为了降低碱激发偏高岭土地聚物的泛碱程度,采用具备阳离子交换性能的改性5A沸石降低地聚物孔隙中游离碱金属阳离子的含量。通过地聚物的抗压强度测试、孔结构分析(BET)、微观形貌分析(SEM-EDS)等方法探究改性5A沸石对地聚物微观结构和宏观性能的影响。通过电感耦合等离子原子发射光谱仪(ICP-OES)检测浸出液中阳离子含量,利用Image Pro Plus软件计算在固定泛碱模式下地聚物的泛碱面积,评估改性5A沸石对地聚物泛碱程度的影响,并揭示改性5A沸石对地聚物中Na+和Ca2+迁移规律的影响。结果表明,掺量为4%(质量分数)的改性5A沸石既能通过内养护和微集料效应优化孔结构,增强地聚物的力学性能,又能与孔溶液进行阳离子交换,形成(N,C)-A-S-H凝胶; Na+浸出量降低了19.4%,地聚物表观泛碱程度降低了57.3%。

以具备阳离子交换性能的Y分子筛颗粒为载体，设计合成了Y分子筛颗粒负载纳米铁材料，用于同步去除水中Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)污染。结果表明：Y分子筛颗粒负载纳米铁后，对Cu(Ⅱ)-Cr(Ⅵ)体系中Cu(Ⅱ)的吸附量由46.6 mg/g提升至67.6 mg/g，并具备去除Cr(Ⅵ)的能力(13.2 mg/g)。溶液中共存的Cu(Ⅱ)会显著促进负载材料对Cr(Ⅵ)的去除。负载材料对Cu(Ⅱ)的去除机理包括Y分子筛的阳离子交换作用和零价铁的还原作用，Cr(Ⅵ)的去除主要归结于零价铁的还原作用，同时Cu(Ⅱ)的还原产物可促进负载材料对Cr(Ⅵ)的去除。

以新疆蛭石为原料，采用插层-微波法和插层-焙烧法制备了2种高膨胀倍数的膨胀蛭石，利用X射线衍射、场发射扫描电镜等分析手段对产物的物相组成、微观形貌等进行表征分析，并测试了不同加热方式制备膨胀蛭石的阳离子交换容量(CEC)和亚甲基蓝(MB)吸附量。结果表明：2种加热方式制备的膨胀蛭石膨胀率具有明显的差异，焙烧膨胀蛭石(BCV)膨胀倍数(56.12倍)是微波膨胀蛭石(WCV)的1.4倍；在浓度为300 mg/L的亚甲基蓝溶液中，焙烧膨胀蛭石吸附MB能力差，而微波膨胀蛭石因其具有高阳离子交换容量而对MB具有很好的吸附性能，吸附量最高可达391.26 mg/g。

锆锡合金具有优异的核性能, 被广泛应用于核工业领域, 其中的杂质元素含量通常控制在很低水平。 电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）是一种可进行多元素同时分析的无机质谱技术, 已普遍应用于冶金分析领域。 ICP-MS具有图谱简单、 灵敏度高等优点, 但也不可避免地存在质谱干扰问题, 需要用其他辅助手段予以解决。 ICP-MS测定锆锡合金中Cd含量时其所有同位素均被Zr和Sn的多原子离子或同质异位素干扰, 需要进行基体分离。 建立了ICP-MS测定锆锡合金中Cd, Al, B, Mg等11种痕量杂质元素含量的方法, 其中Cd, Mg等6种元素经微型阳离子交换柱分离富集后测定, 同时采用干扰校正方程校正了113In对113Cd的潜在干扰; 其他杂质元素离子不经分离直接采用内标法测定。 在稀氢氟酸介质中, Cd2+等杂质离子被吸附在阳离子交换柱上, 而Zr则形成络阴离子不被吸附, 杂质元素与基体元素Zr分离并获得富集。 杂质离子以盐酸洗脱后用ICP-MS检测, 消除了测定Cd时Zr基体对其产生的干扰。 主要研究了Cd元素与Zr基体的分离条件, 包括上柱酸度、 淋洗酸度、 洗脱酸度、 进样浓度和流速, 同时考察了其他杂质元素在经优化实验获得的分离条件下的行为。 结果表明, Mg, Mn, Co, Cu, Pb 5种元素具有与Cd类似的分离富集行为, 可以同时进行测定。 最终获得的分离条件为: 流速2 mL·min-1, 泵入2 mL 浓度为50 mg·mL-1的样品（上柱酸度为0.5%氢氟酸）, 用0.5%氢氟酸淋洗9 min, 用10%盐酸洗脱4.5 min 后测定。 方法的分离周期约为15 min, 各元素的检出限介于0.005 8~0.21 μg·g-1之间, 回收率在85%~110%之间, RSD值小于5%。 采用本方法测定了Zr-zirlo核级锆锡合金样品中11种杂质元素的含量, 结果的精密度和准确度均满足相应产品标准的要求。

