离子交换原理.ppt

关于离子交换原理第1页，共26页，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日第3页，共26页，星期日，2025年，2月5日（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，星期日，2025年，2月5日（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，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日(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，星期日，2025年，2月5日(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。大孔型离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂(伯、仲、叔胺基)强碱性阴离子交换树脂(季铵基团)弱酸性阳离子交换树脂(羧酸基团)强酸性阳离子交换树脂(磺酸基团)聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂、酚-醛型树脂等；按选择性按主要成分第8页，共26页，星期日，2025年，2月5日凝胶型树脂大孔型树脂第9页，共26页，星期日，2025年，2月5日凝胶型树脂交换容量大、离子交换速度快和耐热性能较好等优点。这类树脂表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状，在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔。湿润树脂的平均孔径为2~4nm(2×10-6~4×10-6mm)。

在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。所以，这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。第10页，共26页，星期日，2025年，2月5日大孔型树脂针对凝胶型离子交换树脂的缺点，研制了大孔型离子交换树脂。大孔型离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，孔径一般为几纳米至几百纳米，比表面积可达每克树脂几百平方米因此其吸附功能十分显著。离子交换反应的速度快，约比凝胶型树脂快约十倍。而且能抗有机物的污染（因为被截留的有机物容易在再生时通过这些孔道除去）。即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起离子交换和吸附作用。大孔型树脂的缺点是交换容量较低，再生时酸、碱的用量较大和售价较贵等。第11页，共26页，星期日，2025年，2月5日*b.丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂a.苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂(三)常用离子交换树脂的化学结构732阳离子交换树脂（钠型，苯乙烯与二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基的离子交换树脂）第12页，共26页，星期日，2025年，2月5日*c.苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂d.苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂717阴离子交换树脂（氯型、乙烯苯基-N,N,N-三甲基氯化铵与二乙烯苯的聚合物）第13页，共26页，星期日，2025年，2月5日*①粒度（珠状颗粒型）：0.315-1.2mm②含水量（凝胶树脂）：30%-80%③交换容量：单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能交换离子相当于一价离子的物质的量④离子交换选择性：,mmol/g或者⑤对不同离子的选择性，例：(四)离子交换树脂的性能苯乙烯强酸阳离子型（对阳离子的选择性）F