离子交换（IX）

通过互换离子分离可溶物质

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。

从根本上说，离子交换过程是这样的：溶液通过或过于离子交换树脂，含有移动或可交换离子。从溶液中除去对树脂具有更强的亲和力的溶质离子，并被树脂上的可交换离子取代。在水处理中，离子交换通常在软化应用中除去硬度和脱矿质中的所有溶解离子。离子交换也用于从饮用水中除去硝酸盐，铬酸盐，砷和其他特异性污染物。

离子交换过程可以以连续的或批量模式进行，大多数水处理IX过程以连续模式运行。连续离子交换过程在含有深层离子交换树脂珠粒的柱或容器中进行;水通常通过树脂床流动。当树脂容量耗尽时，再生树脂。

结构和特征

市场中大约85％的离子交换树脂由聚苯乙烯基质组成。另外10％是丙烯酸和由聚丙烯酸酯基质组成，其余5％由特种聚合物基质组成，例如酚醛醛。

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。
• 膨胀：固定离子基团的水合，其随着树脂聚合物网络施加的限制的增加而增加。
• 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）
    • 1型：最强烈的基本功能组可用于弱酸，如硅酸和碳酸等硅酸和碳酸通常在水脱矿质过程中存在;树脂对氢氧化物形式的再生效率略低于2型。
    • 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：用于许多行业的有机化合物去除，如生物加工和污水处理等应用。