交换树脂
  • 强酸（囊）：以其交换阳离子或分裂中性盐的能力为特征;它们在整个pH范围内都很有用。
  • 弱酸（WAC）：对氢离子具有高亲和力，因此容易用强酸再生;它们对碱土碱性的碱土金属表现出高容量，以及对碱金属的更有限的容量。
• 阴离子交换树脂
  • 强基地（SBA）
    • 类型1:对水脱矿过程中常见的弱酸如硅酸和碳酸具有最大亲和力的最强碱性官能团;树脂再生为氢氧化物的效率略低于型2。
    • 2型：碱性比1型树脂的碱度较低，但它足以去除大多数应用中的弱酸;化学稳定性与1型树脂的化学品稳定性不同样良好，这对高温应用有利;2型树脂的再生效率显着大于1型的。
  • 弱碱（WBA）：含有叔胺官能团，其作为酸吸附器;能够用高容量吸附强酸，并用苛性碱易于再生;当通过提供整体高操作能力和再生效率时结合强基极阴离子时特别有效。
• 特殊化学基团，例如螯合冶金工业的树脂，特别适用于来自碱土和碱金属溶液的各种重金属的选择性交换。
• 吸附剂:在许多工业中用于去除有机化合物，如生物加工和污水处理等应用。