离子交换树脂：分类、应用及金属回收研究

离子交换树脂：分类、应用及金属回收研究

目录

第一章 引言

1.1离子交换树脂概述…………………………………………………………2

1.2离子交换树脂的化学结构与物理性质………………………………3

1.3离子交换树脂的分类……………………………………………………3

1.4 离子交换反应……………………………………………………4

第二章 离子交换树脂在金属回收中的应用

2.1离子交换树脂在金属回收中的应用概述…………………………………………………………4

2.2离子交换树脂在贵金属、稀有金属回收中的应用研究

第三章 离子交换树脂在其他方面的应用………………………………7

第四章 结论…………………………………………………………8

参考文献………………………………………………………………9

离子交换树脂在贵金属及稀有金属回收中的应用研究

摘要：本文主要介绍了离子交换树脂的发现、化学结构、物理性质（）

介绍了在金属及稀有金属回收方面的研究成果及应用。

简要论述了离子交换树脂在其他领域的应用及研究。

关键词：离子交换树脂 稀有金属 贵金属

第 1 章 简介

1.1 离子交换树脂概述

离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，1935年由英国人阿登曼首先发现。

和 EL 发表了一篇关于利用苯酚-甲醛缩合物合成有机离子交换剂的论文。

树脂替代研究报告

[1]

离子交换树脂是最早实现工业化的功能高分子材料，经过各种功能化改性，

聚苯乙烯树脂中含有H+离子结构，能交换多种阳离子，称为阳离子交换树脂。

能交换各种阴离子的结构称为阴离子交换树脂。它们主要用于水处理。离子交换膜也可以

用于饮用水处理、海水处理、废水处理、甘露醇及柠檬酸溶液的钝化、牛奶、酱油的脱盐、

酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜。

螯合树脂可以选择性地捕获和分离含有金属离子的溶液中的特定金属离子。最常用的是

亚胺基羧酸型螯合树脂。可选择性捕获钼离子。含有具有环状六酮结构的聚苯乙烯螯合树脂。

它可以从1L海水中捕获1.2μg放射性铀。稀土元素对于高温超导体、永磁体和荧光材料非常重要。

新型螯合树脂分离技术将极大地促进稀土工业的发展。

含钴金属离子的螯合树脂，具有很强的氧气吸附能力，能从混合气体中分离氧气，具有类似

此外，螯合树脂还可用于处理放射性金属废液和分离具有生理活性的物质。

硫化氢、氰化物等有害物质的质量及消除

[2]

。

离子交换树脂是一类能表现出离子交换功能的高分子材料。

许多化学基团由两个带相反电荷的离子组成：一个离子与主链化学键合

一个是固定离子表面的固定离子，另外一个是通过离子键与固定离子结合的反离子。

它由移动离子组成，这些离子在一定条件下可以与周围的其他类似离子进行交换。

离子交换树脂大多是苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和丙烯酸或其衍生物与二乙烯基苯的共聚物。

离子交换树脂实际上是一种不溶不熔的高分子酸碱。

或者盐，根据解离程度不同，可分为强酸，弱酸，强碱，弱碱。

脂质的主要作用是离子交换，此外还具有吸附、催化、脱水等功能，例如在水处理中发挥重要作用。

树脂应用最重要的方面包括水软化、水淡化和高纯水制备。

用于稀土金属、轻重金属、过渡金属、贵金属的分离、提纯和回收。在食品工业中可用于

用于葡萄酒的除浊、脱色、调节pH值、提高稳定性，制成多孔泡沫可用作香烟过滤嘴。

广泛应用于电镀废水、造纸废水、生活污水、工业废气的处理。

[3]

