08章2离子交换反应.ppt

§ 8.2 离子交换反应 离子交换反应是可逆反应； 是在固态的树脂和溶液接触的界面间发生的化学反应。 工程中，离子交换分为交换和再生两个互逆的反应过程。使离子交换树脂多次重复使用。 一、 强型树脂的离子交换反应 强型树脂：强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。 1．中性盐分解反应 上述离子交换反应使溶液中生成游离的强酸或强碱。 2．中和反应 上述反应的结果在溶液中形成电离极弱的水。 3．复分解反应 二、 弱型树脂的交换反应 弱酸性阳离子交换树脂只能在pH＞4时进行交换反应，弱碱性阴离子交换树脂只能在pH＜7时才能进行交换反应，而中性盐分解反应会生成强酸或强碱，听以弱型树脂不能进行中性盐分解反应。 3.复分解反应 三、离子交换平衡 离子交换平衡：在一定温度下，经过一定时间，离子交换体系中固相的树脂和液相之间的离子交换反应达到的平衡。 服从等物质量规则和质量作用定律。 设离子交换反应： 以A型阳离子交换树脂与水中的一价阳离子B进行交换。 当离子交换反应达平衡时。据质量作用定律： R—A+B+ R—B+A+ 式中：ΚAB－A型树脂对B+的选择性系数； ［R-B］,［R-A］—分别为平衡时树脂相中B＋和A＋的浓度，mmol/L； ［B＋］，［A＋］—分别为平衡时水中B＋和A＋的浓度， mmol/L 可将选择性系数表达式中的各浓度用各相中离子的分率表示，则为： 式中 ΚAB－A型树脂对B离子的选择性系数； y—平衡时，树脂相中B离子的分率，其值为： y=［RB］/（［RA］＋［RB］）； x—平衡时，水相中B离子的分率，其值为： x=［B＋］/（［A＋］＋［B＋］） 离子价态不同时：设一价离子对两价离子交换，以Na型离子树脂对水中Ca2＋交换，其反应式和选择性系数： 式中，KCaNa—Na型树脂对Ca2＋离子的选择系数； ［R2Ca］，［RNa］—分别为平衡时树脂相中Ca2＋和Na＋浓度，mol/L； ［ Ca2＋ ］，［Na＋］—分别为平衡时水中Ca2＋和Na＋ 浓度， mol/L。 写成通式的形式为： 则其选择性系数有： 式中: ΚAB*—表观选择性系数； E0—树脂的全交换容量； C0—液相中两种交换离子的总浓度（均按一价离子计）， mol/L。 ΚAB*、y、x的意义同式（8－3），各种离子浓度均以一价离子作为基本单元计。 结论：不等价离子间交换，其表观选择性系数与树脂全交换容量E和溶液中两种交换离子的总浓度C0有关。 由上可知，对于两种离子的交换，其离子交换的选择性系数是平衡时液相和树指相中两种离子量比值的函数。 以等价离子交换为例，因其离子分率不同，则ΚAB 的直就会有所不同。如果以树脂相中B离子的分率为纵坐标，溶液相中B离子的分率为横坐标，根据不同的ΚAB 值，用式(8－3)作图，即可得到等价离子交换的平衡曲线，如图8－1 由平衡曲线知，当树脂相中B的离子分率y相同时，ΚAB 值愈大，则溶液相中B的离子分率x愈小，即水中的B离子的浓度愈低，交换效果就愈好。 同样，上述讨论也适用于各种阴树脂对水中阴离子的交换。常见离子选择性系数列于表8—4 由离子交换平衡曲线知：树脂的除盐和再生实际上是离子平衡建立和移动的过程，随着旧的平衡不断被打破，新的平衡不断建立，水中B离子就越来越少。 四、 固定床离子交换原理 1．水中含有Na+与H+离子的交换： 水从上部进入，先在表层一定厚度的交换剂中Na+与H+进行交换。此层交换剂上H+很快被交换完，成为失效层。 继续进水，水通过失效 层，离子交换进入下 一层进行，即工作层。 工作层以下的交换剂， 称为尚未工作的交换 剂 层，如图8－3（a） 所示。 工作层向下移动，出水质量基本不变。 工作层下缘移至底部时， Na+出现（称为穿透或泄漏）。 当泄漏的Na+ 达一定值时，整个交换剂失效，停止运行。 末层离子交换容量未能充分发挥，仅起保证出水质量的作用—保护层。如果其厚度大→交换柱的工作交换容量小；反之，交换柱的工作交换容量大。 图示，两种不同保护层厚度 下交换柱的工 作交换容量的 大小。 影响保护层厚度的因素： 流速大小，要求的出水水质，树脂对去除离子的亲合力，树脂粒度。 2，水中含有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+、 H+离子 实际水中含有多种阳离子，所以离子交换过程是很复杂。 原交换剂是H型，初进水，各种阳离子与H+交换，离子交换顺序：Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+的规律。 从上而下交换剂吸着离子的。 继续进水，开始分层。 水经过吸着