ZH电控离子交换技术及应用 9787122300201 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王忠德，郝晓刚，杜晓 著

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122300201

商品编码：30000123777

包装：平装-胶订

出版时间：2017-08-01

基本信息

书名：电控离子交换技术及应用

定价：78.00元

作者：王忠德,郝晓刚,杜晓

出版社：化学工业出版社

出版日期：2017-08-01

ISBN：9787122300201

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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随着现代工业的发展，化工、冶金、采矿、电镀和电池等行业产生了大量含有低浓度毒性重金属离子的工业废水，严重污染地表水与地下水，造成可利用水资源总量急剧下降，使土壤中重金属含量增加，危害生物体和人体健康。因此，研究和开发经济、高效、绿色环保的处理含低浓度的毒性重金属离子废水技术来解决环境污染问题已刻不容缓。 目前，相关电活性功能材料合成、结构和性能研究已成为当前国际上的研究热点。特别是根据电活性功能材料的离子交换功能发展起来的环境友好新型电化学控制离子交换(Electrochemically Switched Ion Exchange,ESIX)技术，传统的离子交换过程中，吸附剂或离子交换剂通常需要大量的酸/碱再生。然而，在电控离子交换过程中，可以通过调节沉积在导电基体上的EIXMs的电化学电位实现离子的置入与释放。 本书在作者及其团队对电控离子交换技术多年研究成果的基础上著写而成，内容包括电控离子交换材料的设计、结构与可控合成，电控离子交换机理，碱金属、碱土金属、重金属、阴离子的分离方法和电活性材料的制备及表征，电控离子交换在传感器方面应用，电控离子交换工艺及设备设计等。 本书具有较强的技术性和应用性，可供环境工程、化学工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也供高等学校相关专业师生参阅。

内容提要

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本书在作者及其团队对电控离子交换技术多年研究成果的基础上编著而成，内容包括电控离子交换机制，电控离子交换材料的设计、结构与可控合成，碱金属、碱土金属、稀土金属钇、重金属、阴离子的分离方法的制备及表征，电控离子交换在传感器方面的应用，电控离子交换工艺及设备设计等。本书具有较强的技术性和应用性，可供环境工程、化学工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也供高等学校相关专业师生参阅。

目录

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作者介绍

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王忠德：太原理工大学化学化工学院副教授，加拿大滑铁卢大学访问学者。长期从事电活性功能材料和水处理方面的研究。主持和参与国家863项目一项、科技部中日合作项目一项，日本学术振兴会（JSPS）项目一项，国家自然科学基金三项和省基金和回国留学人员基金等项目十余项。发表sci论文20余篇论文，合作申请国家发明10余项。

