离子交换和吸附
第4章 离子交换和吸附分离
—SO3H：磺酸基，代表树脂的活性基团(—SO3- )； R-SO3H又称为H+型阳离子交换树脂，可用符号RH 表示。如果活性基团上的H+被其它阳离子如Na+、 NH4+等取代，就称为Na+型、 NH4+型阳离子交换树脂， 或称盐型。可用符号RNa 、RNH4表示。
• 在流出曲线的左侧和C/C。
＝1的水平线内所包括的面
积即相当于全交换容量。
通过a点的垂直点线的左侧
所包括的面积S1，相当于 工作交换容量；
图4-2 离子交换流出曲线 (V-流出液体积;C-流出液中金属离子浓度;
C0-料液中金属离子浓度,a-穿透点)
全交换容量与工作交换窖量
• 全交换容量即树脂上吸附的离子达到饱和时的 吸附量。一般是3-5mgeq／g干树脂。
线状高分子化合物，它起连接树脂的 功能团的作用。 交联剂部分：骨架，决定树脂性能，通常为二乙烯 苯，它将高分子部分交联起来，使之 具有三度空间的网状结构。 功能团： 固定在树脂上的活性离子基团，决定树 脂 的性质和交换能力。
离子交换树脂可分为以下二大类型：
⑴阳离子交换树脂：树脂的功能团可电离出阳离子， 并可被溶液中的阳离子交换。
如果将骨架表示为R（带有固定离子），则阳离子 （氢离子）交换反应以下式表示：
2RH + Ca2+ R2Ca + 2H+
⑵阴离子交换树脂：树脂的功能团可电离出阴离子， 并可被溶液中的阴离子交换。
在阴离子为氯离子时的交换反应表示为：
_
2RCl + SO42 R2SO4 + 2Cl
离子交换吸附顺序
离子交换吸附顺序离子交换吸附是指通过离子交换作用，将溶液中的离子与固体表面上的离子进行交换，从而使溶液中的离子被吸附在固体表面上。
离子交换吸附顺序主要分为阳离子交换和阴离子交换两种。
一、阳离子交换吸附顺序：1. 钠离子交换：钠离子交换是最常见的阳离子交换吸附顺序之一。
它通常是通过将固体表面上的钠离子与溶液中的其他阳离子进行交换，从而实现离子的吸附。
钠离子交换广泛应用于水处理、污水处理、制药工业等领域。
2. 钙离子交换：钙离子交换是指将溶液中的钙离子与固体表面上的其他离子进行交换。
钙离子交换在水处理、海水淡化、染料工业等领域有着重要的应用。
3. 镁离子交换：镁离子交换是指将溶液中的镁离子与固体表面上的其他离子进行交换。
镁离子交换在水处理、制药工业、冶金工业等领域有着广泛的应用。
二、阴离子交换吸附顺序：1. 氯离子交换：氯离子交换是最常见的阴离子交换吸附顺序之一。
它通常是通过将固体表面上的氯离子与溶液中的其他阴离子进行交换，从而实现离子的吸附。
氯离子交换在水处理、环境保护等领域有着重要的应用。
2. 硝酸盐离子交换：硝酸盐离子交换是指将溶液中的硝酸盐离子与固体表面上的其他离子进行交换。
硝酸盐离子交换在水处理、冶金工业等领域有着广泛的应用。
3. 磷酸盐离子交换：磷酸盐离子交换是指将溶液中的磷酸盐离子与固体表面上的其他离子进行交换。
磷酸盐离子交换在水处理、农业、食品工业等领域有着重要的应用。
离子交换吸附顺序的选择通常取决于溶液中的离子组成以及需要去除或富集的离子。
不同的离子交换材料具有不同的选择性，可以实现对特定离子的高效吸附。
离子交换吸附技术在环境治理、水处理、化学工业等领域发挥着重要的作用，为我们提供了清洁的水源和优质的产品。
第七章吸附与离子交换_图文
活性炭对物质的吸附规律
活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有 机溶剂中的吸附能力。 针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律： ①对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合
物； ②对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物； ③对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的
化合物； ④pH 值的影响 ；
7-3
7.2吸附过程的理论基础
7.2.1吸附原理
固体的分类：多孔和非多孔性 比表面的组成：多孔性固体的比表面是由“外表
面”和“内表面”所组成。表面积大并 且有较高的吸附势。 表面力的产生和吸附力的关系：见图7-4 界面分子的力场是不饱和的，能从外界吸附分 子、原子、或离子，形成多分子层或单分子层。 吸附过程中的几个名词： ⑴吸附作用 ⑵吸附剂 ⑶吸附物（质）
7.1概述
7.1.1什么叫吸附
吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸 附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。
吸附过程通常包括： 待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表
面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
