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离子交换树脂的应用

水软化
离子交换树脂用于代替镁和钙中发现的离子硬水与钠离子。当树脂是新鲜的时,它在其活性位点含有钠离子。当与含有镁和钙离子(但是低浓度的钠离子)的溶液接触时,镁和钙离子优先从溶液中迁移到树脂上的活性位点,在溶液中被钠离子取代。该过程达到平衡,溶液中的镁和钙离子浓度远低于开始时的浓度。

树脂可以通过用含有高浓度钠离子的溶液(例如,其中溶有大量的普通盐(NaCl))进行洗涤来再充电。钙和镁离子从树脂迁移,被溶液中的钠离子取代,直到达到新的平衡。盐用于补充离子交换树脂,离子交换树脂本身用于软化水。

水净化
在该应用中,离子交换树脂用于从溶液中除去有毒(例如铜)和重金属(例如铅或镉)离子,用更多无害离子(例如钠和钾)代替它们。

很少有离子交换树脂从水中去除氯或有机污染物 – 这通常通过使用与树脂混合的活性炭过滤器来完成。有些离子交换树脂可以去除有机离子,例如MIEX(磁性离子交换)树脂。生活用水净化树脂通常不会再充电 – 树脂在不能再使用时会被丢弃。

电子,科学实验,超导体生产和核工业等都需要最高纯度的水。这种水使用离子交换过程或膜和离子交换方法的组合产生。

金属分离中的离子交换

离子交换过程用于分离和净化金属,包括从钚和其他act系元素(包括钍)中分离铀 ; 和镧,钕,镱,钐,l,彼此和其他镧系元素。有两个系列的稀土金属,镧系元素和act系元素。每个家庭的成员具有非常相似的化学和物理特性。离子交换多年来是大量分离稀土的唯一实用方法。该应用程序由Frank Spedding于20世纪40年代开发。随后,除了最高纯度的产品外,溶剂萃取主要取代了离子交换树脂的使用。

一个非常重要的案例是PUREX工艺(钚 – 铀提取工艺),用于将钚和铀与核反应堆的乏燃料产品分离,并能够处理废物。然后,钚和铀可用于制造核能材料,如新的反应堆燃料和核武器。

离子交换珠粒也是原位浸出铀矿开采的重要组成部分。原位回收涉及通过钻孔提取含铀水(分级低至0.05%U 3 O 8)。然后将提取的铀溶液通过树脂珠过滤。通过离子交换过程,树脂珠粒从溶液中吸引铀。然后将装载有铀的树脂输送到加工厂,在那里将U 3 O 8与树脂珠分离,并生产黄饼。然后树脂珠粒可以返回离子交换设备,在那里它们可以重复使用。

离子交换过程也用于分离其他非常相似的化学元素,如锆和铪,这对核工业来说也是非常重要的。锆对于自由中子实际上是透明的,用于建造反应堆,但铪是一种非常强的中子吸收剂,用于反应堆控制棒。

催化
离子交换树脂用于有机合成,例如用于酯化和水解。它们具有高表面积和不溶性,适用于气相和液相反应。可以找到离子交换树脂的碱性(OH -形式)用于中和铵盐[4]并将季铵卤化物转化为氢氧化物的实例。[5] 酸性(H +型)离子交换树脂已用作固体酸催化剂,用于裂解醚保护基团。[6]和重排反应。[7]

果汁净化
离子交换树脂用于制造果汁,例如橙汁和酸果蔓汁,其中它们用于去除苦味成分并因此改善风味。这允许将酸或口味较差的水果源用于果汁生产。

糖制造
离子交换树脂用于制造各种来源的糖。它们用于帮助将一种类型的糖转化为另一种类型的糖,并对糖浆进行脱色和纯化。

制药
离子交换树脂用于制造药物,不仅用于催化某些反应,而且用于分离和纯化药物活性成分。三种离子交换树脂,聚苯乙烯磺酸钠,考来替泊和考来烯胺用作活性成分。聚苯乙烯磺酸钠是一种强酸性离子交换树脂,用于治疗高钾血症。Colestipol是一种弱碱性离子交换树脂,用于治疗高胆固醇血症。消胆胺是一种强碱性离子交换树脂,也用于治疗高胆固醇血症。Colestipol和考来烯胺被称为胆汁酸螯合剂。

离子交换树脂也用作药物制剂中的赋形剂,例如片剂,胶囊,树胶和悬浮液。在这些用途中,离子交换树脂可具有几种不同的功能,包括掩味,延长释放,片剂崩解,提高生物利用度和改善活性成分的化学稳定性。

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