《离子交换》PPT课件 (2)

故：酸性树脂以RH表示；碱性树脂以ROH表
示
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树脂的类型
按树脂类型和孔结构不同，分为凝胶型、 大孔型、多孔型、巨孔型等。
按活性基团不同：
阳 离 子 ( 酸 性 基 团 ) ： 强 酸 型 (-SO3H) ； 弱酸性(-COOH)
阴离子(碱性基团)：强碱性(≡NOH)；弱碱 性(≡NHOH，= NH2OH，—NH3OH)
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硬度的单位
➢ 硬度的单位为meq/L ➢ 10mgCaO/L为1度（德国） ➢ mgCaCO3/L（美国，日本） ➢ 1 meq/L＝2.8德国度＝50
mgCaCO3/L ➢ 法定计量单位为物质的量浓度mol/L
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水的软化处理
➢ 药剂软化法
基于溶度积的原理，加入某些药剂，把水 中钙镁离子转变成难溶解化合物使之沉淀析出
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选择性
离子交换树脂对水中某种离子能优先交换 的性能称为离子交换选择性。选择性表示了 交换离子取代树脂上可交换离子的难易程度， 与树脂间结合力的大小，离子交换的先后顺 序和交换量。
交换基团分为固定离子和活动离子
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离子交换树脂的结构
固定离子：与母体牢固结合，固定在树脂的 网状骨架上，不能自由移动。
活动离子：依靠静电引力与固定离子结合， 遇水可离解，并能在一定范围内自由移动， 与水中其它同性离子进行交换反应，为可交 换离子。
例 ： —SO3H 中 ， —SO3 固 定 ， H+ 移 动 ； ≡NHOH中，≡NH固定，OH-移动
水的软化
➢硬度是水质的一个重要指标 ➢硬度盐类包括Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、 Mn2＋、Fe3＋和Al3＋等易形成难溶盐 类的金属阳离子 ➢硬度分为碳酸盐硬度和非太酸盐硬 度
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硬度的危害
➢ 长期饮用高硬度的水，会造成胆结 石等疾病
➢ 锅炉用水中含有硬度盐类，会在受 热表面形成水垢，轻则降低锅炉效 率，重则会引起爆炸
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离子交换法
ຫໍສະໝຸດ Baidu概述
8.1.1 离子交换剂 8.1.2 离子交换速度 8.1.3 树脂层的离子交换过程 8.1.4 水的离子交换软化 8.1.5 水的离子交换除盐 8.1.6 离子交换法在废水处理中的应用
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概述
在给水处理中，离子交换是软化、除盐的 主要方法之一；废水处理中，常用于去除金 属离子。
母体：由高分子化合物与交联剂经聚合反 应而成。树脂中交联剂的重量在树脂重量中 所占的百分数称为交联度。
交换基团：树脂母体并不具有离子交换性 能，只能在母体上引入交换基团才成为离子 化合物，具有离子交换能力。
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离子交换树脂的结构
常用的交换基团有：经磺化反应引入的SO3H（阳离子）；经氯甲基化及胺化引入的 ≡NOH（ 强碱性阴离子）、≡NHOH（叔 胺 型）、=NH2OH（仲胺型）和—NH3OH（伯 胺型）等。
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离子交换剂
水处理中常用的离子交换剂为磺化煤和离子 交换树指，废水处理中主要用树指。
磺化煤：煤研磨后经浓硫酸处理而得的碳质 离子交换剂。
离子交换树脂：有凝胶型、大孔型和等孔
型等。根据交换基团（活性基团）的不同，
可分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性四
种。前两种有酸性交换基团，为阳离子型交
螯合树指（羟胺基团）
氧化还原树指：精两选课性件pp树t 指等。
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离子交换树脂的性能指标
1、密度 2、含水率 3、酸、碱性 4、选择性 5、交换容量 6、交联度 7、树脂的再生
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密度
（1）湿真密度：树脂在水中经充分膨胀后的 颗粒密度
湿真密度 湿湿 树树 脂脂 颗重 粒 （g体 /L） 积（11-3）
离子交换的实质是不溶性离子化合物（离 子交换剂）上的可交换离子与溶液中其它同 样离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程， 通常是可逆的化学吸附。
反应式可表达为：
RH + M+
RM + H+
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（11-1）
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概述
平衡时，有：
RMH RHMK
（11-2）
K——平衡常数。K越大，越有利于交换 反应。K值能定量地表示离子交换选择性的 大小，故亦称为选择性系数。
➢ 离子交换法
利用某些离子交换剂所具有的阳离子与水 中钙镁离子进行交换反应
➢ 电渗析
利用离子交换膜的选择透过性，在外加直 流电场作用下，通过离子的迁移达到软化的目 的
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石灰软化
➢ 熟石灰提供了OH－离子将水中的HCO3－ 离子转化成CO32－，使之与Ca2＋形成沉 淀析出
➢ 石灰软化不能降低水的非碳酸盐硬度， 不过其可以去除水中部分铁和硅的化合 物
一般为50%
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酸、碱性
离子交换树脂具有一般酸、碱的反应性能， 在水中离解出H+或OH-。根据离解能力的大 小，树脂的酸、碱性有强、弱之分。
pH影响活性基团的电离能力，强酸强碱性 受其影响小，弱酸碱性则受pH影响大。
树脂类型 强酸 强碱 弱酸 弱碱
有效pH范围 1~14 1~12 5~14 0~7
一般在1.04~1.3之间
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密度
（2）湿视密度：树脂在水中充分膨胀后的 堆积密度
湿视密度 湿湿 树树 脂脂 堆重 积 （g体 /L） 积（11-4）
一般在0.6~0.85之间，常用来计算树脂的用 量
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含水率
在水中充分膨胀后的湿树脂所含溶胀水的 重量与湿树脂重量的百分比 含水 干 率树 溶脂 胀 溶重 水 胀重 水 10% 重 0（11-5）
➢ 过量投加石灰反而会增加水的硬度
➢ 一般用于原水中碳酸盐硬度较高且要求
深度处理的情况，作为钠离子交换法的
预处理
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石灰苏打软化
➢ 同时投加石灰和苏打，石灰用于降低水 的碳酸盐硬度，苏打用于降低水的非碳 酸盐硬度。
➢ 软化水的剩余硬度可以降低到 0.15~0.2mol/L
➢ 适应于硬度大于碱度的水
换树脂；后两种带碱性交换基团，为阴离子
交换树脂。
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离子交换剂
一、离子交换树脂的结构 二、树脂的类型 三、离子交换树指的性能指标 四、废水水质对离子交换的影响
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离子交换树脂的结构
离子交换树脂是人工合成的高分子化合物 (小球状、多孔结构)，由树脂本体(母体、骨 架)和交换基团两大部分组成。