离子交换原理.ppt

离子交换动力学当溶液中的A与树脂内离子B发生交换反应时，整个反应历将经历五个阶段：（1）膜扩散过程在树脂微粒周围包围着一层静止的液膜，离子必须通过这个膜方能到达树脂表面，这叫膜扩散过程（2）粒扩散过程A离子由表面进入树脂内部，进入交换位置（3）化学交换反应过程（4）B离子由树脂内部进入到树脂表面（5）B离子从表面通过液膜进入外界溶液第19页,共26页，星期六，2024年，5月影响扩散速度的因素1树脂颗粒大小——颗粒越小、内扩散距离短、内扩散速度快2树脂交联度——交联度愈大，树脂网孔减小，扩散速度愈慢3温度——温度升高、有利于提高扩散速度4交换离子的大小———交联度愈大，树脂网孔减小，扩散速度愈慢5溶液浓度——稀溶液中决定的是膜扩散速度、加大浓度、扩散速度加快。浓度过高后，粒扩散速度成为反应速度决定阶段。最后反应趋向于已极限值第20页,共26页，星期六，2024年，5月按照操作方式分类操作方式有静态(与动态交换交换设备两种静态设备为一带有搅拌器的反应罐，目前已较少使用动态设备分为间歇操作的固定床和连续操作的流动床两大类离子交换装置第21页,共26页，星期六，2024年，5月静态交换设备交换液与树脂一同放入容器内，搅拌或鼓入空气，充分接触，交换达到平衡时，过滤将液固分离。为了提高交换效果，需进行多次静态交换，又称间歇式交换。费时，效率低，实用价值小。柱式离子交换罐剖视图第22页,共26页，星期六，2024年，5月动态交换设备动态设备分为间歇操作的固定床和连续操作的流动床两大类固定床有单床（单柱或单罐操作）、多床（多柱或多罐串联）、复床（阴柱、阳柱）、混合床（阴、阳树脂混合在一个柱或罐中）连续流动床是指溶液及树脂以相反方向均连续不断流入和离开交换设备，一般也有单床、多床之分第23页,共26页，星期六，2024年，5月料液处理液单床式料液处理液多床式料液处理液复床式料液处理液混合床式固定床设备第24页,共26页，星期六，2024年，5月下图为三塔式移动床，由交换塔、再生塔和清洗塔组成。运行时，原水由交换塔下部逆流而上，把整个树脂层承托起来并与之交换离子。一段时间后，当出水离子开始穿透时，停止进水，并由塔下排水。排水时树脂层下降(称为落床)，由塔底排出部分已饱和的树脂，同时浮球阀自动打开，放入等已再生好的树脂。连续流动床设备第25页,共26页，星期六，2024年，5月感谢大家观看第26页,共26页，星期六，2024年，5月关于离子交换原理离子交换的定义及发展离子交换树脂及其分离原理离子交换树脂的分类离子交换树脂的理化性能离子交换机理及动力学离子交换装置及再生离子交换的应用主要内容第2页,共26页，星期六，2024年，5月第3页,共26页，星期六，2024年，5月（一）定义利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换作用，使欲提取的组分与其它组分进行分离的单元操作离子交换是一种新型的化学分离过程，是从水溶液中提取有用组分的基本单元操作。树脂容量有限，若溶液中离子浓度太高，则树脂用量多，设备尺寸大，所以离子交换不适宜处理较浓的工艺溶液。离子交换第4页,共26页，星期六，2024年，5月（二）发展1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象；1876年Lemberg揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；1935年人工合成了离子交换树脂；1940年应用于工业生产；1951年我国开始合成树脂。第5页,共26页，星期六，2024年，5月离子交换树脂离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料，在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。结构：离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成。第6页,共26页，星期六，2024年，5月(一)组成离子交换树脂母体(骨架）活性基团固定离子可交换离子苯乙烯(单体)+二乙烯苯(交联剂)母体共聚H2SO4功能基反应R—SO3H固定离子可交换离子母体第7页,共26页，星期六，2024年，5月(二)分类按结构离子交换树脂凝胶型孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。