离子交换与吸附应用

A. 树脂对 重金属的去除作用是离子交换和吸附作用两者的区别是什么

离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导应用
1）水处理
水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。

2）食品工业
离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。

3）制药行业
制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。近年还在中药提成等方面有所研究。

4）合成化学和石油化学工业
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。
甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。

5）环境保护
离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。

6）湿法冶金及其他
离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。

其他补充：
离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是，随着现代有机合成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种，年产量数十万吨。
在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各具独特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。
离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。

离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。
离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。
离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，它即是交换官能团，在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH－或Cl－)，同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子。即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换，从而将溶液中的离子分离出来。
广泛的应用于水处理领域。

B. 吸附法和离子交换法

以各类阴、阳离子交换树脂为固定相的离子交换法，以萃淋树脂为固定相的萃淋法回，以螯合答树脂、螯合纤维、活性炭、聚氨酯泡沫塑料、巯基棉及黄原脂棉等固定相的螯合-吸附法以广泛用于贵金属的分离与富集。

在HCl介质中，贵金属氯配阴离子与阴离子交换树脂相互作用的强度决定于配阴离子的电荷数，其中双电荷的［PtCl₄］^2-、［PdCl₄］^2-、［PtCl₆］^2-、［IrCl₆］^2-、［RuCl₆］^2-、［OsCl₆］^2-牢固地吸附于树脂上，而三电荷的［IrCl₆］^3-、［RhCl₆］^3-、［RuCl₆］^3-仅有很弱的亲和力。铑、钌的配合物。由于其配合物在溶液中电荷的可变性，因此它们的吸附强度也随其电荷数而变化。在实际应用中应考虑这一特性。

C. 根部离子交换吸附原理

根系吸收矿质的来过程
1.离子被吸附源在根系细胞表面
Ø根部细胞呼吸作用放出CO2和H2O。CO2溶于水生成H2CO3, H2CO3能解离出H+和HCO3－离子,这些离子同土壤溶液和土壤胶粒上吸附的离子交换，如K+、Cl-、NCO3－等进行交换,使土壤中的离子被吸附到根表面。
Ø离子交换按“同荷等价”的原理进行,即阳离子只同阳离子交换,阴离子只能同阴离子交换,而且价数必须相等。
Ø根系还可分泌出一些柠檬酸、苹果酸等有机酸来溶解一些难溶性盐类，并进一步加以吸收。岩石缝中生长的树木、岩石表面的地衣等植物就是通过这种方式来获取矿质营养的。

D. 试述土壤的离子交换和吸附作用对污染物迁移转化的影响。

吸附作用对污染物在土壤中的质体流动转移有影响，污染物在土壤中的移动距离大小顺序与吸附系数大小顺序一般相反，即吸附强，移动就越不容易。离子交换的选择性较高，适用于较高纯度的分离和净化。

E. 离子交换法和吸附法在处理污水时的运行机理有何异同

离子抄交换法是属于袭化学反渗透，吸附法属于物理分离。
拓展阅读：污水处理 (sewage treatment,wastewater treatment)：为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

F. 什么是离子交换吸附剂

离子交换，就是将溶液中的离子与某一物质发生反应，溶液中的离子结合到物内质上，而容原物质上的离子进入溶液。
1、同一溶液中的离子交换：
Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl
可以认为硫酸根和氯离子相互交换阳离子，当然也可以说，钠离子和钡离子相互交换阴离子。
2、不同液体中的交换（化学萃取）：
H2[ZnCl4] + 2RNH3Cl = (RNH3)2[ZnCl4] + 2HCl
R = 长碳链烃基
3、溶液和固体中的交换：
1) NaAl11O17 + K(+) = KAl11O17 + Na(+)
2) Ca(2+) + 2HO3S-R = Ca(O3S-R)2 + 2H(+)
1)为无机固体离子交换材料与溶液中的离子交换；
2）为离子交换树脂与溶液中的离子交换
通常所说的离子交换是指2和3两种情况，尤其以3中的2)这种离子交换为主。

