众文网1.离子交换分离技术的论文
离子交换剂是指能与溶液中的离子进行可逆的交换反应的不溶性固体材料，其种类繁多，有天然的或人工合成的、无机的或有机的固体。
现在应用最广泛的是人工合成的有机高分子固体离子交换剂，即离子交换树脂，简称树脂，一般制成粒度为0.35㎜~1.25㎜的珠状颗粒。 离子交换树脂由不溶的三维空间网状骨架（即母体），固定在该骨架上的功能基团和与该功能基团相结合的带相反电荷的可交换离子三部分组成。
在适当的溶液中可交换离子可以迁移出树脂，而外部溶液中带相同电荷的另外的离子迁移入树脂内，即发生了离子交换反应。具有能离解出阳离子作为可交换离子的（如 Na+、H+等），称为阳离子交换树脂，其功能团为酸性；具有能离解出阴离子作为可交换离子的（如Cl- 、OH-等），称为阴离子交换树脂，其功能团为碱性。
以人们较为熟悉的钠型磺酸树脂对天然水进行的软化处理为例来说明离子交换反应： 上式中：R代表树脂母体，- SO3- 为功能基团， Na+为可交换离子， Ca2+或Mg2+为水中待去除的硬度离子。 可见，树脂进行吸附反应的结果（反应向右进行），硬水就变成了软水。
可以想象，随着树脂处理的水量增大至某一数量后，树脂将会失效，即反应不能再进行。为了使较昂贵的树脂基本恢复到原来状态而能重复使用，需用Na+离子浓度较高的溶液（通常为8%NaCl溶液）处理树脂，即可将其吸附上去的Ca2+、Mg2+离子取代下来，即上述反应向左进行。
这就是离子交换技术中必然发生的吸附及解吸两个方向相反的离子交换反应，而且它们均按化学计算量进行的。 为了在使用中达到有效而经济，离子交换树脂还应具有适宜的交换容量、颗粒度、密度、强度及物理化学稳定性等一系列的特性。
二、离子交换法提取铀 现在越来越多开采低品位铀矿石，浸出液中铀浓度相当低，通常每升溶液中铀含量仅在100毫克左右，甚至有的还低得多；但同时含有的杂质及剩余浸出剂的浓度均较高。因此，先用离子交换法从中分离提取并富集铀，然后才能经济地用沉淀法制取合格的铀浓缩物供进一步纯化。
1、离子交换提铀工艺 硫酸浸出液中，较高浓度的杂质阳离子很少与SO42-发生络合反应，而UO22+可与浓度足够高的SO42-形成UO2(SO4)22-和UO2(SO4)3 4-络合阴离子；在碳酸钠浸出液中铀为UO2(CO3)34- 络合阴离子。因此，一般采用强碱性季铵Ⅰ型阴离子交换树脂提取铀，这也是铀水冶工艺中的一大技术突破。
对于吸附了硫酸铀酰络合阴离子的树脂，一般采用总浓度为1摩尔/升的硫酸酸化的硝酸铵或氯化钠或纯硫酸溶液进行解吸，这实际上是分别利用其中高浓度的NO3-或Cl-、或HSO4-离子取代了树脂上的铀络合阴离子。对于吸附了碳酸铀酰络合阴离子的树脂，用加入少量碳酸钠的氯化钠溶液解吸。
硫酸解吸液需经铀的萃取、反萃取后才能沉淀制取高纯铀产品，其余解吸液均可直接从中沉淀铀浓缩物。 在提铀生产中，饱和树脂在解吸前，应该用水洗涤以除去树脂夹带的杂质；解吸完成后还需水洗以洗去并回收解吸剂，并有利于树脂返回吸附。
生产中对吸附、解吸及水洗均有一定的要求。 另外，由于树脂吸附、解吸多次循环，会受浸出液中某些物质污染，从而对树脂的使用性能有一定的不利影响，此为树脂中毒。
一般用某些专用药剂处理时，可将大多数毒物从树脂上除去，树脂的性能得到较好恢复而可继续使用。 2、离子交换提铀装置及其运行方式 离子交换装置应该使树脂与料液之间有良好的接触，以保证离子交换反应的高效率进行。
因铀矿石浸出方法不同或磨细矿石搅拌浸出后固液分离难易不同，浸出后所得的含铀料液按其固体含量可分为：清液（由浑浊液经澄清而得，仅含很少量悬浮固体）、浑浊液（每升中含几百毫克悬浮固体）或矿浆（仅去除了粗矿砂，细泥含量为8%∽30%）。从这些料液中吸附铀时，应选用与其相适应的树脂床层的状态。
（1）密实床：树脂颗粒相互沉积在一起紧密接触，颗粒之间仅有很小的空隙，只允许清液通过，吸附时只能处理清液。该种树脂床的优点是吸附效果好。
相应的设备有固定床（图1）和密实移动床（图2）。 (2)流化床：在一定流速的向上流动的液流作用下，树脂颗粒成为分散的悬浮状态，颗粒间有较大距离，因此它允许浑浊液甚至含少量矿泥的稀矿浆通过。
在铀工业中较多地用于从浑浊液中吸附铀，相应的有结构不完全相同的多种多层流化床吸附塔（图3）。
2.离子交换树脂的原理及应用是什么
原理 离子交换树脂是一种聚合物，带有相应的功能基团。
一般情况下，常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。当水中的钙镁离子含量高时，离子交换树脂可以释放出钠离子，功能基团与钙镁离子结合，这样水中的钙镁离子含量降低，水的硬度下降。
硬水就变为软水，这是软化水设备的工作过程。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。
由于实际工作的需要， 软化水设备的标准工作流程主要包括：工作（有时叫做产水，下同）、反洗、吸盐（再生）、慢冲洗（置换）、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。
任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的（其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程）。反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。
