
【化】 fixed-bed ion exchange
【化】 fixed bed; static bed; stationary bed
【化】 ion (ic) exchange
固定床离子交换(Fixed-bed ion exchange)是一种基于离子交换树脂的连续分离技术,其核心原理是通过固体树脂床层中的功能基团与溶液中的目标离子发生可逆交换反应。该技术广泛应用于水处理、金属回收及化工分离等领域,其设备通常由填充树脂的柱状容器构成,溶液自上而下流经树脂床层,完成离子吸附与脱附过程。
从汉英对照角度解析:
结构特征
固定床(Fixed-bed)指树脂以静态填充形式固定于交换柱内,区别于流动床或移动床设计。离子交换树脂(Ion exchange resin)多为多孔聚合物颗粒,表面含有磺酸基或季铵基等活性基团。
工作机理
遵循质量作用定律,树脂对溶液中不同离子的选择性吸附强度由离子价态、水合半径及浓度决定。例如在处理硬水时,钙离子(Ca²⁺)会优先置换树脂上的钠离子(Na⁺),反应式可表示为:
$$ 2text{R-SO}_3text{Na} + text{Ca}^{2+} leftrightarrow (text{R-SO}_3)_2text{Ca} + 2text{Na}^+ $$
工业应用
在核工业中用于铀提取(参考《核燃料循环化学》第4章),电子行业超纯水制备需串联多级固定床装置(半导体工艺用水标准ANSI/ISA-12.10.03)。食品工业的糖液脱盐则采用耐高温树脂(《食品分离技术》2018版)。
固定床离子交换是一种水处理或溶液净化技术,其核心是通过固定不动的离子交换树脂床层实现溶液中离子的选择性吸附与置换。以下是综合多个来源的详细解释:
固定床指离子交换树脂在容器内保持静止状态,通过周期性操作(交换、反洗、再生、清洗)完成离子交换过程。其特点是树脂装填量大,操作简单可靠,但无法连续运行。
阳离子交换
氢型树脂(R-H)吸附溶液中的金属阳离子(如Ca²⁺、Fe³⁺),释放H⁺:
$$text{R-H + Na}^+ rightleftharpoons text{R-Na + H}^+$$
再生时用强酸(如HCl)置换金属离子,恢复树脂活性。
阴离子交换
氢氧型树脂(R-OH)吸附阴离子(如Cl⁻、SO₄²⁻),释放OH⁻:
$$text{R-OH + Cl}^- rightleftharpoons text{R-Cl + OH}^-$$
再生时用强碱(如NaOH)恢复树脂功能。
类型 | 流向特点 | 优势 |
---|---|---|
顺流再生 | 再生液与原水流向相同 | 操作简单 |
逆流再生 | 再生液与原水流向相反 | 再生效率高、耗酸少 |
主要用于水软化、纯水制备、废水处理(如重金属回收)。在工业中可处理含金属离子或特定阴离子的溶液。
关键限制:树脂需周期性再生,处理量受床层高度限制,不适合大规模连续生产。
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