001×7－交联度为7%的苯乙烯 系凝胶型强酸性阳离子交换树脂
骨架代号 Ｄ315：大孔型丙烯酸弱碱
分类代号
性阴离子交换树脂
大孔型代号
大孔型
代号 0 1 2 3 4 5 6
离子交换树脂命名法代号表
分类名称
骨架名称
强酸性
苯乙烯系
弱酸性
丙烯酸系
强碱性
酚醛系
弱碱性
环氧系
螯合性
乙烯吡啶系
吸附法的分类
吸附法的分类
吸附法主要可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三类。
1. 物理吸附：基于吸附剂与溶质之间的分子间作用力即范德华力。
溶质在吸附剂上吸附与否或吸附量的多少主要取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶剂的极性。
一般物理吸附发生在吸附剂的整个自由表面，被吸附的溶质可通过改变温度、PH和盐浓度等物理条件脱附。
2. 化学吸附：会释放大量的热，吸附热高于物理吸附。
化学吸附一般为单分子层吸附，吸附稳定，不易脱附，故洗脱化学吸附质一般需采用破坏化学结合的化学试剂为洗脱剂。
化学吸附具有高选择性。
3. 离子交换吸附：所用吸附剂为离子交换剂。
离子交换剂表面含有离子基团或可离子化基团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。
离子交换的吸附质可以通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
第13吸附与离子交换
2.2 吸附类型
2.2.1物理吸附
（1）作用力：吸附剂与吸附质间的范德华力（定向力、诱 导力、色散力）或氢键。如：硅胶薄层层析分离叶绿素
（2）吸附力大小：吸附质能否被吸附及吸附量多少 a. 溶质与吸附剂极性的相似性 b. 溶剂极性与溶质极性的相似性
（3）特点：
a.吸附发生在吸附剂整个表面－无选择性
b.减少了凝胶树脂在离子交换过程中的“有机 污染”现象（大分子不易洗脱）；
c.可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树脂的 比表面积，以适应不同的分离要求。
d.常用的致孔剂有：良溶剂（能与单体互溶的） 甲苯、四氯化碳；不良溶剂 长链醇（碳4-10） 煤油；高分子聚合物 聚苯乙烯、聚丙烯酸酯
1.3.3其它离子交换树脂类型
1.3.2新型离子交换树脂
大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相 同的骨架结构，在大孔吸附剂合成后（加 入致孔剂），再引入化学功能基团，便可 得到大孔离子交换树脂
大孔离子交换树脂的优点
a.通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了普通 凝胶树脂由于溶胀现象，产生的“暂时孔”现 象，从而强化了离子交换的功能；
强酸性阳离子交换树脂：
a.活性基团是-SO3H（磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基） b.pH1－14使用，选择性差
弱酸性阳离子交换树脂：
a.活性基团有-COOH, -OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团； b. pH大于7，选择性好
（2）阴离子交换树脂（含碱性基团）。 强碱性阴离子交换树脂： a活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基-ß-羟基
（若需解吸，必须加破坏化学键的有机试剂。）
2.2.3交换吸附
（1）原理：离子交换剂通过静电引力吸附溶液中 带相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。
离子交换与吸附
中南大学 稀有金属冶金研究所
第（1）与（7）步骤为对流扩散，其速率在10－2m/S数量级， 而（ 4 ）为化学反应，其速率通常大于 10－ 2m/S, 因此都不可 能成为速度的控制步骤。（ 2 ）与（ 6 ）步骤称为膜扩散， （3）与（5）步骤为粒扩散，其速率都在10－5m/S数量级， 因此往往成为速度的控制步骤。
离子交换原理
中南大学 稀有金属冶金研究所
– 离子交换过程是被分离组分在水溶液与固体离子交 换剂之间发生的一种化学计量分配过程。
mRn B nAm nRm A mBn
– 吸附主要是通过离子交换剂上的固定基团与反离子 间的静电引力,同时也可能存在其它化学键合。
– 与萃取类比：
• 酸性络合萃取（阳离子交换） • 离子缔合萃取（阴离子交换）
中南大学 稀有金属冶金研究所
电解质溶液浓度与非交换吸入量关系
电解质溶液浓度 （元电荷物质浓度, mol/L）
0.01 0.1 0.32 1.0 3.2
非交换吸入量（Y／Q）％
0.01 ～1 ～8 ～50 ～250
离子交换动力学
• 从动力学角度上说，离子交换过程的实质是 – 水相与树脂相之间的传质过程
对离子交换设备的基本要求是：
（1）树脂与溶液应接触良好; （2）树脂在柱内停留时间要长，溶液在柱内停留时间在保证吸附率前提 下应尽量短; （3）树脂相与溶液相容易分离; （4）尽量减少或避免树脂的磨损与破碎。
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• 固定床
– 固定床是工程上使用最为普遍的一类离子交换设备 – 优点
道南势EDon:
当RA型阳树脂与强电解质AY的稀溶液接触时，树脂相中阳离子A ＋的浓度远远大于稀溶液中A＋的浓度，故少量A＋从树脂相进入溶 液相，而溶液中的极少量Y－进入树脂相，致使树脂相带负电荷， 溶液相带正电荷，从而在两相间形式一个电势差，称之为道南势 EDon。 显然道南势一建立，静电作用将阻止A＋继续进一步离开树脂相， 排斥Y－进入树脂相，直到浓度差所产生的作用与道南势的作用相 抵消即达到平衡为止。离子交换树脂对电解质的这种排斥作用， 通常称为道南排斥。所以一般情况下，稀溶液中可忽略中性分子 进入树脂相。
吸附和离子交换
吸附和离子交换吸附（Adsorption）：是指溶质从液相或气相转移到固相的现象。
固相—吸附剂（Adsorbent）：一般为多孔颗粒。
按吸附作用力的不同将吸附分为三个类型：物理吸附：依靠吸附剂表面与溶质间的范德华力化学吸附：吸附剂表面活性点与溶质间发生化学结合、产生电子转移现象离子交换：吸附剂表面含有离子或可离子化的基团通过静电力吸附带有相反电荷的离子吸附剂：主要指以物理吸附为主的固体吸附材料。
吸附原理：主要依靠吸附剂与待分离物质间的分子间引力，即范德华力。
特点：（1）选择性差（2）吸附和解吸速度快吸附本质：U范德华=U定向+U诱导+U色散定向力：由于极性分子的永久偶极矩产生的分子间的静电引力；诱导力：极性分子与非极性分子之间的吸引力，极性分子产生的电场会诱导非极性分子极化，产生诱导偶极矩。
色散力：指非极性分子间的引力◎离子交换剂原理：吸附剂表面由极性分子或离子组成，能够吸附溶液中带相反电荷的离子形成双电层，同时在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，同时要放出相应摩尔数的离子于溶液中。
溶质的电荷是交换吸附的决定因素，所带电荷越多，在吸附剂表面相反电荷点上的吸附力越强。
离子交换法是利用带电的被分离物质与离子交换填料上的离子交换能力的不同而进行分离的方法。
离子交换剂离子交换层析材料离子交换树脂离子交换剂的组成：三部分●惰性的不溶性的高分子固定骨架，也称载体；●与载体以共价键连接的不能移动的活性基团，也称功能基团；●与功能基团以离子键连接的可移动的活性离子，也称平衡离子。
◎离子交换剂的载体及其特点1、离子交换树脂载体：苯乙烯-二乙烯苯型最常用丙烯酸-二乙烯基苯酚醛树脂多乙烯多胺-环氧氯丙烷树脂特点：（1）强度好，流速较高（2）较高的离子交换当量（3）耐强酸、强碱（4）抗污染能力强适用范围：（1）中小生物物质的纯化：氨基酸、抗生素、部分中药有效成分等；（2）除盐、除重金属离子（如去离子水）、去色素等。
吸附与离子交换
吸附平衡：当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内吸附的数量等于解 吸数量时，则吸附质在液相中和吸附剂表面上的浓度都不再改变，此时称为达到 吸附平衡。
吸附容量(adsorptivecapacity)：单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量， 一般用 q 表示，单位 mg/g 或 g/g。
过程：待分离的料液进入吸附剂；②吸附质被吸附在吸附剂表面；料液流出； 吸附质吸附剂再生
②的过程：吸附质从流体主题通过分子对流扩散穿过薄膜或边界层传递到吸 附剂的外表面，称之为外扩过程；吸附质通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微 孔结构的内表面，称之为内扩散过程；吸附质沿孔的表面进行扩散，被吸附在孔 的表面上。
6) 吸附牢固，解吸困难 1.2.2.3 离子交换吸附的特点
1) 指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置 换出原先固定在这些带电点上的其他离子。
2) 吸附力为静电引力 3) 有一定的选择性 4) 吸附热与物理吸附相近
1.2.3 吸附法的优缺点
优点： 1) 有机溶剂掺入少 2) 操作简便，安全，设备简单 3) pH 变化小，适于稳定性差的物质
1.3.2 吸附的工艺和设备
1.3.2.1 间歇吸附 1) 将料液和吸附剂放在容器内搅拌，平衡后排出吸余液 2) 槽式吸附操作适用于外扩散控制的吸附传质过程。 3) 使用搅拌使溶液呈湍流状态，颗粒外表面的膜阻力较少。
1.3.2.2 连续式 固定床 吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中 形式：是最普通和最重要的形式，用于大型生产过程。 设备、操作：固定床就是一根简单的、充满吸附剂颗粒的竖立管子，含目标
吸附与离子交换
吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温 有利于脱附.
