《离子交换法》课件

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1、第五节离子交换法3.5.1离子交换法的定义离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子的方法。3.5.2离子交换的基本原理阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，其中的H+能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为:2R—SO3H＋Ca2＋（R—SO3）2Ca＋2H＋阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH

2、3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NR′H）等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为R—N（CH3）3OH＋Cl-R—N（CH3）3Cl＋OH-1、离子交换：指固体离子交换剂与液体之间的界面上发生的离子交换过程。2、是一种特殊的吸附过程。3、离子交换剂是由分子骨架和交换基团所组成，交换基团在溶液中能电离出能自由移动的可交换离子，可与溶液中相应的其他同类型离子进行离子交换——交换反应。4、离子交换反应为平衡可逆反应，反向进行时称为再生反应。3.5.3离子交换动力学离子交换过程分五个阶

3、段：电解质离子由溶液扩散到离子交换剂表面。（膜扩散过程）电解质离子通过离子交换剂和溶液的界面或膜扩散到离子交换剂的结构内部。（孔道扩散过程）被交换离子与交换剂上可交换离子进行离子交换反应。交换后的离子从交换剂内部向外扩散。（孔道扩散过程）交换后的离子扩散到溶液中。（膜扩散过程）3.5.4离子交换剂一、离子交换剂的分类、组成和结构1、根据母体材料不同，可分为：无机离子交换剂：天然沸石、合成沸石。有机离子交换剂：磺化煤、离子交换树脂、离子交换纤维等2、根据功能基团化学性质的不同，可分为：强碱型：Cl—型、OH—型（不受PH值影响）

4、阴离子交换剂：弱碱型：（在酸性溶液中有较高的交换容量）强酸型：H+型、Na+型（不受PH值影响）阳离子交换剂：弱酸型：H+型、Na+型（在碱性溶液中有较高的交换容量）两性离子交换剂：螯合型离子交换剂：二、离子交换树脂1、离子交换树脂的分类按离子交换树脂物理结构的不同，离子交换树脂分为：a.凝胶型树脂：30埃以下，孔径极小，它只通过直径很小的离子;直径较大的分子通过时容易堵塞孔道而影响树脂的交换能力。b.大孔型树脂：孔径从几十到上万埃，可以使直径较大的分子通行无阻，所以用它去除水中高分子有机物具有良好的效果。缺点：离子交换基团含

5、量相应减少，交换能力比凝胶型树脂低；大孔型树脂的吸附能力强，与交换的离子结合较牢固，不容易充分恢复其交换能力。c.载体型树脂：以球形硅胶或玻璃球等非活性材料作为载体，把它作为中心核，在其表面覆盖离子交换树脂薄层，从而得到载体型离子交换树脂。离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0.1~1mm，依其交换能力特征可分：强酸型阳离子交换树脂：主要含有强酸性的反应基如磺酸基（－SO3H），此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。弱酸型阳离子交换树脂：具有较弱的反应基如羧基（－COOH基），此离子交换树脂仅可交换部分阳离子；强碱型阴

6、离子交换树脂：主要是含有较强的反应基，如季胺基－N+(CH3)3，在氢氧形式下，－N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出，以进行交换，强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除。弱碱型阴离子交换树脂：具有较弱的反应基如氨基，仅能去除强酸中的阴离子如SO42-，Cl－或NO3－，对于HCO3－，CO32－或SiO42－则无法去除2、离子交换树脂的组成不溶性树脂母体：有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。活性基团：由起交换作用的离子与树脂母体联结的固定离子组成。交联度：交联剂与单体的重量比。3、离子交换树脂的物理性

7、能外观：⑴颜色。离子交换树脂是一种透明或半透明的物质，依其组成的不同，呈现的颜色也各异，苯乙烯系均呈黄色，其他也有黑色及赤褐色的。⑵形状。离子交换树脂一般均呈球形。树脂呈球状颗粒数占颗粒总数的百分率，称为圆球率。对于交换柱水处理工艺来说，圆球率愈大愈好，它一般应达90%以上。粒度：树脂颗粒的大小对水处理的工艺过程有较大的影响。颗粒大，交换速度就慢；颗粒小，水通过树脂层的压力损失就大。如果各个颗粒的大小相差很大，则对水处理的工艺过程是不利的。这首先是因为小颗粒堵塞了大颗粒间的孔隙，水流不匀和阻力增大；其次，在反洗时流速过大会冲走

8、小颗粒树脂，而流速过小，又不能松动大颗粒。用于水处理的树脂颗粒粒径一般为0.１～1mm。密度：（1）干真密度：即在干燥状态下树脂本身的密度；（2）湿真密度：是指树脂在水中经过充分膨胀后，树脂颗粒的密度：（3）湿视密度.是指树脂在水中充分膨胀后的堆积密度，湿视密度用来计算交换器