イオン交換の原理

イオン交換の原理
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<内容>
固体中のイオンと溶液中のイオンが置き換わるイオン交換は環境にやさしい反応であり、水処理、食品・医薬品製造、廃棄物処理など幅広い分野で活用され、この技術で日本は世界をリードしています。
本書では、イオン交換のメカニズム、応用技術をわかりやすく紹介。


<目次>
第1章 イオン交換はどんな技術だろう
1 イオン交換って何だろう?「環境にやさしい技術のお手本」
2 イオン交換の歴史「イオン交換はどのように使われてきたか」
3 イオン交換体「有害・有用金属イオン分離材」
4 イオン交換体はどんなところに「環境保全に活躍するイオン交換」
5 イオン交換樹脂の構造「イオンを交換できる高分子の鎖」
6 イオン交換繊維「わざわざ繊維にする価値がある」
7 特定のイオンを通すイオン交換膜「固定荷電基が重要な役割」
8 意外に身近なイオン交換膜「脱塩・淡水化から発電まで」
9 ゼオライト「環境浄化のための優れた吸着剤」
10 粘土鉱物「土の中のイオン交換体」
11 無機層状化合物のイオン交換特性「リン酸ジルコニムとLDH」
12 マンガン酸化物のイオンふるい「イオンをふるい分ける分離材」

第2章 イオン交換体で「水」を作る
13 超純水を作るイオン交換体「イオン交換は最先端半導体を支える」
14 超純水は何に使う?「不純物を含まないのがメリット」
15 超純水を分析してみよう「超純水を汚染する要因」
16 軟水化技術「高純度軟水の利用は様々」
17 電気透析法「イオン交換膜で脱塩と濃縮」
18 海水淡水化に使われる逆浸透法「膜を用いて水に溶けた塩類を除く」
19 モザイク荷電膜「脱塩を行う機能性分離膜」
20 海洋深層水透析「ミネラル分離は1価イオン選択透過性」

第3章 イオン交換と生活
21 イオン交換膜で塩を作る「日本人の食生活をイオン交換が支える」
22 焼酎とイオン交換「イオン交換樹脂で雑味除去」
23 ワインの澱(おり)を取り除く「イオン交換膜を用いて酒石安定化」
24 アミノ酸の精製「アミノ酸の個性を利用して分ける」
25 抗菌デオドラント「銀の抗菌効果で体臭を防ぐ」
26 医薬品とイオン交換「電荷の相互作用でタンパク質を精製する」
27 薬物の経皮投与「イオントフォレシス」
28 層状化合物の医薬品への利用「DDSの開発をめざして」

第4章 産業の最先端を支えるイオン交換
29 食塩電解「水銀法からイオン交換膜法へ」
30 ソーダ工業「イオン交換膜とキレート樹脂」
31 塩から酸とアルカリを作る「酸とアルカリを作るバイポーラ膜電気透析法」
32 無機イオン交換体触媒「粘土鉱物から触媒をつくる」
33 ポリスルホン化触媒「ポリスルホン化で耐熱性向上」
34 電子材料と無機イオン交換体「イオン交換で信頼性向上」
35 ガラスの化学強化「安心して使える強いガラスパネル」
36 防眩ミラーで快適運転「光を制御する次世代ガラス」
37 層状物質でナノシートを作る「分子レベルの薄膜からなる二次元ナノ物質」
38 ポリマークレイナノコンポジット「ポリマーと粘土のナノ複合材料」
39 レアメタルとイオン交換「イオン交換で資源循環社会を目指す」

第5章 イオン交換と先端分離・計測
40 クロマトグラフィー「イオン交換で有用物質を分離と分析」
41 光学異性体の分離「鏡面対称体の分離方法」
42 イオン交換と超分子「超分子形成に基づくイオン認識」
43 カリックスアレーン「金属イオンをサイズで認識分離」
44 イオン液体「室温で液体として存在する塩」
45 鋳型樹脂「分子内の「手」を正確にキャッチ」
46 pHを測る「ガラス膜がpHに応答」
47 臨床検査にも活用されるイオン選択性電極「医療に役立つイオン認識技術」
48 ガスセンサー「固体電解質を用いて酸素濃度を電圧で計る」

第6章 イオン交換とエネルギー
49 燃料電池とイオン交換「イオン交換膜は燃料電池のキーパーツ」
50 メタノール型燃料電池「包接で燃えないメタノール」
51 固体高分子膜「燃料電池の心臓部は固体高分子膜」
52 水素ステーション「水素を水から作る」
53 リチウムイオン電池「リチウムイオンの往復で電気を貯める」
54 バイオディーゼル燃料「植物油脂からディーゼル燃料へ」
55 核燃料を再処理「放射性廃棄物から有用元素を取り出す」
56 海水からウランを回収「接ぎ木の技術で高性能捕集材を開発」
57 海水からリチウムを回収「リチウムイオンを大きさで見分けるイオン交換体」
 
第7章 環境を守るイオン交換
58 セシウム137の分離「放射性セシウム汚染の拡大防止策」
59 エコマテリアル「環境調和型材料」
60 イオン交換による土壌浄化「天然鉱物のイオン交換能を利用」
61 酸性雨と酸性霧「大気から地表への酸の沈着による環境影響」
62 めっき液の処理技術「キレート化合物のリサイクル」
63 硝酸イオンの除去「硝酸イオンに対する選択性がカギ」
64 リン酸イオンの除去「層状複水酸化物を用いて水環境を守れ」
65 有害陰イオンの回収「特定の有害陰イオンを選択的に吸着」
66 夢の新素材キチン・キトサン「エビやカニが人類を救う」

【コラム】
水がイオン交換選択性の決め手
スーパーカミオカンデと超純水
日本の食卓塩
都市鉱山とレアメタル
海水中の微量元素を測る
固体の中のイオンの動き
南極での汚染防止










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イオン交換 とは - コトバンク
イオン交換体と呼ばれる物質と電解質溶液が接触することにより,その物質中に結合していたイオンが溶液中のイオンと交換する現象をいう。水中の特定イオンの分離として着目され,純水の製造,廃液中からの有価イオンの回収,濃縮,糖液精製,アミノ酸,抗生物質等の精製,核燃料サイクルにおける分離等に利用されており,化学工学の一つの単位操作となっている。イオン交換は電気的に同種の,かつ等量のイオンの間で生じる現象であり,正電荷をもつイオンすなわち陽イオンを交換する場合を陽イオン交換,逆の場合を陰イオン交換という。


072.gif日本イオン交換学会
http://www.jaie.gr.jp
<目的>
産・官・学における化学、電気化学、電気、機械、原子力、新エネルギー、医薬、食品、バイオ、 分析等の広範な分野の研究者、技術者の知見を集積し、学術団体として様々に変化する環境、資源、エネルギー等の諸課題に学際的、 業際的な取り組みを行い、社会に貢献すること










沸石 - Wikipedia
沸石(ゼオライト、zeolite)とは、天然に産する鉱物グループ。
アルミノケイ酸塩のなかで結晶構造中に比較的大きな空隙を持つものの総称でもあり、分子ふるい、イオン交換材料、触媒、吸着材料として利用される。現在では、さまざまな性質を持つ沸石が人工的に合成されており、工業的にも重要な物質となっている。
沸石は二酸化ケイ素からなる骨格を基本とし、一部のケイ素がアルミニウムに置き換わることによって結晶格子全体が負に帯電している。そのため、微細孔内にナトリウムなどのカチオンを含み、電荷のバランスを取っている。粉末状にした沸石を別の種類のカチオンを含んだ水溶液中に入れると、細孔内と水溶液中でイオン交換・吸着が起こる。この交換反応は可逆的であり、時間がたつと飽和して平衡状態となる。カリウムやセシウムもカチオンなので、沸石によってイオン交換・吸着される。
沸石の陽イオン交換優先順位は下記の通り。
Cs > Rb > K > NH4 > Ba > Sr > Na > Ca > Fe > Al > Mg > Li

ゼオライトは上述のイオン交換能をもつため水質改良剤として用いられる。例えば、水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンをゼオライト中のナトリウムイオンと置きかえることで水の硬度を下げることができるので、衣類用の洗剤などに含まれている(「水軟化剤」等と記載されている)。また微細孔内に植物の生育に必要なカチオンを保持するため、陽イオン交換容量を増す土壌改良剤としても用いられる。

ゼオライトはその細孔内に選択的に分子を取り込み、反応させることができるため、触媒として多方面に利用されている。例えばZSM-5という合成ゼオライトを用いることでメタノールからガソリンを合成することに成功している。また、ディーゼル排気中に含まれるNOxを分解・除去するための触媒としても期待されている。

ゼオライトは微細孔内に水分子を吸着し、また放出することができるため、有機溶媒の脱水や湿度調節に用いられる。また、観賞魚飼育のろ過材としても使用され、水中内のアンモニア、有機物質、バクテリアの繁殖などに使われている。


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by wikibbs | 2013-08-27 03:10 | 科学
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