吸附工艺和设备
间歇式
操 作 方 式
连续式
将料液和吸附剂放在容器内搅拌，平衡后排 出吸余液
固定床 移动床
吸附剂固定填放在吸附柱(或 塔)中
在操作过程中定期地将接近饱 和的一部分吸附剂从吸附柱中 排出，并同时将等量的新鲜吸 附剂加入柱中
流化床
吸附与离子交换
概述
吸附（定义）
一种物质从一相转移到另外一相的现象称为吸附 物质从流体相浓缩到固体表面
固—液界面上的吸附： 吸附剂：具有吸附能力的固体物质。 吸附质：被吸附的物质。
典型பைடு நூலகம்吸附过程包括四个步骤：
待分离的料液 通入吸附剂
吸附质被吸附 在吸附剂表面
吸附质解吸 吸附剂再生
料液流出
吸附: 典型的表面现象
吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态， 悬浮于由下而上的水流中
吸附工艺
一、间歇吸附
吸附过程计算
Y0
W
W (Y0 Y1) L(X1 X0)
X0 Y1
A
Y0
－L / W
Y1
B
Y
X1
X0 X1
X 图 13－ 3 单 级 吸 附 操 作 流 程
W—溶液中溶剂的质量，kg L—吸附剂的质量，kg;
吸附工艺
大孔吸附树脂
极性大孔吸附树脂 (硫氧基、酰胺、N-O基、磺酸基)
酰胺基团 硫氧基团 N-O基团
大孔吸附树脂
吸附性原理
树脂本身具有吸附性 吸附力是范德华力或氢键作用的结果
筛选性原理
树脂为多孔性结构，具有分子筛的作用
有机化合物根据吸附力的不同及分子量的 大小，在树脂的吸附机理和筛分原理作用 下实现分离。
离子交换吸附和层析设备
第一节 离子互换过程原理与设备
• 离子互换法是应用合成旳离子互换剂作为吸附剂，将溶液 中旳物质，依托库仑力吸附在互换剂上，然后用合适旳洗 脱剂将吸附物质从互换剂上洗脱下来，到达分离、浓缩、 提纯旳目旳。
• 生物工业中最常用旳互换剂为离子互换树脂。
• 离子互换树脂是能在水溶液中互换离子旳固体，其分子能 够提成三个部分：－部分是交联旳具有三维空间立体构造 旳网络骨架，一般不溶于酸、碱和有机溶媒，化学稳定性 良好；一部分是联结在骨架上旳功能基（活性基）；一部 分是活性基所带旳相反电荷旳离子，称为可互换离子。惰 性不溶旳网络骨架和活性基联成一体，不能自由移动。活 性离子则能够在网络骨架和溶液间自由迁移。
阴极室
阳极室
阳膜
H2 NaOH
Cl2 Na+ Cl
图10-17 离子交换膜用于食盐电解
阳膜 H2
阴膜 Cl2
NaOH
Na+ Cl
图10-18 三槽电渗析
+
1 2
H2O
H+
+
1 4
O2+e
Cl-
1 2
Cl2+e
浓缩水 -
淡化水
1 Cl2 3
5
3
5
3
5 H2
2
4
6
4
6
4
6
OHH2O-++21eH2
Na+H2O+e
2．固定床离子互换设备
再生剂 升液器
流量计 计量槽
料液
蒸气 NaOH
处理液 碱计量槽
空气
处理液 HCL
(A) 单床
酸计量槽 (B)混合床
第七章 吸附与离子交换
离子交换剂
阳离子交换剂(cation 阳离子交换剂(cation exchanger) 对阳离子具有交换能力， 对阳离子具有交换能力，活性基团为酸性 阴离子交换剂(anion 阴离子交换剂(anion exchanger) 对阴离子具有交换能力， 对阴离子具有交换能力，活性基团为碱性
离子交换剂
强酸性阳离子交换剂： 强酸性阳离子交换剂： 活性剂团：磺酸基（ ）；次甲磺酸基 次甲磺酸基（ 活性剂团：磺酸基（-SO3H）；次甲磺酸基（ －CH2SO3H） pH范围：电离程度大，不受pH影响。 1～ pH范围：电离程度大，不受pH影响。pH 1～14 范围 pH影响 交换反应：中和，转型， 交换反应：中和，转型，复分解 树脂类型： 树脂类型：氢型和钠型
离子交换剂： 离子交换剂：离子交换纤维素
特点： 特点：
为开放的长链骨架， 为开放的长链骨架，大分子物质能自由地在其 中扩散和交换，亲水性强，表面积的， 中扩散和交换，亲水性强，表面积的，易吸附 大分子物质。交换基团稀疏， 大分子物质。交换基团稀疏，对大分子实际交 换容量大。 换容量大。 吸附力弱，交换和吸附条件缓和， 吸附力弱，交换和吸附条件缓和，不易引起变 性。 分辨力强，能分离复杂的生物大分子混合物。 分辨力强，能分离复杂的生物大分子混合物。
㈡ 吸 附 类 型
化学吸附
化学吸附是吸附剂表面活性点与溶质之间 发生化学结合、产生电子转移的现象； 发生化学结合、产生电子转移的现象； 作用力： 作用力：库仑力 特点：吸附热较大；由于发生化学反应， 特点：吸附热较大；由于发生化学反应， 需一定的活化能；选择性较强； 需一定的活化能；选择性较强；单分子层 吸附；解析较困难， 吸附；解析较困难，脱附时需采用破坏化 学结合的化学试剂为洗脱剂。 学结合的化学试剂为洗脱剂。
离子交换过程实际步骤
离子交换过程实际步骤
离子交换是一种用于去除水中离子的常见方法。
它是通过固定在树脂上的功能性基团与水中的离子发生反应，通过离子的吸附和交换来实现去除。
1.吸附阶段：
在离子交换过程中，需要将水通过其中一种载体（如树脂床）流过，树脂上固定的功能性基团与水中的离子进行反应，并将其吸附到树脂上。
这个阶段的重点是要确保水流过树脂床的时间足够长，以保证离子与树脂上的功能基团发生充分的接触。
通常会根据水中离子的浓度和床层的大小来确定流量和接触时间。
2.吸附平衡阶段：
当离子与树脂上的功能性基团接触一段时间后，会达到吸附平衡。
即树脂上的功能性基团与水中的离子之间的吸附和解吸速度达到平衡。
这个阶段的时间通常需要根据实际情况进行调整。
在达到平衡后，树脂床中的离子浓度将保持稳定，不再发生明显的变化。
3.再生阶段：
当树脂床中的功能性基团吸附满离子后，需要进行再生，将吸附在树脂上的离子去除，使其恢复到可再次使用的状态。
再生的方法通常包括水洗和溶液洗两种。
水洗通常是使用纯水冲洗树脂床，以去除表面吸附的离子。
溶液洗是使用一种含有特定离子的溶液来冲洗树脂床，通过离子交换来实现去除树脂上吸附的离子。
4.再生平衡阶段：
再生后，树脂床的功能性基团会重新与周围的溶液中的离子发生接触，并与其进行交换。
这个阶段的时间也需要根据实际情况进行调整。
在再生
平衡达到后，树脂床可以再次用于吸附水中的离子。
总之，离子交换过程的实际步骤包括吸附、吸附平衡、再生和再生平衡。
根据实际情况，可以调整各个阶段的时间和条件，以实现高效的离子
交换和去除水中的离子。
离子交换与吸附
离子交换与吸附
离子交换是指利用离子交换膜、离子交换树脂等介质，以一定的压力或电势使溶液中的离子交换，以实现分离、纯化、浓缩等操作的技术。
离子交换主要有催化离子交换、离子交换吸附、离子交换沉淀法等，是应用范围最广的分离纯化技术。
吸附是指溶液中的某种微粒以极薄介质覆盖表面，形成微膜，使溶液中的某些离子或分子吸附到表面上的一种物理现象。
一般来说，吸附必须要有一个吸附介质，它是把吸附的物质物理地粘附在它的表面上。
吸附可以用于分离、纯化某些物质，也可以用于修饰试管、滤纸等，大大增加试管、滤纸的选择性。
吸附和离子交换作用在环境科学中的应用
吸附和离子交换作用在环境科学中的应用化学中的吸附和离子交换作用一直被广泛应用于环境科学中。
在这个领域中，它们起到了重要的作用，如水处理、污染控制、土壤修复、废物管理等。
在本文中，我们将探讨吸附和离子交换作用在环境科学中的应用。
