膜分离等其他分离过程

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1、第十章其他分离过程第十章其他分离过程第一节离子交换第二节萃取第三节膜分离本章主要内容一、离子交换剂概述二、离子交换基本原理三、离子交换速度本节的主要内容第一节离子交换（一）离子交换剂的分类一般将具有离子交换功能的物质称为离子交换剂。离子交换剂可以是任何物质，包括有机离子交换剂（天然的和合成的）和无机离子交换剂（如沸石等）。一、离子交换剂概述第一节离子交换离子交换树脂分类方法多种：（1）按物理结构：可分为凝胶型、大孔型和等孔型。（2）按合成单体：可分为苯乙烯系、酚醛系和丙烯系等。（3）按活性基团性质：阳离子

2、交换树脂、阴离子交换树脂等。（二）离子交换树脂的结构离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性基团所构成。第一节离子交换活性基团遇水电离，分成：固定部分和活动部分（三）离子交换树脂的物理化学性质第一节离子交换（1）交联度交联度是指交联剂的用量（用质量分数表示）（2）粒度离子交换树脂通常为球形（3）密度真密度和视密度（4）溶胀性（5）交换容量全交换容量：指单位质量（或体积）的树脂中可以交换的化学基团的总数，亦称理论交换容量。工作交换容量：指树脂在给定工

3、作条件下实际可利用的交换能力。第一节离子交换（6）选择性树脂选择性是指离子交换树脂对不同离子亲和力强弱的反应。影响离子交换树脂选择性的因素：离子的水化半径：离子在水溶液中通常发生水化作用，离子在水溶液中的实际大小以水化半径来表征。水化半径越小的离子越易被交换。离子的化合价：离子的化合价越高，其与树脂的亲和力越强，越易被树脂交换。（一）离子交换反应二、离子交换基本原理第一节离子交换1.可逆反应固态树脂和溶液接触的界面发生可逆离子交换。含Ca2＋的硬水通过RNa型树脂：食盐水使树脂再生：反应式可写为：（10.

4、1.1）（10.1.2）（10.1.3）第一节离子交换2.强型树脂的交换反应强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂（10.1.4）（10.1.5）（1）中性盐分解反应（10.1.6）（10.1.7）（2）中和反应第一节离子交换3.弱型树脂的交换反应弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂（10.1.8）（10.1.9）（3）复分解反应（10.1.10）（10.1.11）（1）非中性盐的分解反应第一节离子交换（10.1.12）（10.1.13）（2）强酸或弱碱的中和反应（10.1.14）（10.1.1

5、5）（3）复分解反应（二）离子交换平衡和选择性系数二、离子交换基本原理第一节离子交换1.一价离子之间的交换离子交换平衡是在一定温度下，经过一定时间，离子交换体系中固态的树脂相和溶液相之间的离子交换反应达到的平衡。一价离子对一价离子的交换反应通式：（10.1.16）第一节离子交换当离子交换达到平衡时，平衡常数为式中：，—树脂相中的离子浓度，kmol/m3；（10.1.17），—溶液中的离子浓度，kmol/m3；平衡常数亦称为离子交换树脂的选择性系数，表示离子交换树脂对溶液中B+的亲和程度和离子交换反应的进行

6、方向。如果选择性系数大于1，说明树脂对B+的亲和力大于对A+的亲和力，离子交换反应向右进行。第一节离子交换选择性系数亦可用离子摩尔分数来表示。式中：c0—溶液中两种交换离子的总浓度，kmol/m3；cB—溶液中B+离子的总浓度，kmol/m3；q0—树脂全交换容量，kmol/m3；qB—树脂中B+离子浓度，kmol/m3。（10.1.18）则：xB＝cB/c0，yB＝qB/q0第一节离子交换式（10.1.17）变为（10.1.18）如果，则B+优先交换到树脂相，并且随的增加，yB增加显著。反之，如果，则A

7、+优先交换到树脂相。第一节离子交换1.二价离子对一价离子的交换二价离子对一价离子的交换反应通式：（10.1.19）其离子交换的选择性系数为（10.1.20）：表观选择性系数，无量纲。第一节离子交换可以看出，该系数随和q0值的增大或c0值的减小而增大，该系数大于1时，有利于B+优先交换到树脂相；反之，则有利于再生反应。（一）离子交换速度的控制步骤三、离子交换速度第一节离子交换①边界水膜内的迁移②交联网孔内的扩散③离子交换④交联网内的扩散⑤边界水膜内的迁移其中①⑤称为液膜扩散步骤，或称为外扩散；②和④树脂颗粒

8、内扩散，或称为孔道扩散步骤；③称为交换反应步骤。离子交换速度实际上是由液膜扩散或者孔道扩散步骤控制。判断离子交换过程是由液膜扩散还是颗粒内扩散控制，可采用Helfferich准数（He）或Vermeulen准数（Ve）进行确定。第一节离子交换1.Helfferich准数（He）He＝1，表示液膜扩散与颗粒内扩散两种控制因素同时存在，且作用相等；He>>1，表示液膜扩散所需要之半交换周期远远大于颗粒内扩散时之半交换周期，故为液膜