离子交换纤维

与离子交换树脂的比较

• 离子交换树脂是球状颗粒（0.3～1.2 mm），离子需扩散进入颗粒内部 → 交换速率受扩散限制（尤其大分子或低浓度时）。
• 离子交换纤维直径仅 10～30 μm → 扩散路径极短 → 交换速率快 10～100 倍，可在高流速下工作。
• 形态灵活：可做成非织造布、织物、滤材 → 压降低、可做成滤筒与滤布（树脂只能装柱）。
• 缺点：交换容量一般低于树脂（单位质量基团数少）、成本较高、装填密度小。
• 因此适合：高速、低浓度、需要成型滤材的场合（如气体净化、连续过滤）。

常见类型与选择性

• 强酸性阳离子交换纤维（—SO₃H）：交换所有阳离子（Na⁺、Ca²⁺、Cu²⁺等），用于软化水、重金属去除。
• 弱酸性（—COOH，如聚丙烯酸接枝纤维）：对二价金属（Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺）选择性好，且易再生（用酸即可洗脱）。
• 强碱性阴离子交换纤维（—NR₃⁺，季铵基）：交换阴离子（Cr₂O₇²⁻、NO₃⁻、染料阴离子、砷酸根），用于去除六价铬、硝酸盐、染料废水脱色。
• 弱碱性（—NH₂、—NH—）：选择性吸附酸性气体（SO₂、HCl、CO₂）与酸性染料。
• 螯合纤维（含偕胺肟、硫脲、氨基膦酸等基团）：对特定金属有极高选择性（如偕胺肟基对铀——用于海水提铀的著名研究方向）。

制备

• 辐射接枝：用 γ 射线或电子束照射纤维产生自由基，再接枝丙烯酸、苯乙烯等单体（最常用的方法，接枝率可控）。
• 化学接枝：用引发剂（过硫酸盐、Ce⁴⁺）引发接枝。
• 化学改性：对已有纤维进行磺化（浓硫酸/氯磺酸）、胺化、腈基转化（聚丙烯腈纤维的腈基转化为偕胺肟基——海水提铀的经典路线）。
• 共混纺丝：把离子交换剂与成纤聚合物共混纺丝（简单但功能基团易流失）。

应用

• 电镀与电子废水：回收铜、镍、金、银、钯（有经济价值）。
• 重金属治理：铅、镉、汞、铬（六价铬用阴离子纤维）。
• 空气净化：去除 SO₂、NOx、HCl、NH₃、H₂S（做成滤材或防护服内衬）。
• 气体分离：CO₂ 捕集（胺基纤维）。
• 催化：把催化剂（金属离子、酶）负载在离子交换纤维上作为载体。
• 分析化学与色谱：离子交换分离柱填料。
• 湿法冶金与海水提铀（偕胺肟纤维）。

相关词条

• 活性炭纤维（fib-activated-carbon-fiber）
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• 功能纤维与改性
• 接枝改性