反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要5-15分钟左右。
吸盐（再生）：即将盐水注入树脂罐体的过程，传统设备是采用盐泵将盐水注入，全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入（只要进水有一定的压力即可）。在实际工作过程中，盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好，所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生，这个过程一般需要30分钟左右，实际时间受用盐量的影响。
慢冲洗（置换）：在用盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换，根据实际经验，这个过程中是再生的主要过程，所以很多人将这个过程称作置换。这个过程一般与吸盐的时间相同，即30分钟左右。
快冲洗：为了将残留的盐彻底冲洗干净，要采用与实际工作接近的流速，用原水对树脂进行冲洗，这个过程的最后出水应为达标的软水。一般情况下，快冲洗过程为5-15分钟。
应用1）水处理水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
2）食品工业离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。
离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。3）制药行业制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。
链霉素的开发成功即是突出的例子。近年还在中药提成等方面有所研究。
4）合成化学和石油化学工业在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。
如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。
5）环境保护离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。
如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。6）湿法冶金及其他离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。
其他补充：离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是，随着现代有机合成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。
近年国内外生产的树脂品种达数百种，年产量数十万吨。 在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低（虽然一次投入费用较大）。
以离子交换树脂为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各具独特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。
离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。
离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸（酯），通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活。
3.搞离子交换树脂、吸附树脂、螯合树脂方面研究的大学有哪些
国内一类重点大学都会有一些课题组或实验室在研究离子交换树脂、吸附树脂和螯合树脂的应用研究，但大多数是完成课题或论文后，就不管是否能产业化或市场化的，这也是为什么国内近些年众多行业的产品在新兴市场中，很难取得长足进步的根本原因，无序竞争环境让生产企业失去了活力，为了保证生存难以支撑研发的精力与财力投入。而这么搞应用研究的呢，又大多是为了提升自己的影响力或套取国内的一些专题经费。
国内大学中，离子交换树脂、吸附树脂和螯合树脂的最权威的研发应属天津南开大学。
4.离子交换树脂应用
应用
1）水处理
水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
2）食品工业
离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。
3）制药行业
制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。近年还在中药提成等方面有所研究。
4）合成化学和石油化学工业
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。
甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。
5）环境保护
离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
