《离子交换和吸附》PPT课件

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1、第三章离子交换与吸附法§3.1概述离子交换树脂吸附与吸附剂吸附都是从溶液中将溶质组分转移至固相的方法，统称为吸附法，在吸附平衡特性，动力学及使用技术与设备方面均相同或相似，但它们的机理并不一样，离子交换树脂的吸附作用主要是通过离子间的静电引力发生的，是等当量的离子交换，而一般的吸附剂不存在这种等当量交换作用，吸附对象是分子，借助的是物理作用力或化学键作用。§3.2离子交换平衡3.2.1基本概念阳离子交换树脂的可交换离子是阳离子（又称反离子），或者说阳离子交换树脂阻止同离子（阴离子）进入树脂相而允许反离子（阳

2、离子）进入树脂相。阴离子交换树脂亦然，只不过阴树脂的同离子是阳离子，反离子是阴离子。离子交换过程:（1）吸附—漂洗—解吸（2）吸附—漂洗—解吸—漂洗（3）吸附—漂洗—淋洗—解吸—漂洗3.2.1.1平衡常数离子交换的基本反应如下：RB＋A＋＝RA＋B＋3.2.1.2平衡系数3.2.1.3选择性系数平衡系数也称为选择性系数，并标以符号。＜1表明该树脂对B离子的选择性大于A离子。＞1则表明该树脂对A离子的选择性大于B离子。选择性系数是树脂相中A与B的浓度比率与平衡水相中A与B的浓度比率之比；或者说选择性系数是A的

3、分配比与B的分配比的比值。在稀溶液中选择性系数近似可看作常数。q表示A在树脂相中的平衡浓度，C表示A在溶液中的平衡浓度；同时以Q表示A＋B在树脂相中平衡浓度，C0表示A＋B在溶液相中的平衡浓度令Y＝q/QX＝C／C0等价离子交换的情况，固定X，则Y固定。3.2.1.4平衡参数aRbB＋bAa＋＝bRaA＋aBb＋用分别除以分子、分母，称为平衡参数或表观选择性系数。给定X与后，Y的值随Co而变化。3.2.1.5分配比与分离系数用湿树脂体积表示时λ为无因次的量，用干树脂重量表示时，λ的单位为m3/kg。定义为交

4、换平衡中的A、B的分离系数，它等于A、B的分配比的比值＞1表示A的选择性大于B。而对于不等价交换情况，此时不等于选择性系数。这就是说与在概念上是有区别的3.2.2平衡等温线与平衡图图3－1离子交换平衡图3－2等价交换时的平衡图＞1(b)＜1在＞1时，面积SⅡ＞S1；＜1时，面积SⅡ＜S1，K＝在工程上，曲线1为线性平衡f″(c)＝0曲线2为有利平衡f″(c)＜0曲线3为不利平衡f″(c)＞0曲线4为带拐点的平衡曲线5为不可逆平衡图3－3离子交换q－C平衡图q＝f(C)函数有下列几种类型：（1）亨利型（线性关

5、系型）q＝λC（2）朗格谬尔型（双曲线型）当水相浓度较低时，上式可简化为q＝λC（3）弗南德里希型3.2.3道南平衡膜理论3.2.3.1道南平衡将树脂表面设想成为一种半透膜，达到平衡时，膜两侧电解质的化学位应相等电解质的化学位可表示为其离子的化学位之和.稀溶液中可用浓度代替活度树脂中浓度很高时，同离子浓度很小，阳离子交换树脂中的固定离子可高达5mol/L，故它的同离子进入树脂中的量极微。3.2.3.2道南位与道南排斥如果RA型树脂与AY型电解质水溶液接触，因为树脂上的反离子与溶液中的可交换离子为同一种离子A

6、，所以从表面上看，没有离子交换反应发生。但由于树脂中的微孔的毛细管吸入作用，中性电解质AY仍可被吸入交换剂内，只不过这时A和Y都不占据交换剂中的交换位置，这种作用称为非交换吸入。当RA型阳树脂与强电解质AY的稀溶液接触时，树脂相中阳离子A＋的浓度远远大于稀溶液中A＋的浓度，故少量A＋从树脂相进入溶液相，而溶液中的极少量Y－进入树脂相，致使树脂相带负电荷，溶液相带正电荷，从而在两相间形式一个电势差，称之为道南势EDon。显然道南势一建立，静电作用将阻止A＋继续进一步离开树脂相，排斥Y－进入树脂相，直到浓度差所

7、产生的作用与道南势的作用相抵消即达到平衡为止。离子交换树脂对电解质的这种排斥作用，通常称为道南排斥。所以一般情况下，稀溶液中可忽略中性分子进入树脂相。扩散对电中性的极小偏差，除了能以电势差表现出来外，用化学方法是无法测出的。道南排斥存在如下基本规律：（1）树脂内部与外部水溶液之间浓度差越大，Edon越大，排斥作用越强，电解质的非交换吸入量就越小。（2）当树脂的交联度增大或交换容量增大时，其内部反离子浓度亦将增大，如果此时外部溶液电解质浓度不变，则Edon大，电解质的非交换吸入量将会减少。（3）排斥作用与静电

8、作用力有关，因此：A同离子价数越高，越受排斥，如NaCl与Na2SO4相比较，后者更难以中性电解质形式进入阳树脂。B反离子价数越高，排斥作用越弱，如NaCl与CaCl2比，后者更易以中性分子形式进入阳树脂内。3.2.3.3电解质的非交换吸入随外部溶液浓度增加，即树脂相与外部水溶液电解质浓度差减少时，道南排斥作用减弱，中性电解质进入树脂相的问题即不能忽略。电解质溶液浓度（元电荷物质浓度）非交换吸入量（Y／Q）％0.