为了增强 β-NaGdF4∶Yb3+,Tm3+纳米晶的上转换发光, 克服外延增长钝化壳增大尺寸的不足, 利用阳离子交换法制备核壳纳米结构, 研究了样品在980 nm激发下的上转换发光性质。首先, 利用高温热分解法制备了直径为10 nm的β-NaGdF4∶Yb3+,Tm3+ 纳米晶; 然后, 将制备的纳米晶与Gd3+在油酸-十八烯混合溶液中在300 ℃进行交换反应。实验结果表明, 随着表面Yb3+和Tm3+被Gd3+取代, 钝化壳的形成抑制了内部Yb3+的表面去激发过程, 增强了内部Yb3+ (2F5) → Tm3+ (3H5, 3F2,3 )的能量传递, 上转换发光逐渐增强。交换30 min后, Tm3+的3H4 →3H6近红外发光增强达到最大, 为对照样品的6.5倍, 而尺寸基本保持不变。在生物成像方面, 上转换纳米晶的尺寸必须与生物分子相匹配, 同时发光强度要高, 阳离子交换法既能增强近红外发光, 又能保持原来小的尺寸, 在生物成像领域具有很好的应用前景。

自然条件下, 铂族元素(PGEs)一直被认为是表生条件下的痕量元素。 但是, 随着铂族元素在机动车排放催化剂及其他方面的广泛使用, 最终导致Pt, Pd, Rh会排放到环境中。 目前, 铂族元素在环境中存在一定程度的积累现象, 机动车尾气催化转换器被认为是其污染的主要来源。 为研究北京市城区内道路尘土铂族元素的污染状况, 于2010年11月采集了北京市内大型居民社区内的道路尘土样品。 样品先经王水热消解以及阳离子交换树脂(Dowex AG50W-X8)分离纯化后, 采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了道路尘土样品中三种铂族元素(铂(Pt)、 钯(Pd)和铑(Rh))的浓度。 结果表明: 北京城区内居民社区道路尘土中Pd, Pt和Rh的含量范围分别为: 14.20～161.80, 9.39～70.80和3.18～17.05　ng·g-1, 其平均浓度分别为50.76, 23.82和7.54 ng·g-1, 高于北京市土壤背景值, 说明北京城市居民社区内道路尘土中PGEs已经有了一定程度的富集。 其中, Pd, Pt和Rh分别高于北京土壤背景值约49.8, 32.6和5.1倍。 为了定量评价道路尘土中PGEs的污染状况, 采用地积累指数法对北京市道路尘土进行了评价。 地积累指数法评价结果发现: 大型居民社区内道路尘土中PGEs污染程度由强至弱的顺序依次为: Pd＞Pt＞Rh, 总体而言, 北京城区内大型居民社区内道路尘土存在较为明显的PGEs污染。