G. 离子交换树脂吸附的原理

离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。
阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为 2R—SO3H＋Ca2+——（R—SO3）2Ca＋2H+
这也是硬水软化的原理。
阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为
R—N（CH3）3OH＋Cl- ——R—N（CH3）3Cl＋OH-
由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，这一过程称为再生。阳离子交换树脂可用稀盐酸、稀硫酸等溶液淋洗；阴离子交换树脂可用氢氧化钠等溶液处理，进行再生。
离子交换树脂的用途很广，主要用于分离和提纯。例如用于硬水软化和制取去离子水、回收工业废水中的金属、分离稀有金属和贵金属、分离和提纯抗生素等。

H. 吸附法和离子交换法异同

吸附法有物理吸附和化学吸附之分，物理吸附如活性炭，把待吸附物吸附在本身的表面专，但是可逆过程，化学属吸附是通过化学反应将待吸附物吸附，是不可逆的。而离子交换是在溶液或某种介质下两种物质中得离子发生交换，达到去除某种离子的目的

I. 试述土壤中阳离子交换与吸附作用对污染物的迁移转化的影响

阳离子交换使土壤比较重要的性质之一，使土壤本身的特有属性，主要原因就是土壤胶体的负电特性，其电荷分为可变电荷和固定电荷，当pH较低时（到达等电点时），整个性质就会发生变化。阳离子交换，顾名思义，负电荷的土壤胶体表面吸附有一些可交换态的阳离子如K、Mg、Ca等，当污染物特别是重金属类物质与土壤接触时，由于其于土壤胶体表面基团具有更强的结合能力，从而取代部分正电性基团，但是阳离子交换过程并不稳定，属于静电作用，因此自身并不稳定，如上述内容所说，易受pH影响，低pH条件下容易被淋洗。同时由于其具有很强的水溶性，因此生物有效性较高，容易被动植物吸收而贮藏在体内，是土壤化学反应较为活跃的一部分，受土壤环境影响较大。

吸附作用是一种泛称，涉及内容较多，分配、离子交换、络合等都包括在内，以有机质吸附为例，土壤环境中存在很多的有机污染物如农药（有机氯、有机磷）、PAH、PCBs等，通过分配作用，这些污染物易与土壤中的腐殖质、植物残体、黑炭等结合，这一过程既可以促进有机污染物的分解，也可以抑制该过程。例如一些污染物进入当碳粒内部，从而抑制微生物的降解，也就限制了污染物的降解，但是也有一部分可能络合在碳颗粒表面，碳粒表层有较大的比表面积，提供了大量的微生物附着位点，为其降解提供了条件，本身也可以当做电子受体。
这一问题应因具体环境而异，因污染物性质变化而异，环境是复杂的体系，具体结果如何完全看如何读复杂过程进行解读，现在很多过程还是无法解释清楚的，我们目前位置更多的是控制条件，找出影响因素，因此并不是虽有条件都适用的。

J. 离子交换树脂和吸附树脂使用中应该注意那些问题

树脂使用时的注意事项：

1.树脂在使用的过程中，要防止与金属、油污、有机分子回微生物、强氧化剂等接触，否则答可能会造成树脂的离子交换能力下降，严重的话可能会导致树脂失去效果。

2.当树脂需要更换时，废旧树脂不能随便处理，要将树脂装入容器中，交给专业单位进行处理，防止污染环境。

3.在一定的条件下，氧化性试剂（如硝酸）会侵蚀有机的离子交换树脂。这种影响可能小到只会导致轻微的树脂降解，大到会导致剧烈的放热反应（如爆炸）。在使用强氧化剂之前，要先向技术人员或者有经验的人员咨询。

4. 树脂内含有反应溶剂、还没有参加反应的物质和一些低分子量的聚合物，还有一些杂质，在使用的时候，一些杂质就会一起流入水里，在一开始就污染了水质，所以新树脂在使用之前要进行预处理。

5.树脂最好不要用手直接接触，防止引起皮肤过敏，如果直接用手接触，需要用清水清洗干净，万一误食，应立即到医院处理。