食品加工新技术-离子交换技术ppt课件.ppt

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1、食品离子交换技术一、概述二、离子交换树脂三、离子交换的基本原理四、离子交换的操作过程、装置及设计原理第一节概述一、离子交换技术的发展1814年，英国人开始认识了交换现象利用离子交换技术法软化水始于20世纪初期在30年代，由于离子交换树脂的出现，离子交换技术的应用迅速发展，广泛应用于化工、医药、食品等领域二、离子交换在食品等工业的应用制糖工业：采用阳离子交换树脂。如Na型阳离子交换剂进行糖汁一级提纯的方法。水解工业：对木材和各种农业废物水解时所得糖溶液进行净化。酵母工业：废蜜的提纯水处理：水的软化、水的软化和部分脱盐、水的脱盐。制药工业的应用废水处理其他：碘的提取、电

2、解质和非电解质的分离三、离子交换的基本概念定义：利用离子交换剂能吸附溶液中一种离子同时放出另一种相同电荷的离子的特点，使这种交换剂和溶液之间进行的同号离子相互交换现象叫离子交换。第二节离子交换树脂一、离子交换剂的基本概念定义：凡具有离子交换能力的物质，统称为离子交换剂。一种多孔状的固体，不溶于水，也不溶于电解质溶液，但能从溶液中吸取离子而进行离子交换。构成：离子交换剂是由固定的“骨架”本体成分和可交换的离子基团构成。二、离子交换剂的分类1.按“骨架”成分分为：有机和无机两大类有机合成离子交换树脂根据树脂所含有的活性基团的不同，树脂的分类如下：（1）阳离子交换树脂ca

3、tionexchangeresin合成树脂的本体上带有酸性活性基团，可以被阳离子所交换的树脂。（2）阴离子交换树脂anionexchangeresin本体上带有碱性活性基团，可以被阴离子所交换的树脂。（3）特殊的离子交换树脂螯合树脂：氨基二乙酸基的树脂对Cu2+、Co2+、Ni2+有很高的选择性。大孔径离子交换吸附树脂：合成过程中加入了一定量的致孔剂，如汽油或苯等，待聚合完毕后，再将这些惰性溶剂从聚合物中赶走，由此而形成海绵状的高强度大孔径树脂。萃淋树脂：是将液体萃取剂加入到苯乙烯和二乙烯苯单体混合物中，用特殊的悬浮聚合法制成。三、离子交树脂的基本性能含水量和密度粒

4、度交联度溶胀变化交换容量选择性1.含水量和密度商品离子交换树脂具有亲水性，常含有一定的结合水分。结合水的含量与其官能基的性质及交联度有关，并随着空气湿度变化而改变。测定树脂含水分的方法可用烘干法，或用KarlFisher试剂滴定法。树脂的湿真密度，是指树脂在水中充分膨胀后，树脂颗粒本身的密度(g/cm3)，一般在1.04～1.3g/cm3左右。2.粒度树脂的粒度关系到离子交换速度、树脂床中液流分布均匀性和液流压强降，以及反洗时树脂流失等。通常树脂床使用的树脂，其颗粒粒径约0.3～1.2mm。特殊用途的细磨树脂，其半径可小至0.04mm。粒度的表示方法方法有两种：以颗

5、粒半径表示；以筛子(目数)表示。标准筛又有两种：美国筛和英国标准筛（BSS）。3.交联度将树脂的骨架用交联法形成一个巨大且可与热固性塑料相比拟的分子网。这种交联的程度称为交联度。树脂的交联度是按合成时所用单体中含有交联剂的质量分数来表示的。例如，聚苯乙烯树脂的交联度为8%DVB，它的意义是这种树脂合成时单体中苯乙烯占92%，二乙烯苯占8%。离子交换树脂的交联度与其许多性质(溶解度、交换容量、膨胀性、选择性、含水量，稳定性等)都有关系。交联度大的树脂特点：空隙率小，相对密度大，含水率高；交联网孔直径小，因而离子交换选择性大，但交换速度变慢；导入活性基团较困难，故交换容

6、量较小；树脂机械强度较大；稳定性好。4.溶胀变化干的离子交换树脂浸入纯水后，水即扩散入树脂交联网孔内。此时，树脂交换基团在水中即发生解离，并形成水合离子，从而使树脂交联网孔增大，发生膨胀，称为树脂膨胀。溶胀变化通常按干树脂所吸取的水的百分率来表示，或称溶胀率树脂溶胀影响因素：所接触的介质(空气、水、溶剂)树脂本身的结构特征电荷密度(离子时的性质和浓度)反离子的种类5.交换容量交换容量是说明树脂的交换能力，通常按每克干树脂所能交换的离子的毫摩尔来表示.在工业上，常按单位体积树脂所能交换的物质的量(摩尔)表示。交换容量的表示法全交换容量它是指树脂活性基团中所有可交换离子

7、全部被交换的交换容量，其单位常用"mol/kg"或"mol/m3表示。工作交换容量它是指动态工作状态下的交换容量，其影响因素主要是:进液的离子浓度、交换操作的控制指标、树脂层的高度、交换速度、树脂粒度以及活性基团的形式等。工作交换容量的单位常用mmol/cm3表示。有效交换容量它为工作交换容量减去因正洗损失的交换容量。单位常用mmol/cm3表示。6.选择性选择性是指离子交换剂对不同离子的亲和力。在低浓度的水溶液中和室温条件下，多价离子比单价离子优先交换。等价离子的选择性随着原子序数的增加而增加在高浓度溶液中，多价离子的选择性随着浓度的提高而减小第三节离子交换的