第四章水的离子交换处理.ppt

第四章　水的离子交换处理 4.1离子交换树脂 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。在工业用水处理中，它占有极重要的位置，用以制取软水或纯水．在工业废水处理中，主要用以回收贵重金属离子，也用于放射性废水和有机废水的处理。 采用离子交换法，具有去除率高，可浓缩回收有用物质，设备较简单，操作在制容易等优点。但目前应用范围还受到离子交换剂品种、性能、成本的限制；对预处理要求较高；离子交换剂的再生和再生液的处理有时也是一个难题 4.1.1离子交换剂的分类，组成及结构 1、按母体材质不同，离子交换剂可分为无机和有机两大类。 无机离子交换剂包括天然沸石和合成沸石。是一类硅质的阳离子交换剂。成本低，但不能在酸性条件下使用。 有机离子交换剂包括磺化煤和各种离子交换树脂。磺化煤是烟煤或褐煤经发烟硫酸碳化处理后制成的阳离子交换剂，成本适中，但交换容量低，机械强度和化学稳定性较差。目前在水处理中广泛使用的是离子交换树脂，它具有交换容量高（是沸石和磺化煤的8倍以上）；球形颗粒，水流阻力小，交换速度快；机械强度和化学稳定性都好，但成本较高。 2、按离子交换树脂的化学结构可分为不溶性树脂母体和活性基团两部分。树脂母体为有机化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母体形成主体的网状结构。交联剂与单体的重量比的百分数称为交联度。活性基团由起交换作用的离子和与树脂母体联结的固定离子组成。 3、树脂制造 制造离子交换树脂的方法有两种。（1）直接聚会有机电解质，如由异丁烯酸和二乙烯苯（交联剂）直接聚合成按酸型阳离子交换树脂。这种方法制备的树脂质量均匀。（2）先聚合单体有机物，然后在聚合物上接入活性基因。如由苯乙烯和二乙烯苯（交联剂）共聚得交联聚苯乙烯： 此种聚合物没有活性基因，称为白球。将白球用浓硫酸磺化，可得磷酸型阳离子交换树脂（RSO3H）： 其中—SO3H是活性基团，H-是可交换离子。如将白球氯甲基化和胺化，则得到阴离子交换树脂由此可见，采用（2）法制备离子交换树脂可以灵活选择活性基因，不受单体性质限制、且易于控制交联度。 阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的，而阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的。根据其酸碱性的强弱，可将树脂分为强酸（RSO3H）、弱酸（RCOOH）、强碱（R4NOH）、弱碱（RnNH3OH，n=1～3)四类。活住基团中的H+和OH-可分别用Na+和Cl-替换，因此，阳离子交换树脂又有氢型和钠型之分；阴离子交换树脂又有氢氧型和氯型之分。有时也把钠型和氢型称为盐型。 此外,还有一些具有特殊活性基因的离子交换树脂。如氧化还原树脂，含流基、氢醌基；两性树脂，同时合羧酸基和叔胺基；螫合树脂，含胺羧基等。 离子交换树脂具有立体网状结构，按其孔隙特征，可分凝胶型和大孔型。两者的区别在于结构中孔隙的大小。凝胶型树脂不具有物理孔隙，只有在侵入水中时才显示其分子链间的网状孔隙；而大孔树脂无论在干态或湿态，用电子显微镜都能看到孔隙，其孔径为(200～10000)×10-10m，而凝胶型孔径仅(20～40)×10-10m。因此，大孔树脂吸附能力大，交换速度快，溶胀性小。 4.1.2离子交换树脂的命名和型号 国际上离子交换树脂的品种很多，型号不一。我国早期也存在这种情况，用户极不方便。为此，国家颁发了《离子交换树脂分类、命名及型号》GB1631—79，对命名原则规定如下： 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。如，大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。第一、第二位数字的意义，见下表 ＊大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。如011×7，表示强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其交联度为7。 树脂型号中的一、二位数字的意义 4.1.3树脂的分类 离子交换树脂的分类，一般按交换基团能解离的离子种类分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 1．阳离子交换树脂。交换基团能解离的离子是阳离子的，叫做阳离子交换树脂。在使用时通常是游离酸型即RH型，而且各种RH解离出H+能力的大小不同。所以，其中又分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂。 2．阴离子交换树脂。交换基团能解离的离子是阴离子的，叫做阴离子交换树脂。使用时通常是游离碱型即ROH型，而且各种ROH解离出OH-