文摘

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序言

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水处理的绿色先锋：离子交换技术的原理、发展与前沿应用 水，是生命之源，也是现代工业不可或缺的关键要素。然而，随着社会经济的飞速发展和人口的不断增长，水资源的短缺与污染问题日益严峻。如何高效、经济、环保地获取和利用水资源，已成为全球共同面临的重大挑战。在众多水处理技术中，离子交换技术以其独特的优势，在过去几十年中取得了长足的发展，并不断拓展其应用领域，成为水处理领域的一支绿色先锋。 一、 离子交换的奥秘：分子层面的精准分离 离子交换技术的核心在于利用一种特殊的固体材料——离子交换树脂，来实现水溶液中离子组分的定向迁移与分离。这种树脂具有高度发达的多孔结构和大量的活性官能团，这些官能团能够与水溶液中的特定离子发生可逆的化学反应，从而达到去除或富集目标离子的目的。 更具体地说，离子交换树脂的活性官能团通常带有与水溶液中待交换离子性质相反的电荷。例如，阳离子交换树脂的活性官能团（如磺酸基 -SO3H、羧基 -COOH）带负电荷，能够吸附水溶液中的带正电荷的阳离子（如 Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ 等）。当含有这些阳离子的水流经装有阳离子交换树脂的交换柱时，树脂上的阳离子就会被水中的目标阳离子所取代，从而实现对水中硬度离子、重金属离子等的去除。 同理，阴离子交换树脂的活性官能团（如季铵基 -N(CH₃)₃⁺, 胺基 -NH₂）带正电荷，能够吸附水溶液中的带负电荷的阴离子（如 Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, CO₃²⁻ 等）。这使得阴离子交换树脂在去除水中酸根离子、硝酸盐、亚硝酸盐等方面发挥重要作用。 离子交换反应是可逆的。当树脂吸附了足够量的目标离子，饱和后，可以通过用高浓度的某种特定离子溶液（再生剂）冲洗树脂，使吸附的目标离子重新释放回溶液中，而再生剂中的离子则重新占据树脂上的活性位点，恢复树脂的交换能力，从而实现树脂的再生和循环利用。常用的再生剂包括酸（如盐酸、硫酸）和碱（如氢氧化钠）。 二、 离子交换技术的演进：从基础到精细 离子交换技术并非一成不变，随着科学技术的进步，其理论研究和应用实践都在不断深化和拓展。 早期应用与标准化： 早期，离子交换技术主要应用于水的软化，即去除水中的钙、镁离子，以防止锅炉结垢，保证工业生产的稳定运行。随着对水质要求的提高，其应用范围逐渐扩展到脱盐、除铁、除锰等。在这个阶段，对各种类型离子交换树脂的性能（交换容量、交换速率、选择性、稳定性等）进行了深入研究，并逐渐形成了标准化的设计和操作规范。 精细分离与特种树脂： 随着化工、制药、食品、核能等行业对高纯度水需求的增加，以及对特定离子痕量去除的迫切需求，开发具有更高选择性、更高交换容量、更稳定性能的特种离子交换树脂成为研究的热点。例如，大孔树脂因其更大的比表面积和更通畅的传质通道，在去除大分子有机物和重金属方面表现出色。螯合树脂则因其特殊的官能团（如亚氨基二乙酸、硫脲基等）能够与特定的金属离子形成稳定的螯合物，在去除重金属、回收贵金属方面展现出强大的能力。 集成化与智能化： 现代水处理工艺越来越追求集成化和智能化。离子交换单元不再是孤立的设备，而是与其他水处理技术（如反渗透、纳滤、活性炭吸附等）进行优化组合，形成高效的复合水处理系统。同时，通过引入先进的传感器、在线监测设备和自动化控制系统，实现了离子交换过程的实时监控、精准调控和无人值守运行，提高了系统的效率、可靠性和经济性。 理论研究的深化： 对离子交换机理的深入理解，包括离子在树脂内部的扩散动力学、交换反应的热力学、树脂结构的细微变化对性能的影响等，为开发新型高性能树脂和优化工艺提供了理论基础。计算化学和分子模拟技术也为预测和设计新型离子交换材料提供了新的途径。 三、 离子交换技术的前沿应用：不止于水处理 尽管“离子交换技术”字面上强调的是“水处理”，但其核心的“离子交换”原理早已超越了单纯的水处理范畴，在更广阔的领域展现出强大的生命力。 高纯水制备： 在电子工业、半导体制造、医药生产等领域，对水的纯度要求极高。离子交换技术，特别是混合床离子交换技术，能够将水的电阻率提高到18 MΩ·cm，接近理论极限，为这些行业提供了不可或缺的高纯水。 废水深度处理与资源回收： 工业废水往往含有各种重金属离子、酸碱、有机污染物等。