什么是离子交换(Ion Exchange)？

离子交换是一种化学过程，其中离子在两种电解质溶液之间交换，或在电解质溶液与固体基质结构（称为离子交换聚合物）之间交换。当电解质溶液与聚合物或树脂发生反应时，溶液中的离子被捕获并附着在固体基底上，然后释放出相同电荷的不同离子。阳离子交换发生在带正电的粒子之间，当带负电的粒子被交换时，就会发生阴离子交换。家用产品，如洗衣粉，采用沸石软化水，以防止钙和镁离子干扰肥皂的清洁作用。离子交换可通过铝硅酸盐在自然环境中发生一种被称为沸石的矿物，存在于粘土中。土壤中的阳离子交换水平可作为土壤保持养分的能力的指标。它也是决定地下水纯度的一个重要因素。在工业环境中，离子交换是通过使用合成的有机聚合物来实现的。离子交换聚合物可以用来专门过滤溶液中的某些离子。有四种主要类型的离子交换聚合物具有不同的离子亲和力和化学性质：强碱性阴离子树脂，弱碱性阴离子树脂，强酸性阳离子树脂和弱酸性阳离子树脂。除了这四类之外，还有其他类型的离子交换树脂。螯合树脂在过滤有毒重金属阳离子方面很重要，例如铅和汞。这些树脂用于废水和地下水处理。强酸树脂可用于去除水中的钙和镁离子，过程称为软化水溶液中的钙和镁离子被交换成树脂中的钠离子或氢离子。家用产品如洗衣粉采用沸石软化水，以防止钙和镁离子干扰肥皂的清洁作用。水的去离子是离子的另一种常见应用交换。在去离子过程中，根据所用树脂的类型，从水中除去钠和钙等矿物盐，并用氢离子或氢氧化物阴离子代替。这一过程产生一种与蒸馏水相当的纯净水，在需要高纯度水的实验室和工业过程中非常有用。工业离子交换反应通常使用柱进行。这些容器包含树脂床，当溶液通过时，它能容纳离子交换树脂。流量可以通过附在柱上的阀门和仪器来控制。当溶液通过树脂时，发生离子交换，直到树脂中的所有结合点都被填满，产生一种纯化的溶液。