[发明专利]一种对含有可交换离子的固体物质进行离子交换的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对含有可交换离子的固体物质进行离子交换的方法，特别涉及一种清洁化且低成本地对含有可交换离子的固体物质进行离子交换的方法。

背景技术

据水利部2005年的资料，全国78%流经城市的河段已不适宜作为饮用水源，城市地下水的50%受到污染。水质污染不仅会直接影响工农业生产，对人体健康也会产生严重危害。为了实现国家的可持续发展和人与自然的和谐共存，国家制定了工业污水排放的国家标准GB8978-1996，其中规定石油化工工业铵氮一级排放标准为15mg/L，二级排放标准为50mg/L。

石油化工工业过程中经常涉及对固体物质进行离子交换，以对固体物质进行清洁化处理或者制备具有特定离子的固体物质。但是，现有的对固体物质进行离子交换的方法存在耗时且废水量大的问题。其中，最具代表性的例子是对分子筛进行脱钠处理。

分子筛具有比表面积高、热稳定性和水稳定性好以及孔径均一等结构特点，被广泛用作催化材料、吸附分离材料与离子交换材料，在石油化工领域中具有广泛的用途。但是，人工合成的分子筛通常为Na型，需通过离子交换将其转变成氢型或多价金属离子型分子筛，才能作为酸性催化剂的活性组分使用。

目前，在分子筛制备的过程中，脱除钠离子的方法主要有铵交换方法。但铵交换方法普遍存在的问题是：分子筛原粉需经铵交换制成NH4型分子筛，再焙烧才能转变为氢型分子筛，但是，由于化学平衡的限制，NH4+不能一次完全取代Na⁺，为得到低Na₂O含量的分子筛，铵交换过程需重复进行多次，从而产生大量超标的铵氮废水。为了满足铵氮排放量小于15mg/L的国家标准，需要对废水进行处理，但是，对所述废水进行处理的过程不仅能耗大而且成本高。此外，常规铵离子交换方法需反复调节环境的酸碱性，操作复杂且效率低。

因此，为了满足日益严格的环保法规以及工厂提高经济效益的要求，迫切需要开发绿色环保并可以提高经济效益的对固体物质进行离子交换的技术。

CN102049193A公开了一种对含有可交换离子的固体物质进行离子交换的方法，该方法包括：采用双极膜电渗析对含有离子的溶液进行双极膜电渗析，从而制备酸液或碱液；将所述酸液或碱液与含有可交换基团的固体物质进行离子交换，并将交换得到的浆液进行固液分离，将固液分离得到的液相循环用作双极膜电渗析中的含有离子的溶液。采用该方法对含可交换离子的固体物质进行离子交换，一方面能够实现离子交换的目的，另一方面能够减少化学试剂的使用量，实现废液的零排放。

发明内容

本发明的发明人在实践中发现，采用CN102049193A中公开的方法用酸液对可交换离子为阳离子的固体物质进行离子交换时，存在电渗析电耗高的问题。

本发明的发明人经过研究发现，出现上述现象的原因可能是：含可交换离子的固体物质含有能够与OH^-形成水不溶性物质的可交换离子，在进行离子交换时，这些能够与OH^-形成水不溶性物质的可交换离子与H⁺交换，从而进入通过固液分离而得到的液相中，将含有能够与OH^-形成水不溶性物质的可交换离子的液相循环送入离子交换装置进行双极膜电渗析，以制备用于离子交换的酸液时，上述能够与OH^-形成水不溶性物质的可交换离子与双极膜电渗析过程中产生的OH^-结合，形成沉淀，沉积在离子交换膜的表面上，阻碍了离子迁移，导致离子交换膜的电阻增大，电渗析初始阶段电流强度下降，双极膜电渗析装置的电耗增加。基于上述发现，产生了本发明。

本发明提供了一种对含有可交换离子的固体物质进行离子交换的方法，该方法包括以下步骤：

双极膜电渗析步骤，该步骤包括对含有离子的水溶液进行双极膜电渗析，得到酸液；

离子交换步骤，该步骤包括使所述含有可交换离子的固体物质与所述酸液接触，进行离子交换，得到经离子交换的固体物质的浆液，所述固体物质中的可交换离子含有能够与OH^-形成水不溶性物质的离子；

固液分离步骤，该步骤包括对所述经离子交换的固体物质的浆液进行固液分离，得到第一固相和第一液相，并将所述第一液相的pH值调节为8以上后进行固液分离，得到处理液；

将所述处理液循环至所述双极膜电渗析步骤中，代替至少部分含有离子的水溶液进行双极膜电渗析，以得到所述酸液；

其中，所述含有离子的水溶液中的阴离子浓度或阳离子浓度为0.01-10摩尔/升。