离子交换技术能够高效地去除这些污染物，使废水达标排放。更重要的是，它还能用于回收废水中有价值的金属离子，如铜、镍、金、银等，变废为宝，实现经济效益和环境效益的双赢。例如，在湿法冶金中，利用离子交换可以从矿石浸出液中分离和富集目标金属，提高回收率。 食品与医药行业的应用： 在食品工业中，离子交换树脂被用于脱色、脱苦、脱酸、脱盐，以及糖液的净化、氨基酸的分离等。在医药行业，它可用于药物的纯化、分离，以及医用纯水的制备。 催化剂与吸附剂： 许多离子交换树脂的活性官能团本身就具有催化活性，可以作为多相催化剂用于有机合成反应。同时，特种的离子交换树脂还可以作为高效的吸附剂，用于去除空气或气体中的有害物质，如二氧化硫、硫化氢等。 分析化学领域： 离子交换层析是一种重要的分离分析技术，广泛应用于生物分子（如蛋白质、核酸）、离子化合物的定性与定量分析。 环境监测与修复： 离子交换材料可以用于环境样品中痕量污染物的富集和检测。在环境修复领域，离子交换技术也可用于土壤或地下水的修复，去除其中的重金属或其他有害离子。 四、 面临的挑战与未来展望 尽管离子交换技术取得了显著成就，但仍面临一些挑战： 再生剂的消耗与废水产生： 离子交换过程中的再生环节会消耗大量的再生剂，并产生一定量的含盐废水，这在一定程度上增加了运行成本和环境负担。 对某些有机物的去除效率： 对于一些大分子有机物或非离子型污染物，传统离子交换树脂的去除效率有限。 运行成本与能耗： 在大规模应用中，离子交换系统的运行成本，包括树脂的寿命、再生剂的消耗、泵的能耗等，仍是需要关注的问题。 未来，离子交换技术的发展将更加注重绿色化、高效化和智能化： 开发新型高效、高选择性、长寿命的离子交换材料： 包括功能化纳米材料、新型复合材料等，以提高交换容量、降低再生频率、拓展应用范围。 优化再生工艺： 探索更高效、环保的再生技术，如电再生、膜再生等，以减少再生剂的消耗和废水的产生。 与新兴技术集成： 将离子交换技术与膜分离、吸附、催化、生物技术等新兴技术深度融合，形成具有协同效应的集成化解决方案。 智能化与数字化： 利用大数据、人工智能等技术，实现离子交换过程的精准预测、智能优化和远程监控，提高系统的运行效率和可靠性。 拓展非水体系应用： 探索离子交换技术在有机溶剂、熔盐等非水体系中的应用，以满足特定工业领域的需求。 总之，离子交换技术作为一种精准、高效的物质分离技术，其应用范围已远远超出传统的水处理领域。随着科技的不断发展和对环境保护与资源循环利用需求的日益增长，离子交换技术必将在更多领域展现出其不可替代的价值，为人类社会的可持续发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的不仅仅是知识的增长，更是一种全新的思维方式。在阅读之前，我总觉得“离子交换”是一个非常专业且艰深的领域，只属于化学家或工程师的范畴。然而，这本书以一种非常人性化、易于理解的方式，将复杂的离子交换过程分解开来，并巧妙地将其与电控技术相结合，展现出一种令人惊叹的协同效应。我印象最深刻的是关于水处理的章节，作者详细介绍了如何利用电控离子交换技术，高效、经济地去除水中的有害物质，这对于环境保护和饮用水安全具有极其重要的意义。书中举了许多生动的例子，比如如何应用于工业废水处理，如何应用于家庭净水设备，甚至还提到了在医疗领域的一些前沿应用，比如血液透析。这种将前沿技术与实际生活紧密结合的写作手法，让我深受启发。它让我意识到，看似遥不可及的科学技术，其实就在我们身边，默默地为我们的生活带来便利和改善。这本书让我开始思考，还有哪些领域可以借鉴这种电控与特定技术相结合的模式，从而创造出更多更美好的事物。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计堪称艺术！我通常阅读技术书籍会有一种难以克服的“枯燥感”，但这本书从一开始就抓住了我的注意力。它并非按照传统的知识体系一层层地堆砌，而是以一种“问题导向”的方式，先抛出读者可能遇到的实际问题，然后引出解决这些问题的核心技术——电控离子交换。这种写法让我在阅读过程中始终保持着一种探索和解决问题的热情。我特别喜欢书中关于“智能化控制”的论述，它不再是简单的开关控制，而是通过对环境参数的实时监测和智能算法的分析，实现对离子交换过程的精确调控。这不仅大大提高了效率，还降低了能耗和成本。书中还穿插了一些历史发展的小故事，讲述了这项技术是如何一步步演进至今的，这让我对技术的生命力和创新精神有了更深的理解。它让我看到，每一个伟大的技术背后，都凝聚着无数人的智慧和努力。这本书不仅仅是传授技术，更是在传递一种科学精神和工匠情怀。

