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■ 无机离子交换剂的分类方法
1. 硅铝酸盐 硅酸盐 3A,5A
2. 水合氧化物 Sb2O52H2O , Bi2O3nH2O
3. 多价金属酸性盐 Zr(HPO4) 2 H2O , Ti(HPO4) 2 H2O
4. 杂多酸 (NH4) 3 Mo 12 (PO4) 40 nH 2 O
5. 其他 Ca 10 (PO4) 6 (OH)2 , MgAl(CO3)(OH) nH2O
■ 离子交换反应(基本反应)
☆ 阳离子交换反应
R-OH+M + →R-OM+H +
☆ 阴离子交换反应
R-OH+A - →R-A+OH -
R-OH+A - +H + →R-OH 2 A
■ 离子交换反应 ( 对 pH 值的影响 )
☆ 阳离子交换反应容易发生在碱性离子上( 生成酸 )
R-OH | OH - M + →R-OM+H 2 O |
☆( 阴离子交换反应容易发生在酸性离子上( 生成碱 )
R-OH | H + A - →R-OH 2 A |
■由无机离子交换剂的性质所决定的离子交换的不同特性
酸性化合物 Sb2O5nH2O
两性化合物 TiO2nH2O
碱性化合物 Bi2O3nH2O
■ 无机离子交换剂 「IXE」 的特性
1. 耐热性强, 100 ℃ 以上仍可使用。
2. 离子选择性高,能在共存离子中分选出特定离子。
3. 在无水条件下仍效果显著。
4. 耐放射线效果显著,在强放射线下效果如初。
5. 耐有机药品性,对熔融树脂的耐受性高。
6. 强抗氧化性,可在强氧化性环境中使用。
7. 在高温条件下具有气体吸附性能。
■ IXE 长处、短处
特征 | 长处 | 短处 |
○ 耐热性 | 能熔融入树脂中使用 能在高温溶液中使用 | |
○ 离子选择性 | 在高浓度溶液中能够有选择地捕捉特定离子 | 离子一旦被吸附则不 可再 生 特定离子以外的不能捕捉 |
○ 无水条件下的效果 | 能熔融入树脂中使用 能在有机溶剂中使用 | |
○ 亲水性 ( 耐有机药品性 ) | 能在树脂、有机溶剂中使用 | 在溶液里离子交换剂本身有溶出可能 |
○ 微粉末 | 适合溶入树脂 | 在液体中分离复杂 |
○ 耐放射线性 | 适用于放射性排液处理 |
有用的领域:捕捉固定融入树脂的杂质离子、有机溶剂的精制、排液处理 ( 有害离子的去除 ) 、增强涂膜的防腐蚀效果、原子能相关
不擅长的领域:水溶液的精制
■ 无机离子交换剂 IXE 的耐热性 (IXE-300 在规定温度下经过 4 小时烧制后的分配系数; Kd
离子交换剂中离子的量 / 交换剂重量 (g)Kd= (ml/g)液体中离子的量 / 溶液体积 (ml )
■ 无机离子交换剂 IXE 的离子选择性
离子交换剂 0.1g/溶液 25ml,初期离子浓度 =1× 10 -3 M ,20 ℃分离系数 αBA = Kd( A 离子 )/Kd( B离子 )
■ 离子交换反应 ( 双离子交换剂并用的效果 )
容易进行阳离子交换的反应
pH 值上升 阴 / 阳离子交换剂并用 pH 值下降
容易进行阴离子交换的反应
■ 离子交换反应 ( 双离子交换剂并用的效果 )
■ 作为离子交换基的硝酸基 ( NO 3 ) 的效果
IXE 1.0g /0.1 N-NaCl/HCl 50ml 在 40 ℃ 条件下搅拌 24 小时
■ IXE 的具有代表性的性质
型号 | IXE-100 | IXE-300 | IXE-500 | IXE-530 | IXE-550 | IXE-600 | IXE-633 | IXE-700F | IXE-800 | IXE-6107 | IXE-6136 | |||
离子交换类型 | 阳 | 阳 | 阴 | 阴 | 阴 | 双 | 双 | 阴 | 阴 | 双 | 双 | |||
主要成分 | Zr | Sb | Bi | Bi | Bi | Bi,Sb | Bi,Sb | Mg,Al | Zr | Zr,Bi | Zr,Bi | |||
