离子交换应用 第一章 绪论.pdfVIP

第一章 绪 论 离子交换作为一种自然现象早已被人们认识，但是直到 19 世纪末期才有人 开始较系统地研究这种自然现象。但是，研究工作很长时期一直停留在自然界存 在的一些具有离子交换能力的物质（例如粘土、沸石、煤炭等）的研究工作上。 　 为了改善离子交换剂的交换能力和化学稳定性，20 世纪30 年代人们开始研 究人工合成的无机硅酸盐、人工处理过的磺化煤以及合成的有机离子交换剂。其 中决定性的一步是1935 年Adams 和Holmes 制备了酚醛型有机离子交换树脂， 特别是以后D’Alelio 等人研制出聚苯乙烯为骨架的有机离子交换树脂，使人们能 够获得大量性能稳定的离子交换剂，从而为普遍开展离子交换的研究工作，并在 工业上普遍应用离子交换技术奠定了基础。 　 在离子交换领域中，研究和应用工作首先是在以水为溶剂的体系中进行的。 但是，当研究工作者把水溶性的有机溶剂 （例如乙醇、丙酮）加入水中以后，发 现在这样的水-有机溶剂混合体系中，溶质（无机离子）的离子交换现象，尤其 在选择性方面，与单纯水溶液体系相比有很大的区别。 　 1948 年E. I. Akeroyd[1]等指出：　 （1）有机离子交换树脂在水-有机溶剂混合体系中是稳定的。 （2 ）树脂对阳离子的亲和力与混合溶剂中有机溶剂所占的百分比有关。例如： + + 2+ 2+ 阳离子交换树脂对Na 、K 、Ba 、Ca 的亲和力随混合溶剂体系中有机溶剂所 占的百分比的增加而增加。这种由于有机溶剂的加入造成亲和力变化的现象，是 在混合溶剂体系中树脂对无机离子吸附选择性增加的原因。 （3 ）因此，选择适当的混合溶剂组成，可使一些在水溶剂体系难以分离的无 机离子具有分离的可能性。 混合溶剂体系与水溶剂体系相比在离子交换选择性方面的区别，引起人们广 泛的兴趣。1953 年F. H. Burstall[2]等用HCl-丙酮混合溶剂作为被阴离子交换树脂 吸附的金氰络合物的解吸剂，原采用盐酸水溶液很难解吸的金氰络合物很容易地 被混合溶剂解吸下来。这是应用混合溶剂体系取得成功的典型例子。 　 水溶性的有机络合物 （例如EDTA 、乙二胺四乙酸）的水溶液也可以看成是 一种混合溶剂，它在稀土分离方面成功的应用，对混合溶剂离子交换技术发展起 了一定的推动作用。有机络合物或螯合物的大量应用，不仅可以分离像稀土元素 这样的无机离子，而且可以分离有机化合物，例如：抗菌素和氨基酸。混合溶剂 体系的离子交换无论在分析化学的分离和检测各种微量元素，还是在制药工业的 生化药物的分离提纯等方面，都获得了广泛的应用。 　 J. Korkisch[3]和J. S. Fritz[4]从50 年代末期开始系统地研究水-有机溶剂混合 体系的离子交换，从而使人们对于金属离子在水-有机溶剂混合体系中的离子交 换现象有了清楚的了解。通过对四氢呋喃-水混合溶剂体系中离子交换树脂对金 属离子的分配系数影响的研究，1966 年J. Korkisch 提出所谓CIESE （Combined Ion Exchange and Solvent Extraction ）的新概念[5]，这个概念导致了溶剂萃取技术 中使用的有机萃取剂作为一种有机溶剂进入离子交换体系。 　 溶剂萃取技术是在 20 世纪 40 年代随着原子能工业的发展而迅速发展起来 的。到50 年代中期取得了很大的进展，得到广泛的工业应用。有机萃取剂由于 反应速度快、分离效率高，受到有色金属和稀有金属的湿法冶金专家的广泛注意。 由于有机萃取剂正像EDTA 一样也是一种有机络合剂，1960 年H. Small[6] 试 图把有机萃取剂（HDEHP 或TBP ）引入离子交换体系，创立新的稀土分离方法。 5 他采用水溶胀的树脂从含稀土的有机相 （在甲苯中的有机萃取剂）中吸附稀土元 素，使其相互分离，他把这个方法称为胶液萃取（Gel-Liquid Extraction ）。这是 把不与水相混溶的有机萃取剂引入离子交换体系的最早尝试。 离子交换法和溶剂萃取法在铀矿加工工业中一直作为两种不同的方法应用， 由于这两种方法都有着各自的特点，不可能互相取代，