评分☆☆☆☆☆

这本书的视角非常独特，它让我看到了“电控”这个通用技术在“离子交换”这一特定领域的强大赋能作用。我一直认为电控技术是比较“宏观”的，比如控制电机、传感器等，但这本书深入挖掘了它在微观层面——与化学反应过程的结合，展现出了惊人的精妙之处。尤其是关于“在线监测与反馈控制”的章节，让我大开眼界。作者详细阐述了如何通过电信号实时监测离子交换过程中的关键参数，并根据这些数据进行动态调整，以确保最优化的运行状态。这简直是将“人工智能”的思想提前应用到了化学工程领域！书中还探讨了这项技术在能源、环保、生物医药等多个领域的广泛应用前景，让我看到了它巨大的发展潜力和社会价值。这本书让我深刻体会到，跨学科的融合往往能催生出最激动人心的创新。它不仅仅是一本关于电控离子交换的书，更是一本关于如何用技术解决实际问题的思想指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直颠覆了我对传统电控技术的认知！一直以来，我总觉得电控技术离我的生活比较遥远，更多的是存在于工业生产和复杂的仪器设备中。但当我翻开这本书，我才发现，原来我们日常生活中许多看似“高科技”的便利，都离不开电控技术的默默支持。比如，智能家居的各种传感器和控制系统，甚至是手机里那些让我们欲罢不能的APP，背后都可能有精密的电控逻辑在运转。作者的讲解方式非常生动，没有过多空洞的理论，而是通过大量实际案例，将抽象的电控原理具体化。我尤其喜欢其中关于“物联网”应用的章节，书中详细阐述了如何通过电控技术将各种设备连接起来，实现信息的互联互通，这让我对未来的智慧城市和智能生活有了更深刻的想象。它不仅仅是一本技术书籍，更像是一扇窗户，让我得以窥见隐藏在现代科技背后的强大驱动力。读完后，我感觉自己对电子产品的理解又上了一个台阶，看待周围的世界也多了一层技术的光辉。我还会向对科技感兴趣的朋友推荐这本书，相信他们也会和我一样，被这本书所展现的精彩世界所吸引。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一堂生动的“应用化学与工程”实践课！在读这本书之前，我对“离子交换”这个概念的理解非常有限，停留在中学化学课本上的简单介绍。而这本书则将这个概念延展到了一个全新的维度——电控。作者用极其清晰易懂的语言，阐释了电控如何赋予离子交换技术更强的“生命力”和“智慧”。我被书中关于“过程优化”的章节深深吸引，它详细解释了如何通过精确的电控参数，来控制离子交换的速率、容量和选择性，从而达到最佳的处理效果。这种精细化的管理，让我联想到现代工业生产中对效率和精度的极致追求。书中还提供了大量的图表和流程图，将复杂的原理可视化，这对于我这样非专业背景的读者来说，简直是福音。它帮助我快速理解了抽象的概念，并能将其与实际的工业场景联系起来。这本书让我看到了技术是如何将理论转化为实际生产力，并且是如何不断突破极限、追求卓越的。