本文主要讲离子交换

树脂在金属回收中的应用。

1.2 离子交换树脂的化学结构和物理性质

离子交换树脂的组成元素一般为碳、氢、氧、氮、硫，其组成单元为聚合物骨架，连接

离子交换树脂是一种不溶于酸、碱溶液、有机溶剂和溶剂混合物的树脂。

一种溶剂的高分子量化合物，具有高度的物理和化学稳定性，其聚合物骨架为三维多维网络。

聚合物链相互连接、缠绕，链间带有带电功能基团，带电功能基团与带相反电的功能基团结合在一起。

聚合物骨架和功能基团不能自由移动，但反离子可以解离成

自由移动的离子在一定条件下可以与同种电荷的其他反离子交换，并解离或

解吸过程是可逆的，决定了树脂的离子交换性能。

离子交换树脂的物理结构由三部分组成：交联聚合物链（带有功能基团和​​反离子），

聚合物链之间的间隙（当含有水时，间隙被结合水填充），凝胶相之间的孔隙（只有大孔树脂才具有这种

当干式离子交换树脂浸入水中时，其交联聚合物链骨架具有亲油性，不会吸水。

亲水功能团可以结合大量的水，离子交换树脂结合水的链间间隙增大，导致树脂发生一定的

同样，由于交联结构限制了树脂可以结合的水量，链间空间只能在一定程度上增加。

1.3 离子交换树脂的分类

[4]

离子交换树脂的分类方法有多种，其中最常用、最重要的两种分类方法如下。

（一）按交易所性质分类

根据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大类。

种类。

阳离子交换树脂又可分为强酸、中酸、弱酸三种。

（2）按树脂物理结构分类

根据树脂的物理结构，离子交换树脂可分为凝胶型、大孔型和载体型三类。

1.4 离子交换反应

[5]

离子交换树脂的交换反应是其功能基团上所结合的反离子与外界带相同电荷的其他离子进行交换。

子元素可以互换，可以表示如下：

[]-X

—B-

→[]—X

—

+回答

—

[]—是的

+D+

→[]—是

+关注

—

第二章 离子交换树脂在重金属及稀有金属回收中的应用

2.1 离子交换树脂在金属回收中的应用概述

离子交换是冶金工业中重要的单元之一，在铀、钍等超铀元素、稀有金属、重金属、轻金属

离子交换树脂在金属、贵金属和过渡金属的分离、净化和回收中起着非常重要的作用。

2.2离子交换树脂在金属及稀有金属回收中的应用研究

颜庆秀

[6]

PAN-S 用于形成螯合树脂，以分离和富集贵金属钌、金和钯。

进行了一系列研究，以找出最佳的柱更换条件、最佳的洗脱酸类型、最佳的酸度、最佳的流速、

最佳柱高和最佳洗脱剂量。

冯嘉 张华 邵黎明 何品菁

[7]

采用离子交换法将锂离子电池正极中的硫酸浸出液分离。

试验研究了浸出液pH值、浸出液循环次数等因素对浸出液中钴及主要杂质的影响。

结果表明，当采用TP207树脂维持锂离子电池正极浸出液pH为2.5时，溶液

该液体通过树脂循环10次，C离子的去除率达到97.44%，钴离子的回收率达到90.20%。

所得产物可作为工业原料。

陈敏

[8]

选择适当的树脂利用离子交换吸附的原理回收钼酸铵生产过程中产生的酸性物质。

钼废液中钼金属经稀氨水饱和树脂解吸，得到钼酸铵溶液，再经净化、除杂，即得到符合国家标准的钼。

尾液进一步回收有价金属及铵盐，实现钼酸铵生产废液零排放，资源化循环利用。

预期效果：运行两年后，取得了经济效益和环境效益。

孟进,王宏明,陈如清等

[9]

简要介绍了国内外铀、钼吸附分离的现状。

利用矿石浸出液进行离子交换法分离铀、钼的研究结果表明，大孔树脂B对铀、钼及饱和氯化物的吸附

氢氧化钠溶液转化-水解吸铀-氢氧化钠或氢氧化铵溶液解吸钼的解吸工艺是可行的，可以实现铀

高效分离和回收钼。

胡小梅，黄娟，舒媛，等。

[10]

研究了001×7阳离子交换树脂分离纯化谷胱甘肽的工艺条件。

观察001×7阳离子交换树脂对GSH的静态吸附、洗脱时间、洗脱剂、洗脱浓度、洗脱率。

流速等因素影响GSH的分离纯化，确定了工艺流程，柱的最佳pH值为2.5，洗脱液为NaCl溶液。

该溶液最佳洗脱浓度为1.2%,洗脱流速为2.0 ml/min,收集洗脱液,采用紫外分光光度法检测。

GSH浓度为75%，回收率为75%，纯度相对提高了60%。

薛娟琴、杨娟娟、杜士仪等

[11]