总离子交换容量 | Cl - | meq/g | - | - | 3.9 | 3.7 | 4.1 | 2.0 | 2.8 | 4.5 | 1.0 | 2.7 | 2.2 | |
Na + | meq/g | 6.6 | 4.0 | - | - | - | 2.0 | 1.3 | - | - | 2.0 | 2.6 | ||
中性 离 子交 换 容量 | Cl - | meq/g | - | - | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 2.0 | 1.8 | 4.5 | 0.2 | 2.3 | 2.0 | |
Na + | meq/g | 3.3 | 2.3 | - | - | - | 1.5 | 1.3 | - | - | 1.4 | 1.3 | ||
离子交换速度 | 慢 | 快 | 慢 | 慢 | 慢 | 快 | 快 | 慢 | 慢 | 快 | 快 | |||
粒径 | μm | 1.0 | 0.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.0 | 1.5 | 1.5 | 2 | 1.5 | 2.1 | ||
热水抽出试验 | 电传导速度 | μS/cm | 300 | 10 | 10 | <10 | 30 | 25 | 50 | 20 | 25 | 25 | ||
pH | 3.0 | 5.0 | 5.0 | 6.0 | 4.5 | 4.8 | 9.5 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | ||||
容积 抵抗率( 顺序 ) | Ωcm | - (高) | - (低) | - (高) | - (高) | - (高) | 10 11 | 10 13 | 10 13 | - (高) | - (高) | -(高) | ||
环氧树脂硬化特性 | - (好) | (不好) | -(好) | - (好) | - (好) | 60 | 100 | -(好) | -(好) | -(好) |
■ 总离子交换容量 : 依据 HCL 和 NaOH 的水溶液 ( IXE 1.0 g /0.1 N-HCl 或 NaOH 50 ml 20 h rs ) 。
■ 中性离子交换容量 : 中性 ( 离子交换平衡后 ) 时的离子交换量。
■ 离子交换速度 : NaCL1mep 负荷时的速度的比较 (IXE 3.0 g /0.01 N-NaCl 300 ml) 。
■ 粒径 : 激光衍射式粒度分布测定装置。
■ 热水抽出试验 :IXE 1.0 g / 纯净水 100 ml 95 ℃ 20 小时 ) 。
■ 容积抵抗率 :EOCN 5.4g, PN -100 2.7g,TPP0.1g, IXE 10g 混合 → 铅弹成型 → 硬化。
■ 环氧树脂硬化特性 :EOCN 19g, BREN 4g, PN -100 10g , TPP0.1g , SiO2 65g,IXE3g 混合, → 测量扭矩 ( 170 ℃)、 以未添加 IXE 为 100 的时候的相对值。
■ 对应 IXE 的各种阴离子的 Kd( ) 内为 pH 值
IXE 5.0g / 50ml 试验溶液 、 20 -25 ℃ 、 24 小时分配系数 Kd = (C 0 -C) × V / C 0 × m(ml/g)( C0 : 原液离子浓度 , C: 试验液离子浓度 ,V : 试验液体积 、 m : IXE 重量 )
试验溶液:
0.01N 盐溶液 : 0.01N-NaCl, NaBr, NaNO3 , Na2 SO4 和 Na3 PO4
0.01N 混合液 : 0.01N 盐溶液 和 0.01N 酸溶液以 1:1 比例混合
0.01N 酸溶液 : 0.01N-HCl, HBr, HNO3 , H2SO4 和 H3 PO4
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