8水处理工程离子交换.ppt

第八章离子交换 离子交换剂 离子交换基本理论 离子交换工艺 离子交换设备及计算 简介 离子交换法：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 工业用水中：制取软水和纯水 工业废水处理中：回收贵重离子，放射性废水处理 优点：去除率高，可浓缩回收有用物质，设备简单，操作控制方便 限制：应用范围受离子交换品种、性能、成本限制；预处理要求高；交换剂再生和再生液处理困难。 第一节离子交换剂 一、离子交换剂的组成、合成、结构、分类 （一）离子交换树脂的组成 三个部分组成 （1）单体：能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是离子交换树脂的主要成分，所以也称为母体。例： （2）交联剂：能在线性结构分子缩聚时起架桥作用，而使分子中基团相互键合成不溶的网状体结构的物质。常用的交联剂是二乙烯苯 交联剂在离子交换树脂内的百分含量，称为交联度 （3）交换基团：连接在单体上的具有活性离子（可交换离子）的基团。它可以由有离解能力的低分子（如H2SO4、N(CH3)3等）通过化学反应引接到树脂内；也可由带有离解基团的单体直接聚合（甲基丙烯酸） （二）离子交换树脂的合成 以苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂的合成为例 （1）高分子骨架的合成：用苯乙烯为单体，二乙烯苯为交联剂，合成聚苯乙烯树脂，作为苯乙烯系离子交换树脂的骨架 （2）交换基团的引入：由苯乙烯和二乙烯苯制得的聚苯乙烯，还没有可供进行离子交换的基团。因此，需要将聚苯乙烯用浓硫酸处理引入活性基团磺酸基(-SO3H)。反应： （三）离子交换树脂的结构 三部分组成 （1）高分子骨架：由交联的高分子聚合物组成 （2）离子交换基团：带有可交换的离子（反离子）的离子型官能团（-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl等）或带有极性的非离子型官能团（-N(CH3)2、-N(CH3)H等） （3）孔：干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔（凝胶孔）和高分子结构之间的孔（毛细孔） 交换基团：固定部分和活动部分 为了书写方便，除了离子交换树脂中的交换基团以外的部分，都用R(Resin)表示： RSO3H （四）离子型交换树脂的分类 1.交换基团性质分类 阳离子交换树脂：与溶液中阳离子进行交换反应的树脂；反离子是：氢离子及金属离子 强酸性和弱酸性 阴离子交换树脂：与溶液中阴离子进行交换反应的树脂；反离子是：氢氧根离子和酸根离子 强碱性和弱碱性 2.按离子交换树脂的孔型分类 凝胶型树脂：均相高分子凝胶结构，统称凝胶型离子交换树脂。在它形成的球体内部，由单体聚合成的链状分子在交联剂的连接下，组成了空间结构。像排布错乱的蜂巢，存在着综横交错的“巷道”。离子交换基团就分布在巷道的各个部分。由巷道所构成的空隙，称为化学孔或凝胶孔。 其孔径大小与树脂的交联度和膨胀程度有关。交联度越大，孔径越小；湿树脂孔径大，干树脂孔径小。 特点：孔径极小，一般在30?以下。只能通过直径很小的离子，直径较大的分子通过时，则容易堵塞孔道而影响树脂交换能力 二、离子交换树脂的命名和型号 GB1631-79《离子交换树脂产品分类、命名及型号》制定。 三、离子交换树脂的性能 1.物理性能 (1)外观： 颜色：凝胶型呈透明或半透明状态；大孔型由于毛细孔道对光的折射，则呈不透明状态。 形状：球形，要求圆球率到90%以上。圆球率越高越好，通水性好，水流阻力小，在一定容积内装载量最大。 （2）粒度： 粒度影响交换速度、水流阻力、反洗。 粒度大，交换速度慢，交换容量低； 粒度小，水流阻力大。 一般树脂粒径：0.3-0.6mm，有效粒径d100.36-0.61,均一系数d40/ d90为1.22-1.66 （3）密度 单位体积树脂的质量称为离子交换树脂的密度 湿真密度：树脂在水中充分溶解后的质量与真体积（不包括树脂颗粒间孔隙的体积）之比，g/mL或kg/L，一般1.04-1.3 湿视密度：是树脂在水中溶解后的质量与堆积体积之比一般0.60-0.85mg/L。 一般阳树脂密度大于阴树脂密度。 （4）含水量 （5）溶胀性 树脂浸于水中，由于活性基团的水合作用使基团交联网孔增大，体积膨胀的现象，溶胀率表示 （6）机械强度 树脂保持颗粒完整性的能力。交联度越大，溶胀率越小，机械强度越高。 （7）耐热性 贮藏和使用温度在5-40℃为宜 （8）孔结构 交换速度与交换容量与孔结构有关。 2.化学性能 （1）离子交换反应的可逆性—必须 （2）酸碱性 弱酸、弱碱树脂受pH影响大 （3）选择性 树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性，是决定处理效率的一个重要因素。 选择性规律： a.离子价数越高，选择性越好； b.原子序数越大，离子水合半径越小，选择性越好。 c.H＋和OH—的选择性决定于树