分别采用201×7OH型强碱性阴树脂和732Na型强酸。

结果表明，温度越高，

阳离子交换反应进行，但不利于阴离子交换反应的发生，将氯化亚铜依次用两种树脂处理。

废水采用多级交换方式可以取得显著的处理效果。

陆慧霞、王建友、傅学琪等

[12]

为了处理低浓度重金属离子废水，传统的超纯水

对公司生产的EDI内部结构进行了适应性改进，以模拟低浓度含镍废水为研究对象，对填料树进行了研究

树脂类型对工艺分离性能的影响。结果表明，采用大孔强酸强碱混床树脂比凝胶型树脂分离效果更好。

有效强化过程传质。

郑宏

[13]

介绍了一种用于废水中混合重金属离子富集分离的新型离子交换系统。

由以无机材料为载体的新型离子交换器和逆向连续离子交换设备组成。新型离子交换系统

与传统处理工艺相比，具有独特的工艺特点和优势，混合废水经该系统处理后，废水回用率可提高

回收的铜、锌、镍产品纯度可达99.9%。

系统总体效益良好，一般3～5个月即可收回投资成本。

顾明川

[14]

调节煤矿水的pH值，使铀与CO32-结合生成稳定的UO2(CO3)22-和

经过UO2(CO3)34-络合离子后，通过阴离子树脂吸附去除水中的铀。研究表明：调节煤矿水pH值

当该值为7时,D301阴树脂对铀的吸附去除率在98%以上。

康兴东,张益民,黄静等

[15]

提出了一种从石煤中提取钒的动态离子交换三塔串联工艺流程。

离子交换工艺处理时间缩短50%，树脂解吸率提高2%以上，钒富集倍数较传统石煤提高。

钒焙烧-水浸-离子交换工艺流程改进25%。

连培超、孟文杰、唐德元

[16]

镁离子是湿法磷酸中的杂质之一，它的存在影响磷酸的稳定性。

采用单因素试验初步研究了温度、树脂等因素对001×7树脂净化湿法磷酸的影响。

树脂用量、反应时间、搅拌速率等因素对镁净化率的影响。

树脂用量的增加使镁净化率提高，但当树脂用量增加到一定值时，镁净化率的增加趋势趋于平缓，而其他因素

对镁净化率影响不显著，在研究范围内，除镁过程为内扩散控制过程。

李红艳,李亚欣,李尚明

[17]

工业废水中的重金属离子毒性较大、难以生物降解。

水体中重金属离子浓度越来越高，排放标准越来越严格，使得此类废水的排放成为难题。

目前离子交换技术在重金属废水排放处理中已经取得了很多成果并在工程上发挥了显著的作用。

本文综述了该技术的应用，并详细讨论了影响该技术的各个参数，包括pH值、溶液

浓度、树脂用量、接触时间及操作条件等。

熊学良，谢美秋，陈健等

[18]

采用201树脂离子交换回收废钨触媒碱浸出液中的钨。

研究了液体流速、温度、阴离子杂质对钨吸附的影响以及不同解吸剂对钨解吸的影响。

当前溶液的流速由2.0 mL/min增大到8.0 mL/min时,WO3的饱和交换容量由332.9 mg/g降至150.9

当预交换液中含有10g/L AlO-2、10g/L CO23-、5g/LOH-时,饱和交换容量相应降低。

169.2、201.6、231.04 mg/g,2 mol/L NaCl与1 mol/L NaOH混合溶液解吸效果良好。

吸收率可达98.2%。

刘金辉、陈功新、田娟

[19]

以相山铀矿细菌浸出铀为例，采用717#强碱性阴离子交换树脂进行细菌浸出。

采用静态法研究pH值、浸出液中铀浓度、振荡时间对树脂吸附容量的影响。

采用动态法研究了铁对铀的影响，研究了树脂的饱和吸附容量和铁作为杂质对铀分离提取的影响。

研究表明，该树脂具有良好的铀吸附性能，铀回收率高，每克干树脂的铀吸附容量可达62.2mg。

单位体积湿树脂的吸附容量为145.7 mg/mL。

李玲 温健康 阮仁曼

[20]

溶液分离技术制约了整个湿法镍回收工艺。

回收液中镍无毒、无污染，且能洗脱、再生、循环使用，具有良好的应用前景。

综述了溶液中镍离子交换分离回收的研究进展，重点介绍了离子交换机理、离子交换树脂分离

溶液中镍回收的研究进展及发展趋势[J].

杨马云、蔡俊