油田污水处理第7章_离子交换-B

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1、Ion-exchange第7章离子交换法◆什么是离子交换？◆离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？◆离子交换的机理是什么？◆什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？◆基本的离子交换操作是怎样的？通过本章学习应掌握以下内容：离子交换法是一种借助于离子交换剂(ionexchangeresin)上的离子和废水中的离子进行交换反应而除去废水中有害离子的方法。离子交换过程也可以看成是一种特殊吸附过程，所以在许多方面都与吸附过程类同。离子交换过程的特点在于:它主要吸附水中以离子态存在的物质，并进行等当量的离子交换。在废水处理中，离子交换主要用于回

2、收和去除废水中金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子，对于净化放射性废水及有机废水也有应用。离子交换剂分为无机和有机两大类。无机的离子交换剂有天然沸石和人工合成沸石（硅铝酸盐矿物）。沸石既可作阳离子交换剂，也能用作吸附剂。有机的离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。磺化煤由烟煤或褐煤经发烟硫酸磺化处理后得到的有机阳离子交换剂。7.1离子交换剂的分类及组成离子交换树脂是一类具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，是一种疏松的具有多孔结构的固体球形颗粒，不溶于水，也不溶于电解质溶液。目前在水处理中广泛使用的是离子交换树脂，它具有交换容量高；球形颗粒，水流阻力

3、小，交换速度快；机械强度和化学稳定性都较好.7.1离子交换剂的分类及组成一部分是不溶性的树脂本体(resinmatrix)。树脂本体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。交联剂的作用是使树脂本体形成立体的网状结构。L离子交换树脂的结构另一部分是具有活性的交换基团（也叫活性基团）。交换基团(functionalgroup)由起交换作用的离子和与树脂本体联结的离子组成。如磺酸型阳离子交换树脂的组成为：R－SO3－H＋，其中R－为树脂本体，SO3－H＋为交换基团，H＋是可交换离子。L简写体型聚苯乙烯交联体的合成阳离子交换树脂的制备由于交联体中含有苯环，

4、通过磺化反应可向交联体中的苯环上引入－SO3H基团，形成强酸性阳离子交换树脂。引入活性基团阴离子交换树脂的制备树脂的网络骨架离子树脂三维空间立体结构如R－NH2活性基团水合后形成含有可离解的OH－离子：R－NH2＋H2OR－NH3＋OH－OH－可以和其它阴离子交换离子交换树脂如R－SO3H＋，酸性基团上的H＋可以电离，能与其他阳离子进行等当量的离子交换阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阳离子交换树脂(cationresin)阴离子交换树脂(anionresin)（a）强酸性(strongacid)阳离子交换树脂活

5、性基团一般为－SO3H，故又称磺酸型阳离子交换树脂。（b）弱酸性(weakacid)阳离子交换树脂活性基团一般为－COOH，故又称羧酸型阳离子交换树脂。其中活性基团中的H＋可以被Na＋代替，因此阳离子交换树脂又可分为氢型和钠型。按活性基团中酸碱的强弱分（c）强碱性(strongbase)阴离子交换树脂活性基团一般为NOH，故又称为季胺型阴离子交换树脂。（d）弱碱性(weakbase)阴离子交换树脂活性基团一般有－NH3OH、＝NH2OH和NHOH之分，故分别又称伯胺型，仲胺型和叔胺型离子交换树脂。阴离子交换树脂中的氢氧根离子OH－可以用氯离子C

6、l－代替。因此，阴离子交换树脂又有氢氧型和氯型之分。具有特殊活性基团的离子交换树脂，如氧化还原树脂，两性树脂（羧酸基和胺基），螯合树脂（胺羧基）根据离子交换树脂颗粒内部结构特点，又分为凝胶型(gelstructure)和大孔型(macroporousstructure)两类。两者的区别在于结构中孔隙的大小。凝胶型树脂不具有物理孔隙，只有在浸入水中时才显示出其分子链间的网状孔隙（20～40Å）；而大孔树脂无论是干态或湿态，用电子显微镜都能看到孔隙（200～10000Å）其它离子交换树脂类型7.2离子交换树脂的性能指标（1）离子交换容量交换容量(exc

7、hangecapacity)是树脂交换能力大小的标准，可以用重量法和容积法两种方法表示。重量法是指单位重量的干树脂中离子交换基团的数量，用mmol/g或mol/g来表示。容积法是指单位体积的湿树脂中离子交换基团的数量，用mmol/L或mol/m3树脂来表示。由于树脂一般在湿态下使用，因此常用的是容积法。离子交换容量＊全交换容量是指树脂中活性基团的总数。＊工作交换容量是指在给定的工作条件下，实际所发挥的交换容量，实际应用中由于受各种因素的影响，一般工作交换容量只有总交换容量的60％－70％。＊有效交换容量是指出水到达一定指标时交换树脂的交换容量。（2

8、）含水率含水率通常以每克湿树脂（去除表面水分后）所含水分百分数来表示。（3）相对密度离子交换树脂的相对密度有三种表示方法: