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離子交換樹脂
離子交換樹脂是一類帶有活性基團的網狀結構高分子化合物,在其分子結構中,一部分爲樹脂的基體骨架,另一部分爲由固定離子和可交換離子組成的活性基團。
可通過選擇、交換、吸附和催化的反應,去除干擾組分、富集微量組分,來實現淨化水、脫鹽、脫色、分離、精製等目的。
目前離子交換樹脂廣泛應用在水處理、化工、冶金、食品、製革、超純製藥等衆多領域。
水處理
水處理行業是離子交換樹脂應用較早的領域之一,並且對於離子交換樹脂的需求量很大約佔離子交換樹脂生產量的90%。
在給水處理中,離子交換樹脂可用於水質軟化和脫鹽、製取軟化水、純水和超純水。
例如日常生活中常見的中央軟水機,就是利用離子交換樹脂,以離子交換的方式去除水中Ca2+、Mg2+等硬度離子,軟化硬水;常規工業用水中,鍋爐用水的軟化是採用特定的陽離子樹脂交換,使用鈉離子將水質中的鈣鎂離子置換出來,從而達到軟水處理的目的;洗碗機加鹽也是同樣的道理。
在廢水處理中,主要利用離子交換樹脂中的可交換離子和廢水中的重金屬離子發生交換反應,降低廢水中的重金屬濃度,從而來實現可深度淨化。
陽離子交換樹脂在廢水處理中有着處理效率高,能實現多金屬回收利用的優點。
尤其在鎳離子及絡合態鎳(檸檬酸、醋酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸、羥基乙酸等,以及鋅鎳合金、鎳銨絡合物等)的處理方面有強的結合作用和應用優勢,適合在酸性環境(pH值3左右)下直接對鎳吸附。
化工行業
離子交換樹脂除了用作離子交換劑之外,還可以用作催化劑,它不僅有優良的催化作用,在某種場合下還表現出獨特的催化效能。
在有機合成中常用酸和鹼做催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。離子交換樹脂與無機酸、鹼比較,催化劑同反應物容易分離、再生及多次利用,反應完成後,體系不必中和,產物往往無需進一步純化,並且腐蝕作用小,選擇性高,副產物少,因此能夠更大程度地簡化工序,減少設備費用和生產成本,實現連續工藝,從而提高產品質量和產量的同時,減少甚至是避免對環境產生污染。
甲基叔丁基醚(MTBE)的製取,就是用大板孔離子交換樹脂作催化劑,由異丁烯與乙醇反應而成,替代了原來的可對環境造成污染的四乙基鉛。
特別適用於用氫離子做催化劑的有機化學反應中,代替H2SO4或者HCl等礦物質酸,由於其大孔的特性,能夠使大量的催化劑位點參與到催化反應中去。
食品行業
在食品行業中,離子交換樹脂除製取專用給水、處理廢水外,還可應用於糖、味精、酒、飲料等的去鹽、脫色、分離、提純、催化等方面。
糖在生產製造過程中需要脫色處理,然而糖液的色素種類很多,結構也較爲複雜,其中多以有機陰離子或兩性離子存在,用大孔氯型強鹼陰離子樹脂可有效脫色,也可用+H型強酸陽性離子樹脂,或者是陰離子樹脂配合使用。
例如Tulsimer ®A-722製糖脫色樹脂就是一款具有便於顏色和有機物去除的控制孔徑的,專門開發的大孔強鹼性Ⅰ型陰離子交換樹脂;Tulsimer ® A-30 MP 丙烯酸大孔強鹼性陰離子交換樹脂Ⅰ型,由於其本身的無裂紋性質而具有優良的物理特性,使用壽命長,交換能力強,沖洗要求低,再生效率高,並且很容易用鹼性鹽溶液再生。
使用離子交換樹脂脫色不但效果好、耗水少,而且操作簡單,易於自動化。
另外果糖漿的製造是由苞米中萃取出澱粉後,再經水解反應,產生果糖與葡萄糖,然後經離子交換法處理,可以轉化成果糖漿。
醫藥領域
在生物製藥領域,由於離子交換樹脂的吸附效果好,且有一定的選擇性,所以可以將液體中的離子吸附,釋放出對人體無害的離子,達到淨化液體的目的。
離子交換樹脂可廣泛應用於藥物的精製純化,藥物的脫鹽、吸附分離、脫色、提取中草藥的有效成分等。
在藥物精製純化方面,將藥液中的一些成分,轉化爲離子的形式,然後用樹脂與其進行交換,將液體中低濃度的成分經過吸附,達到純化精製的目的。
除此之外,離子交換樹脂還可用於藥物的脫鹽、吸附分離、脫色、提取中草藥的有效成分,隨着科學技術的進步和發展,逐步用於緩控釋給藥系統和靶向給藥系統。