离子交换的工艺过程

《离子交换的工艺过程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、10.离子交换技术预处理重金属废水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。(1)离子交换过程离子交换过程可以看作是固相的离子交换树脂与液相（废

2、水）电解质之间的化学置换反应。R-A＋＋B＋R－B＋＋A＋R＋C－＋D－R＋D－＋C－其中：R-和R＋代表阳、阴交换树脂的本体，A＋和C－代表树脂上可被交换的离子，B＋和D－表示溶液中待交换的离子。一、离子交换基本理论过程通常分为五个阶段:（a）交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒表面；（b）交换离子在树脂颗粒内部扩散；（c）交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离子发生交换反应；（d）被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散；（e）被交换下来的离子在溶液中扩散。离子交换的总速度取决于扩散速度。(2)离子交换

3、树脂的选择性：一些离子很容易被吸附而另一些离子却很难吸附，被树脂吸附的离子再生的时候，有的离子很容易被置换下来，而有的却很难被置换。离子交换树脂所具有的这种性能称为选择性。树脂对各种离子的交换能力是不同的，交换能力大小主要取决于各种离子对该树脂的亲合力。强酸性阳离子交换树脂的选择顺序为:Fe3+>Cr3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+=NH4+>Na+>H+>Li+离子交换方式可分为静态交换与动态交换两种。静态交换是将废水与交换剂同置于一耐腐蚀的容器内，使它们充分接触（可进行不断搅拌）直至交换反

4、应达到平衡状态。此法适用于平衡良好的交换反应。动态交换是指废水与树脂发生相对移动，它又有塔式(column)（柱式）与连续式之分。在离子交换系统中多采用柱式交换法。二、离子交换的工艺过程(1)柱式交换法1）工艺过程国内常用的固定床式离子交换柱与吸附柱基本相同。树脂在柱内不移动，废水通过一定高度的树脂层进行交换。当树脂失去交换能力以时，或出水中某中离子的浓度超过一定数值时，需进行反洗和再生。柱式交换法的工作是周期性进行的。交换效果受树脂对离子的选择性、树脂的再生程度、树脂层的高度、废水的流速及离子浓度等

5、因素影响。离子交换工艺过程示意图树脂再生液再生废液再生树脂产品水正洗废液正洗树脂进水产品水交换树脂反洗废水反洗水反洗树脂再生液再生废液再生树脂反洗废水反洗水反洗2）装置类型（a）单床离子交换器:使用一种树脂的单床结构；（b）多床离子交换器:使用一种树脂，由两个以上交换器组成离子交换系统；（c）复床离子交换器:使用两种树脂的两个交换器的串联系统；（d）混合床离子交换器:同一交换器内填装阴、阳两种树脂；（e）联合床离子交换器:将复床与混合床联合使用。离子交换柱组合方式(2)连续式交换法连续式交换法的特点是

6、交换、再生、清洗等操作在装置的不同部位同时进行，饱和的树脂连续进入再生柱，新生的树脂同时又连续进入交换柱。该法进行交换所需树脂量比柱式少，树脂利用率高，连续运行，效率高。但设备较复杂，树脂磨损大。三塔式移动床系统由交换塔、再生塔和清洗塔组成。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。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。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

7、，也不溶于电解质溶液。三、离子交换剂的分类及组成离子交换树脂的结构：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。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。离子交换树脂分为阳离子交换树脂(cationre

8、sin)和阴离子交换树脂(anionresin)。如R－SO3－H＋，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。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。按活性基团中酸碱的强弱分为:（a）强酸性(strongacid)阳离子交换树脂，活性基团一般为－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