原子光谱法直接测定纯铝材中的砷,受到铝基体的干扰.实验表明,当被测试液中Al的质量浓度大于等于As的5 000倍时,测量误差大于5%.为了降低被测试液中铝的浓度以消除干扰,利用对Al3+吸附作用强的强酸型阳离子交换纤维作为固相萃取剂,通过对萃取剂用量、萃取温度、pH值等条件的研究,得到以下方法:0.900 0 g强酸型阳离子交换纤维在55 ℃,pH 2.0的试液中,对Al3+进行超声辅助萃取5 min,此时以砷酸形式存在的砷不被萃取而留在试液中供测定.结果表明,10.00 mL含砷1.00 μg,铝20.0 mg的试液经过分离后,其中砷未见损失,而残留铝质量浓度约为砷的2 000倍,已不干扰ICP-AES测定As.方法检出限(3 s)为0.027 μg·mL-1,方法定量下限(10 s)为0.091 μg·mL-1.本方法已用于合成样、铝制饮料易拉罐和烘烤食品用铝箔等样品中As的测定,标准加入的回收率98.3%~105%;RSD(n=3) 0.1％~4.3％;结果显示,在本实验所测的铝易拉罐和烘烤用铝箔样品中,砷的含量均低于国家标准(GB/T 3190—2008)的限定值.

合成硫化锌纳米簇并对其进行表征, 建立一种利用硫化锌纳米簇的阳离子交换(CX)反应检测痕量生物分子的方法。采用水热法合成非荧光硫化锌纳米簇(NCCs)并对其进行表征。纳米簇的性能直接影响检测结果。通过透射电镜图像和X射线衍射可知, 纳米簇是多孔的, 可以通过快速阳离子交换反应从纳米簇中释放大量的Zn2+, 在锌响应试剂的作用下产生荧光信号进行荧光检测。其晶体的外部比内部排列松散, 有利于快速阳离子交换, 其晶体尺寸大小与加热时间有关。通过比表面积检测法测定纳米簇的表面积和孔径表明, 最小的纳米簇拥有相对较大的表面积及较高的阳离子交换效率。实验了三种释放方法(酸溶解法、阳离子交换法和微波辅助阳离子交换法)对Zn2+释放性能的影响, 结果表明, 微波辅助阳离子交换法信噪比较高, 操作简便, 可用于硫化锌纳米簇免疫测定法中。比较了Zn2+的释放效率和目标结合力与平均直径之间的关系, 结果表明纳米簇尺寸为44 nm时表现出最高的阳离子交换效率。结论: 所有这些特点, 使ZnS纳米簇阳离子交换放大器在痕量生物分子检测方面成为高度灵敏、生物相容性好、低廉环保的检测工具。

目前岩土工程性能的测试多为破坏性试验, 不能用于固土现场的在线监测。 激光击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, 简称LIBS)技术具有快速、 实时在线等特点。 利用自行搭建的一套LIBS检测系统对不同配比的离子土固化剂(ionic soil stabilizer, ISS)水溶液改性滑带土进行了时间演化研究, 并通过与改性后土壤的塑性指数、 粘聚力、 压缩系数等工程性质的比对, 发现在现有的三个配比(1∶100, 1∶200, 1∶300)中1∶200的ISS改性过程中阳离子交换速度最快, 工程性能指标显示改性效果非常明显, 这些工作为ISS应用于固土工程提供了实验依据, 同时也为岩土工程性质的检测提供了一条新的思路。

为了实时探测离子土固化剂（ISS）在固土过程中的阳离子交换量（CEC），采用激光击穿光谱技术（LIBS），对ISS处理后的土壤溶液中的K、Ca、Na、Mg、Al、Si这6种离子含量进行探测。分别对由不同配比（1∶100、1∶200和1∶300）的ISS处理过的高岭土、膨胀土、红粘土等5种标准土壤进行了研究，结果表明：同一土壤中的各种离子随ISS配比的变化趋势各不相同；不同土壤与ISS作用的效果各不相同；ISS的配比并非越高越好。这些工作为ISS固化机理的研究提供实验依据，而利用激光击穿光谱技术进行探测的方式为ISS固化机理的研究提供了新的思路。