一、水处理随着城市化进程的加快和环境问题的日益严重，水资源越来越稀缺，水质量也日益恶化。
这时，吸附和离子交换技术成为了净水领域的有效技术。
吸附和离子交换材料用于去除水中悬浮物、溶解有机物、重金属离子、微生物等有害物质。
其中，如活性炭、离子交换树脂、陶瓷反渗透膜等被广泛应用。
离子交换树脂和活性炭在水处理的工业应用中特别有效。
离子交换树脂可去除水中的离子，而活性炭则可以去除水中的有机污染物。
二、污染控制吸附和离子交换作用在污染控制中也广泛使用。
在煤矿、冶金等行业，废水中含有过量的重金属，这些重金属会对环境和人体健康产生极大的危害。
这时，离子交换材料可用于去除废水中的重金属。
铁、铜、锌等重金属离子可以用具有碳基吸附剂的离子交换树脂去除。
在工业废水的处理中，离子交换和吸附过程是两者同时并用。
而吸附材料和离子交换材料是两方面的。
三、土壤修复土壤污染是当前世界环境保护领域中的一个重要话题。
而吸附和离子交换技术也可以用于土壤修复。
土壤中有害物质的去除可以通过各种吸附剂实现。
例如，土壤改良剂和交联聚合物用于重金属去除以及土壤病原体和有机化合物的吸附。
在离子交换中，利用离子交换树脂的离子交换作用可以去除土壤中过多的离子，使之达到理想的水平。
四、废物管理随着工业和城市化的进步，废物处理和管理已经成为一个世界性的难题。
吸附和离子交换技术可以处理废物并充分利用它们。
例如，利用活性炭的吸附特性去除废水中的有机物，用离子交换树脂去除废水中的重金属，同时，被吸附或去除的物质可以被回收或用于其他用途。
总之，在环境科学中，吸附和离子交换技术被广泛应用，其作用已不再局限于上述几个领域。
吸附和离子交换材料可分别适用于不同的水质、土壤和废物，其中离子交换树脂、活性炭和陶瓷反渗透膜等广泛使用。
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Yb表观选择性系数 。 给定X与后，Y的值随Co而变化。 3.2.1.5 分配比与分离系数
q C
用湿树脂体积表示时λ 为无因次的量，用 干树脂重量表示时，λ 的单位为m3/kg。
定义为交换平衡中的A、B的分离系 数，它等于A、B的分配比的比值
[ Na ] [Cl ]
[ Na ][Cl ] [Cl ]
[ Na ] [ R ] [Cl ]
2
[ Na ][C l ] ([R ] [Cl ])[Cl ]
[C l ] [Cl ] [ R ][Cl ]
2 2
2 ] ] [Cl [Cl 2
[C l ] [Cl ]
• 树脂中 [R ] 浓度很高时，同离子[Cl ]浓度 很小，阳离子交换树脂中的固定离子 [R ] 可高达5mol/L，故它的同离子进入树脂中 的量极微。
3.2.3.2 道南位与道南排斥
如果RA型树脂与AY型电解质水溶液接触， 因为树脂上的反离子与溶液中的可交换离 子为同一种离子A，所以从表面上看，没有 离子交换反应发生。但由于树脂中的微孔 的毛细管吸入作用，中性电解质AY仍可被 吸入交换剂内，只不过这时A和Y都不占据 交换剂中的交换位置，这种作用称为非交 换吸入。
§3.2
离子交换平衡
3.2.1 基本概念 阳离子交换树脂的可交换离子是阳离子（又称反 离子），或者说阳离子交换树脂阻止同离子（阴离子） 进入树脂相而允许反离子（阳离子）进入树脂相。阴 离子交换树脂亦然，只不过阴树脂的同离子是阳离子， 反离子是阴离子。 离子交换过程: （1）吸附—漂洗—解吸 （2）吸附—漂洗—解吸—漂洗 （3）吸附—漂洗—淋洗—解吸—漂洗
A
[ RA][ B ]