6）湿法冶金及其他
离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。
5.阴阳离子交换树脂的工作原理
离子交换树脂的工作原理及优缺点分析 将离子性官能基结合在树脂（有机高分子）上的材料，称之为 “离子交换树脂”。
树脂表面带有磺酸 （sulfonic acid） 者，称为阳离子交换树脂，而带有四级氨离子的，则为阴离子交换树脂。由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子，所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中。
（见下图） 离子交换树脂上的官能基虽可去除原水 （Feed water） 中的离子，但随著使用一段时间之后，因官能基的饱和而导致去离子效率的降低，引发水质劣化的缺点。此外，离子交换树脂本身也是有机物质，使用中会受到氧化分解、机械性破裂、担体流出而造成有机物质的溶出。
此外，带有电荷的有机物质也会受到离子交换树脂的吸附，使离子交换树脂很容易受到有机物质的污染 （Fouling）。而有些微生物由於菌体表面带著负电，也会被阳离子交换树脂所吸附，树脂表面因而成为微生物的繁殖场地，造成纯水的污染。
在此同时，微生物所产生的代谢产物也会成为有机物质的污染来源。这些都是使用离子交换树脂时，引发水质劣化而不可不注意的地方。
通常失去离子去除能力（饱和）的离子交换树脂，虽然可以经由酸碱药剂的作用来再生，达到重复使用的目的，但若因为有机物质的吸附（污染）而造成效率不好时，树脂的去除性能就会降低。此外，依再生用化学药剂的品质不同也会有离子交换树脂本身被污染的风险。
因此，超纯水系统所使用的离子交换树脂几乎是不能进行再生处理的。
6.【离子交换树脂的原理
离子交换树脂是由空间网状结构骨架（即母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物.活性基团遇水电离，分成二部分：（1）固定部分，仍与骨架牢固结合，不能自由移动，构成固定离子；（2）活动部分，能在一定空间内自由移动，并与其周围溶液中的其他同性离子进行交换反应，称为可交换离子或反离子.以强酸性阳离子交换树脂为例，可写成R-SO3-H+，其中R代表树脂母体即网状结构部分，-SO3- 代表活性基团的固定离子，H+为活性基团的可交换离子.有时更简单地写成R-H+.离子交换通过不溶性的电解质（树脂）与溶液中的另一种电解质进行化学反应.这一反应可以是中和反应、中性盐分解或复分解反应.譬如中和反应：R-H+ + NaOH= RNa+H2O 利用这个反应可以去除水的碱度.。
7.离子交换树脂的工作原理
离子交换树脂原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程：
离子交换树脂作用环境中的水溶液中，含有的金属阳离子（Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Fe3+等）与阳离子交换树脂（含有的磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，在水中易生成H+离子）上的H+ 进行离子交换，使得溶液中的阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中，（即为阳离子交换树脂原理）。
水溶液中的阴离子（Cl-、HCO3-等）与阴离子交换树脂（含有季胺基[-N(CH3)3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团，在水中易生成OH-离子）上的OH-进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH-交换到水中，（即为阴离子交换树脂原理）。而H+与OH-相结合生成水，从而达到脱盐的目的。
扩展资料：
离子交换树脂使用方法：
1、预选。离子交换树脂的粒度一般控制在20-35目，有些可达到50目，因此在使用前要先干燥，粉碎，过筛，通常干燥时在烘箱中进行，亦可在装有五氧化二磷、氧化钙或者浓硫酸的干燥器中进行，粉碎时不要分得过细，否则影响实验收率。
2、预处理。强碱性离子交换树脂应先用20倍树脂体积的4%氢氧化钠水溶液处理，然后用10倍体积的水洗，再用10倍量4%盐酸处理，最后用蒸馏水洗至中性，然后将氯型转化成OH型，再转化成氯型，最后用10倍4%氢氧化钠水溶液处理。弱碱性离子交换树脂处理时只需用10倍量蒸馏水洗即可，不必洗至中性。
3、装柱。将处理好的树脂至于烧杯中，加水充分搅拌除掉气泡，静置几分钟待树脂大部分沉降后，倾去上层泥状颗粒；反复操作直至上层液澄清后，即可装柱。注意要在柱子底部放1cm后的玻璃丝，用玻璃棒将其压平，将树脂倒入柱子中，还要注意防止气泡产生。
4、树脂交换。将样品配制成一定浓度的水溶液，以适当流速通过柱子，亦可将样品溶液反复通过柱子，直到成分交换完全。用显色法检验成分是否交换彻底。
5、树脂洗脱。注意亲和力弱的成分先被洗下来，常用的离子交换树脂洗脱剂有强酸、强碱、盐类、不同pH缓冲溶液、有机溶液等，可选择梯度洗脱或者单一浓度洗脱。
6、树脂再生。
参考资料来源：津南大化工-离子交换树脂
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