离子交换纤维

新型大产业――离子交换纤维产业化

第一部分项目背景

一. 分离技术是涉及分离的各行各业产业化发展的共性技术瓶颈

在如下5个方面决定行业从整体上降低生产成本、缩短生产周期、改进分离效果、提高产品收率和提升产品品质的关键技术，就是其分离技术。分离技术的重要性体现在产品分离提取、纯化、回收的费用占整个产品生产过程的60-95%，人们已经深刻认识到分离技术水平是阻碍食品饮料、生物工程、医药保健、环境保护以及冶金工业等行业产业化发展的一个共性技术瓶颈。

1. 食品饮料方面

1) 糖业生产精制糖。脱色历来是制糖工业的难题之一，也是精炼糖工业中一个最重要的过程。生产精制糖关键是在蔗糖加工中选择性分离糖浆中天然有色物质和灰分等杂质，代替传统蔗糖生产过程的硫漂工艺，避免糖浆中引入非糖物。

2) 果汁后浑浊控制。国内浓缩果汁生产企业普遍存在加工过程中果汁褐变、色值和透光率不稳定及产品存放过程中的后混浊现象，极大影响了产品质量和产品出口信誉。目前通常采用活性炭吸附和PVPP处理两种方法，前者劳动强度大，生产过程中的废渣处理容易对环境造成污；后者的处理费用很高，生产成本大，绝大部分企业难以承受。对于棒曲霉素和甲胺磷等有害物质的去除，目前尚未找到很好的分离方法。

2. 环境保护方面

1) 空气净化与有害气体分离。祛除空气中的酸性气体、水蒸气、酸性和碱性悬浮颗粒 (包括所有的酸和碱，SO2、H2S、CO2、NOX、HCN等)，车辆尾气净化以及与水和氧气反应生成酸或碱 (如Cl2、NO) 等，不同工作环境的空气净化。

2) 废水污水处理。主要是处理废水中的金属离子 (如铜、汞、铬、铅等)、废水中含的酚类物质与核电站废水中含有的带放射性污染物质，以及污水净化处理达标排放。

3. 生物工程方面

1) 转化酶的固化。用带胺基的分离材料与转化酶之间的静电引力来进行转化酶的固化，追求对酶的固化效果最好。

2) 氨基酸的分离。选择分离苏氨酸—缬氨酸、丙氨酸—亮氨酸、赖氨酸—组氨酸等氨基酸。

3) 固相合成催化剂。寻求作为固相合成催化剂，在采用多级洗脱的方法合成活性肽大分子。

4) 天然产物分离提取。如选择性分离提取大分子胰岛素、小分子蛋白等。

4. 医疗保健方面

1) 医药有效成分的分离提纯。如红霉素的分离纯化，降低红霉素C的含量，提高红霉素A的含量。在中药有效成分选择性的分离提取也对分离技术要求很高。

2) 高纯水的制备与水的净化。在电渗析过滤中去除水中电解质离子使水得到进一步的纯化，得到用于医疗注射的高纯水，以及饮用水的净化和海水淡化等。

3) 杀菌除臭。具有针对性地杀菌除臭、吸汗除湿，用作吸血性卫生材料、放射性吸收和防护材，也可制成保健内衣物等，均要求对菌类和放射性物质较高的选择性吸附富集，达到医疗保健作用。

5. 冶金工业方面

1) 湿法冶炼贵重金属。利用一种对氰化金和不同金属氰络合物具有良好选择性吸附，达到对金的冶炼。

2) 海水提铀和稀土元素分离。世界上海水储量很大，尽管其中铀的浓度只有3～3.3×10-9，但折合储量仍达5亿吨之巨。稀土元素选择性分离提取和回收。

随着分离技术近几十年迅速的发展，已经应用到人类活动的许多领域。从轻工业到化学、钢铁工业，从食品工业到汽车、电子工业，从潜艇到宇宙飞船和某些新兴技术中，无不展现出分离技术的重要作用。

二. 分离技术水平高低起关键决定因素是分离材料

众所周知，分离物质浓度越小，液 (气、固) 相组分越复杂，从中分离所需物质的费用就越高。在实际工业化应用中，分离物质通常含量低，并与多种物质同时存在，目前国内外分离提取工艺普遍采用溶媒萃取法、离子交换法、吸附法、沉淀法。

溶媒萃取法的原理是所分离的物质以不同的化学状态 (游离状态或成盐状态) 存在时，在水及与水不互溶的溶媒中有不同的溶解度，当进行转移时，杂质不能或较少地随着转移，因而能达到分离、浓缩和提纯的目的。溶媒萃取法又有溶媒反复萃取、溶媒萃取结合中间盐沉淀以及薄膜浓缩结合溶媒萃取三条途径。溶媒萃取法的优点是能够连续进行生产，周期短，收率高，缺点是最终成品品质不够高，萃取过程易发生乳化现象，因此需要高速离心萃取机，价格高、耗电多、维修费用贵，溶媒回收耗能大。

离子交换法是利用离子交换树脂和分离物质之间的化学亲和力，有选择地将分离物质吸附上去，然后用洗脱剂将它洗脱下来。大孔树脂吸附法是近来发展起来的一种新工艺，总收率相当或高于溶媒法，质量与溶媒法相当，但吸附速度与吸附效果不很稳定，易受流速与溶质浓度影响。洗脱和再生时周期长，并且树脂在每次吸附后都需用酸碱处理，使之活化，废液处理量大。

吸附法是利用吸附剂与分离物质之间的分子引力将所需分离物质吸附在吸附剂上。吸附剂有各种活性炭、骨炭、氧化铝、硅胶、漂白土、大孔吸附树脂等。吸附法的优点是操作简便，缺点是吸附性能不稳定，有些杂质会被一起吸附，在洗脱时又一起被洗脱下来，导致使产品纯度不高。

沉淀法是将分离物质和某些无机、有机离子或整个分子形成沉淀复合物，然后再将此沉淀物在适宜的条件下分解，将分离物质分离开来。该法简单经济，浓缩倍数高，但对工艺条件要求严格，在沉淀与沉淀转化过程中容易形成试剂污染，回收耗能大，废液处理量大，工艺成本偏高。

20世纪60年代发展起来的采用大孔树脂分离技术，受到科技界和产业界人士的关注，已经得到工业化应用。在选择性分离要求高的条件下，离子交换技术作为吸附分离领域中的新学科，已被广泛运用于水处理、环保、新材料合成、湿法冶金、色谱、膜科学技术及分离科学技术等领域。

随着社会的发展与技术的进步，人们在进行科技创新产业化时对分离技术提出了新的要求。1、吸附量要大，吸附速度要快；2、选择吸附能力大，可将溶液里的所需物质或有害物质有选择的分离出来，大大缩减生产流程；3、在被吸附液及脱附液中稳定性好，经久耐用；4、便宜又能大量供应，脱附容易，能反复使用，缩短分离生产周期，大幅度降低生产成本；5、在吸附过程中又有氧化还原功能达到高效分离纯化，提高产品质量与收率，增强产品的市场竞争能力；

6、可以多种形式使用 ( 如纤维、织物)，分离技术简单，能耗少，以及品种多，