选择性系数是树脂相中 A 与 B 的浓度比率 与平衡水相中 A 与 B 的浓度比率之比；或者说 选择性系数是 A 的分配比与 B 的分配比的比值。 在稀溶液中选择性系数近似可看作常数。
q表示A在树脂相中的平衡浓度，C表示A 在溶液中的平衡浓度；同时以Q表示A＋ B在树脂相中平衡浓度，C0表示A＋B在 溶液相中的平衡浓度
q＝f(C)函数有下列几种类型： （1） 亨利型（线性关系型） （2）朗格谬尔型（双曲线型）
q＝λ C
m 当水相浓度较低时，上式可简化为q＝λ C ( ) L
（3）弗南德里希型
mc q L nc
q mc
1/ n
m lg q lg c n
3.2.3 道南平衡膜理论 3.2.3.1 道南平衡 将树脂表面设想成为一种半透膜，达到平衡 时，膜两侧电解质的化学位应相等 Nacl Nacl 电解质的化学位可表示为其离子的化学位之和 .
3.2.1.4 平衡参数 aRbB＋bAa＋＝bRaA＋aBb＋
q (C0 C ) ~ Ra A B K K a a b [ Rb B] [ A ] (Q q) a C b
b b a b A B
a
a a b b Q C Q C 用 0 0 分别除以分子、分母，
RT ln a RT ln a RT ln a Na Cl Na Cl RT ln aCl Na Cl Na
a Na aCl a
Na
a
Cl
稀溶液中可用浓度代替活度
[ Na ][ Cl ] [ Na ][ Cl ]
q/Q(1 C ) C0 [B ] q(C 0 C) ~ [RA] K [RB][A ] (Q q) C (1 q ) C Q C0
令Y＝q/Q
X ＝C ／C 0
Y (1 X ) ~ K (1 Y ) X
Y ~ X K 1Y 1 X
等价离子交换的情况，固定X，则Y固定。
~ K
3－2 等价交换时的平衡图 ~ ~ (a) K ＞1 (b) K ＜1 ~ ~ 在 K ＞1时，面积SⅡ＞S1；K ＜1时，面积SⅡ＜S1， K＝
S y (1 X ) S (1 Y ) X
图3－3
离子交换q－C平衡图
在工程上， 曲线1 为线性平衡 f″(c)＝0 曲线2 为有利平衡 f″(c)＜0 曲线3 为不利平衡 f″(c)＞0 曲线4 为带拐点的平衡 曲线5 为不可逆平衡
rRB ~ [ RA][ B ] K K rRA [ RB][ A]
3.2.1.3 选择性系数
~ 平衡系数也称为选择性系数，并标以 K 符 ~ 号。K ＜1表明该树脂对B离子的选择性大于A ~ 离子。 K ＞1则表明该树脂对A离子的选择性大
于B离子。
[ RA] /[ RB] [ RA] /[ A ] K B K [ RB][ ] [ A ] /[ B ] [ RB] /[ ] A B
3.2.1.1 平衡常数 离子交换的基本反应如下： RB＋A＋＝RA＋B＋
aRA aB [ RA][ B ] rRA rB K aRB a A [ RB][ A ] rRB rA
rRA [ RA][ B ] K [ RB][ A ] rRB
3.2.1.2 平衡系数
~ K
Y (1 X ) C0 Q C C0 a ( a b Q (1 Y ) X (1 q ) a (C )b Q C Q C0
b a 0 b 0 b
(q / Q)b (1 C
)a
a
)
a b
b ~ Q a b X K( ) Co (1 Y ) a (1 X ) a
A/ B A B
[ RA][ B] [ RB][ A]
K B
A
表示A的选择性大于B。而对于 不等价交换情况，此时 A / B不等于选择性 系数。这就是说与在概念上是有区别的
A/ B ＞1
3.2.2 平衡等温线与平衡图
y ~ 1 X KX ~ KX
图3－1
离子交换平衡图