离子交换技术原理及应用(混床

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1、离子交换技术原理及应用一、离子交换分离法概述1.定义及原理2.离子交换树脂的结构3.离子交换树脂的基本性能4.离子交换平衡5.离子交换速度6.强酸型阳离子交换树脂分离示例7.强酸型阳离子交换树脂洗脱示例1.定义及原理①定义离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行分离的方法。②原理离子交换分离法是基于物质在固相与液相之间的分配。2.离子交换树脂的结构空间网状结构骨架（母体）固定离子：不能自由移动活性基团（附属在骨架上）可交换活动离子可在一定范围内自由移动3.离子交换树脂的基本性能①．外观粒径0.3～1.2mm乳白、淡黄、棕

2、褐色等不透明或半透明球状颗粒②．交联度：以7~10%为宜③．含水率树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%）树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率3.离子交换树脂的基本性能④．溶胀性干树脂+水→湿树脂体积胀大绝对溶胀度Na型→H型体积膨大，相对溶胀度，湿真密度减少Cl型→OH型⑤.密度3.离子交换树脂的基本性能⑥.交换容量全交换容量:一定量树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量工作交换容量：树脂在给定工作条件下实际上可利用的交换能力⑦.有效pH值范围由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH值势必对其交换

3、容量产生影响。树脂类型强酸性弱酸性强碱性弱碱性有效pH值范1~145~141~120~7围4.离子交换平衡一价对一价二价对一价选择系数大于1，说明树脂对B+(B2+)的亲和力大于对A+的亲和力，即有利于进行离子交换反应。反之则有利于再生反应5.离子交换速度1.外部离子向树脂颗粒表面迁移并通过树脂表面的边界水膜2.待交换离子向内进行孔道扩散，到达有效交换位置3.交换反应4.被换下离子向外进行孔道扩散5.通过边界水膜进入外部溶液影响交换速度的因素:溶液浓度；流速和搅拌速率树脂粒径；交联度离子化合价；离子大小6.强酸型阳离子交换树脂分离示例H+,Ca2+

4、，Na+,Fe3+的分离K：亲和力游离状态H+

5、HCO)=RNa+2NaHCO323交换过程树脂层横断面工作是均匀的，高度方向分为三个区：失效区：Na+被Ca2+饱和，交换区：软化区（10~25cm）直接影响树脂层高保护区：全部为钠型树脂（截留交换区中漏掉的Ca2+，供以后交换用）影响交换区厚度的因素：进水布水均匀性、出水流速（15~40m/h）、原水硬度2.离子交换装置的工作周期②.反洗（1）目的：松动树脂层，有利于再生液均匀分布；清洗截留杂质及气泡等；清除破碎的树脂（2）用原水或软化水，水的流向与交换时相反（3）要求：膨胀率e：40~80%（大：浪费水且树脂颗粒间距大，不能碰撞摩擦，反洗效果

6、不好；小：也不能使树脂循环摩擦，效果差。反洗流速v：10~15m/h(与e对应，e大则v大)反洗时间T：30min实际看反洗水中杂质量)2.离子交换装置的工作周期③.再生：特定的树脂的工作交换容量取决于再生质量的好。再生剂用量高，树脂再生度高，出水水质稳定；但再生度到一定程度后增加再生剂用量，树脂的工作交换容量增加甚少再生剂比耗增加很快，制水成本增加很快。2.离子交换装置的工作周期④.正洗：（1）目的：再生后的树脂中含有大量的再生剂，会腐蚀金属，含有大量的硬度离子使初期出水恶化；顶出再生液，充分利用再生剂；排除硬度离子保证初期出水水质H﹤0.05m

7、eq/L。（2）方法：原水或软水，与再生液流向相反终点控制：Cl-与原水相同，Ca2+下降至0.05meq/L以下（3）水量：Q=3~6m3/m3树脂（4）流速：初期3m/h，可充分利用Nal;后期6~8m/h，可缩短时间2.离子交换装置的工作周期⑤.工作周期交换、反洗、再生、正洗四步所经历的时间称交换器的工作周期一个工作周期大约10~12小时，其中反洗、再生、正洗属再生作业，需2~2.5小时。3.逆流再生离子交换装置的特点逆流再生混合床的特点分析：①.再生剂用量少，再生液首先接触饱和程度低的底层树脂，[RCa]低，[NaOH]2高，能保证底层树脂

8、得到充分再生，再生时再生液向上推移，[RCa]越来越2高，[NaOH]虽有降低，反应照常进行，3.逆流再生离子交换装置的特