离子交换

离子交换是离子交换剂（主要是离子交换树脂）中的离子与稀溶液中的离子进行交换以达到提取或去除溶液中某些离子目的的物理化学分离过程，作用于溶液的处理、分离和纯化，用途于水处理、生物化学、制药工业等领域。

  1、离子交换反应
   离子交换是可逆的等当量交换反应，即在一定条件下被交换的离子可以解吸（逆交换），使离子交换剂恢复到原来的状态，即离子交换剂通过交换和再生可反复使用，同时离子交换反应是定量进行的。
  离子交换反应是可逆的意味着交换的离子可以再次释放出来，这是通过改变反应条件来实现的，例如改变pH值或加入另一个离子来竞争与树脂交换，因此离子交换树脂可以在多个循环中使用，直到树脂不再有效为止。

  2、离子交换基本的原理（机理）及吸附、交换、再生的化学过程

   树脂中的离子通过与溶液中的离子置换，用树脂吸附溶液中所需的离子物质，如金属离子、氯离子、镁离子、钙离子等，从而达到过滤、处理溶液，提取溶液中的所需离子。

   离子交换工艺过程包括清洗、离子交换、反洗、再生和正洗五个阶段，树脂的再生是利用离子交换反应的可逆性进行的，阳离子交换树脂失效后可采用酸液再生，阴离子交换树脂失效后可采用碱液再生；阴离子交换树脂一般是以羟基（OH^-）离子置换溶液中的阴离子从而将其去除，阳离子交换树脂，一般是以钠离子（Na⁺型）或氢离子（H⁺型）置换溶液中的阳离子从而将其去除，其机理原理示意图如下：
        
   所以，树脂离子交换是化学反应，也是物理反应，且是可逆的，具体化学过程如下：    

   a、吸附过程：当水通过装有离子交换树脂的设备时，树脂颗粒表面的交换位点会吸附水中的离子，在这一阶段，树脂上的交换位点被水中的正离子（如钙离子、镁离子等）吸附，而树脂释放出相应数量的带有负电荷的离子（通常是氢离子）。

   b、交换过程：随着正离子的吸附，离子交换树脂逐渐变为负电荷，这时，水中的负离子（如氢离子）开始被树脂的交换位点吸附，同时释放出相应数量的正离子（通常是钠离子），这个过程持续进行，从而实现水中正负离子的交换。

   c、再生过程：随着时间的推移，离子交换树脂上的交换位点会逐渐饱和，失去活性。为了恢复其交换能力，需要进行树脂的再生，这通常通过用盐水（氯化钠溶液）冲洗离子交换树脂，使其重新恢复为带有钠离子的状态。
              
  3、离子交换的作用

   离子交换可起到提取、分离、浓缩和精制的作用，特别是可将水中离子态杂质彻底清除，因而能制得很纯的水，在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中甚为重要。

  4、离子交换树脂
          

   离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物，具有交换、选择、吸附和催化等功能，根据交换基团性质的不同，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类，其选择取决于需要交换的离子及其浓度，通常离子交换树脂是通过选择性吸附或选择性排斥来选择离子的，如果需要从水中去除铵离子，则可以使用具有选择性吸附铵离子的树脂。

  5、离子交换技术及应用
     

   离子交换技术是利用离子交换剂中的可交换基团与溶液中各种离子间的离子交换能力的不同来进行分离的一种技术，是一种固液分离的方法，主要应用于水处理（水的软化、水的脱盐、冷凝水和超纯水的制备），生化提取（天然生物物质的分离回收、发酵产物的分离回收、制药和食品工业的分离纯化药物及食品成分），三废处理（含放射性核素废水的处理、其他工业有害废水废气的处理）；在石油精炼、湿法冶金和化学加工中，离子交换树脂可以用于去除催化剂和杂质。