离子交换吸附法

   （一）概述
    离子交换吸附的实质是溶液中的目的组分离子与固体离子交换剂之间的复分解反应，使目的组分选择性地由液相转入固相，然后用相应试剂使目的组分重新转入液相，以使目的组分分离富集。通常将目的组分由液相转入固相的过程称为吸附，由固相转入液相的过程称为淋洗。

    离子交换法的原则流程如图1所示。吸附和淋洗是该工艺两个最基本的作业，通常这二个作业后均有洗涤作业，吸附后的反洗是洗去原液和亲和力小的杂质，淋洗后的冲洗是洗去淋洗剂。冲洗后的树脂有时送去转型，转型后的树脂返回吸附作业。
    目前最常使用的固体离子交换剂是各种类型的离子交换树脂和活性炭。
    离子交换吸附法常用于从稀溶液中提取有用组分、稀土分离、污水净化等。
   （二）离子交换树脂
    离子交换树脂是具有三维多孔网状结构和含有交换基团且不溶不熔的有机高分子化合物，其单元结构由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的交换基团(固定离子)和交换基所带的相反电荷离子(可交换离子)三部分组成。交换基团均匀分布于网状骨架中，骨架中的网眼可允许交换离子自由出入。
    国产离子交换树脂的全名由分类名称、骨架(或基团)名称、基本名称排列组成。离子交换树脂分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂。氧化还原树脂名称由基团名称，骨架名称、分类名称和树脂两字排列组成。
    国产树脂的型号由五位数组成，各数值的意义如图2所示。国产树脂分为七类，骨架也分为七类。

    国产树脂旧型号由三位数组成，统以“7”开头，第二位数表示类型,“0”为弱碱,“1”为强碱,“1”为弱酸,“3”为强酸。第三位数为顺序号。
   （三）活性炭吸附
    吸附法是从稀溶液中提取、分离和富集目的组分的有效方法之一。最常使用的吸附剂为活性炭，它是将固体碳质物质在高温下(600～900℃)炭化,然后在400～900℃下用空气、二氧化碳、水蒸气或其混合气涔活化后的多孔物质，具有极大的比表面积。目前，主要用于提取金、银及废水处理。
    活性炭吸附的原则流程与离子交换法基本相同，但有时可将载金炭灼烧后提金。[next]
   （四）基本参数
    基本参数如下所列：
    (1)全容量：为最大或极限交换容量，其值为单位树脂(重量或体积)所具有的交换基团数目，与交换离子类型和操作条件无关。以树脂重量表示的为重量容量，以树脂体积表示的称为体积容量。单位按分析工作的习惯可用毫摩[尔]/升或毫摩[尔]/克。
    (2)操作容量(工作容量)：指操作条件下吸附平衡时树脂所具有的交换容量，其值一般小于全容量。
    (3)漏穿容量：柱作业时，在一定操作条件下，流出液中被吸离子浓度达某规定值时树脂的实际容量。
    (4)饱和容量：柱作业时，在一定操作条件下，流出液中被吸离子浓度与原液中该离子浓度相同时树脂所具有的交换容量。
    交换容量只限于典型的离子交换过程(如无机离子之间的交换),但树脂还有吸附能力，故交换容量测定值还包括一定数值的吸附量。
    (5)选择性系数：将一定量树脂与含已知浓度的A,B离子的溶液接触，达平衡时液相中两种离子的浓度比与其在树脂相的浓度比的比值。
    (6)浓度分配比(分配系数)：吸附平衡时，被吸离子在树脂相的总浓度与其在液相中的总浓度之比。
    (7)分离因数：在某一操作条件下，被吸离子A,B的分配系数之比，在等电荷的反离子之间交换时，其值与选择性系数相等。
    (8)吸附等温线：在某一操作条件下，恒温时被吸离子在树脂栩中的浓度与其在溶液中的浓度的关系曲线。
   （五）离子交换吸附研究和应用技术
    离子交换吸附试验研究一般包括以下内容：
    (1)根据目的组分的存在形态选择树脂类型。
    (2)用目的溶液筛选树脂。
    (3)研究水相组成的影响：溶液pH值、被吸组分浓度、杂质组分浓度、相反电荷离子浓度等。
    (4)研究树脂特性的影响：骨架、交联度、孔结构、粒度、机械强度及可交换离子类型等。
    (5)操作参数的影响：流速、温度、树脂床的高径比、吸附等温线和吸附动力学曲线等。
    (6)淋洗剂及淋洗参数的影响：淋洗剂组成、单一试剂或混合试剂、浓度、淋洗流速和温度等。
    (7)合格淋洗液的处理。
    (8)吸附一淋洗多次循环试验：树脂转型、中毒树脂的处理等。
   （六）离子交换设备
    离子交换设备大致分类归纳如下：