高效率奈米纖維離子交換膜濾材

離子交換技術之演進





離子交換現象在19世紀末首先被Thompson發現，並用天然磺酸鹽來分離甜菜糖汁中的鉀與鈉；20世紀初，德國化學家Gans以磺鋁酸鹽無機離子交換劑，做為水的軟化劑，為了克服無機離子交換劑的缺點，Adams及Holmes於1935年合成磺化煤、陰離子和陽離子交換樹脂及磺化聚苯乙烯樹脂等，現今離子交換法即使用此類樹脂[1]。

一、基本原理

離子交換法（Ion exchange process）是液相中的離子和固相中離子間所進行的一種可逆性化學反應，當液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時，便會被離子交換固體吸附，為維持水溶液的電中性，所以離子交換固體必須釋出等價離子回溶液中。離子交換能力依其交換能力特徵[2]，如圖1所示可分：

（一）強酸型陽離子交換樹脂

這類樹脂含有大量的強酸性基團，如磺酸基（-SO3H），容易在溶液中解離出H+，故呈強酸性，樹脂離解後，本體所含的負電基團，如－SO3，能吸附結合溶液中的其他陽離子。樹脂在使用一段時間後，要進行再生處理，使樹脂的官能基團回復原來狀態，以供再次使用，如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理，此時樹脂放出被吸附的陽離子，再與H+結合而恢復原來的組成。

（二）弱酸型陽離子交換樹脂

具有較弱的反應基如羧基（-COOH），能與溶液中的其他陽離子吸附結合，從而產生陽離子交換作用，這種樹脂的解離性較弱，在低pH下難以解離和進行離子交換，只能在鹼性、中性或微酸性溶液中（如pH5~14）起作用。這類樹脂亦是用酸進行再生（比強酸性樹脂較易再生）。

（三）強鹼型陰離子交換樹脂

主要是含有較強的反應基如具有四面體銨鹽官能基(亦稱四級胺基)之－N+(CH3)3，在氫氧形式下，－N+(CH3)3OH-中的氫氧離子可以迅速釋出，以進行交換，強鹼型陰離子交換樹脂可以和所有的陰離子進行交換去除，這種樹脂的解離性很強，在不同pH下都能正常工作。它用強鹼（如NaOH）進行再生。

（四）弱鹼型陰離子交換樹脂

這類樹脂具有較弱的反應基如氨基，僅能去除強酸中的陰離子如SO42-，Cl－或NO3－，對於HCO3－，CO32－或SiO42－則無法去除。它只能在中性或酸性條件（如pH1~9）下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進行再生。