第8章3离子交换.ppt

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1、第第8章章(三三)离子交换法离子交换法 离子交换法离子交换法是利用固相离子交换剂功能基是利用固相离子交换剂功能基团所带的可交换离子，与接触交换剂的溶液中团所带的可交换离子，与接触交换剂的溶液中相同电性的离子进行交换反应，以达到离子的相同电性的离子进行交换反应，以达到离子的置换、分离、去除、浓缩置换、分离、去除、浓缩等目的。等目的。离子交换树脂离子交换树脂 高分子聚合物电解质。高分子聚合物电解质。v离子交换树脂的结构特征离子交换树脂的结构特征 l骨架骨架和和活性基团活性基团组成组成l骨架又称树脂本体或母体骨架又称树脂本体或母体l活性基团由固定离子和活动离子组成活性基团由固定离子和活动离子组成一、

2、离子交换剂一、离子交换剂v离子交换树脂的种类l按树脂的类型和孔结构分类：按树脂的类型和孔结构分类：凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型（型（MR型）树脂、高巨孔型（超型）树脂、高巨孔型（超MR型）树脂等。型）树脂等。l按功能基团的性质分类：按功能基团的性质分类：含有酸性基团的含有酸性基团的阳离子交换树脂阳离子交换树脂、含有碱性基团的、含有碱性基团的阴离子交换树脂阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的、含有胺羧基团等的螯合树脂螯合树脂、含、含有氧化有氧化还原基团的还原基团的氧化还原树脂氧化还原树脂（电子交换树（电子交换树脂）、脂）、两性树脂两性树脂

3、等等。其中阴、阳离子交换树脂按照活性基团电离强弱程其中阴、阳离子交换树脂按照活性基团电离强弱程度分为：度分为：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性树脂。强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性树脂。l按树脂交联度分类：按树脂交联度分类：低交联度、一般交联度、高交联度等三种。低交联度、一般交联度、高交联度等三种。二、离子交换树脂的选用二、离子交换树脂的选用1.1.离子交换树脂的有效离子交换树脂的有效pHpH值范围值范围树脂类型树脂类型 强酸性离强酸性离子交换树子交换树脂脂强碱性离强碱性离子交换树子交换树脂脂弱酸性离弱酸性离子交换树子交换树脂脂弱碱性离弱碱性离子交换树子交换树脂脂有效有效pH值范围值范围11411

4、2514172.2.交换容量交换容量 衡量离子交换树脂交换能力的大小。它表示树脂所能交换的交衡量离子交换树脂交换能力的大小。它表示树脂所能交换的交换离子的数量。换离子的数量。全交换容量：离子交换树脂内全部可交换的活性基团全交换容量：离子交换树脂内全部可交换的活性基团的数量。此值决定于树脂内部组成，与外界溶液条件的数量。此值决定于树脂内部组成，与外界溶液条件无关。无关。平衡交换容量：指在一定的外界溶液条件下，交换反平衡交换容量：指在一定的外界溶液条件下，交换反应达到平衡状态时，交换树脂所能交换的离子数量，应达到平衡状态时，交换树脂所能交换的离子数量，其值随外界条件变化而异。其值随外界条件变化而异

5、。工作交换容量：指在某一定的应用条件下树脂表现出工作交换容量：指在某一定的应用条件下树脂表现出来的交换容量。来的交换容量。l树脂的全交换容量最大，平衡交换容量次之，工树脂的全交换容量最大，平衡交换容量次之，工作交换容量最小。作交换容量最小。l离子交换容量的单位：离子交换容量的单位：l 用用每单位重量干树脂所能交换的离子数量每单位重量干树脂所能交换的离子数量表示，表示，eg.mol/kg(干树脂干树脂)。l用用每单位体积湿树脂所能交换的离子数量每单位体积湿树脂所能交换的离子数量表示，表示，eg.mol/L(湿树脂湿树脂)3.交联度交联度4.交换势交换势l树脂的交换选择性：离子交换树脂对水溶液或废

6、水中某树脂的交换选择性：离子交换树脂对水溶液或废水中某种离子优先交换的性能，简称选择性。种离子优先交换的性能，简称选择性。在常温和低浓度下，离子的交换势随溶液中离子价数的在常温和低浓度下，离子的交换势随溶液中离子价数的增加而增加。增加而增加。在常温和低浓度下，价数相同时，交换势随原子序数的在常温和低浓度下，价数相同时，交换势随原子序数的增加而增加。增加而增加。交换势随离子浓度的增加而增大。交换势随离子浓度的增加而增大。H+和和OH-的交换势取决于树脂的性质。的交换势取决于树脂的性质。5.5.树脂的溶胀性树脂的溶胀性6.6.树脂的物理与化学稳定性树脂的物理与化学稳定性7.7.粒度和密度粒度和密度

7、三、三、离子交换平衡和离子交换动力学离子交换平衡和离子交换动力学nR-A+Bn+Rn-Bn+nA+nnnnnARBBRAK 三、三、离子交换平衡和离子交换动力学离子交换平衡和离子交换动力学l交换离子从溶液中扩散到树脂表面；交换离子从溶液中扩散到树脂表面；l离子透过树脂颗粒表面的边界膜；离子透过树脂颗粒表面的边界膜；l离子在树脂颗粒内部孔隙中扩散到交换点；离子在树脂颗粒内部孔隙中扩散到交换点；l离子在交换点进行交换反应；离子在交换点进行交换反应；l被交换的离子沿相反方向迁移到溶液中去。被交换的离子沿相反方向迁移到溶液中去。四、四、离子交换工艺过程和设备离子交换工艺过程和设备1.离子交换设备离子交

8、换设备 固定床固定床：单层床、：单层床、双层床、双层床、混合床混合床 连续床：移动床、流动床连续床：移动床、流动床2.离子交换工艺过程离子交换工艺过程 包括包括过滤（工作交换）、反洗、再生和清洗过滤（工作交换）、反洗、再生和清洗四四个阶段。这四个阶段依次进行，形成不断循环的个阶段。这四个阶段依次进行，形成不断循环的工作周期。工作周期。过滤阶段（过滤阶段（交换阶段交换阶段）利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子的操作过程离脱除需要去除的离子的操作过程。反冲洗阶段反冲洗阶段 目的：目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入一是松动树脂层，使再

9、生液能均匀渗入 层中，与交换剂颗粒充分接触；层中，与交换剂颗粒充分接触；二是把交换过程中产生的破碎粒子和截二是把交换过程中产生的破碎粒子和截 留的污物冲走留的污物冲走。再生阶段再生阶段l再生的推动力再生的推动力主要是反应系统的离子浓度差。主要是反应系统的离子浓度差。l再生方式再生方式：顺流再生（再生阶段的液流方向和过滤阶段相顺流再生（再生阶段的液流方向和过滤阶段相 同者），同者），逆流再生（方向相反）。逆流再生（方向相反）。再生的方法：一次再生和二次再生再生的方法：一次再生和二次再生清洗阶段清洗阶段 目的：目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应物物。通常清洗的水流方向和过滤时一样，所以又。通常清洗的水流方向和过滤时一样，所以又称为正洗。称为正洗。五、离子交换法在废水处理中的应用五、离子交换法在废水处理中的应用l含铬废水的处理含铬废水的处理l含汞废水的处理含汞废水的处理