北京大学李克安化学课件离子交换反应动力学
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（氧化还原树脂，略）
第三节 离子交换动力学*
离子交换速度的影响因素：
• 1、树脂粒度：树脂粒度大，交换速度慢。 • 2、搅拌速度 • 3、树脂交联度：交联度大，交换速度低。 • 4、离子半径和离子价：离子每增加一个电荷，
交换速度下降一个数量级。 • 5、温度。 • 6、离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而加
（五）其它离子交换树脂
• 2、选择性交换树脂
第八节 新型离子交换剂
磷酸型树脂（—PO3H2 ）
由丙烯酸甲酯与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成
如，Na+被树脂中的-COO-除去，而Cl –被季铵基除去。
二、影响树脂性能的几个因素 一、离子交换树脂的分类
应用：含重金属离子的废水
以交联的强碱性阴离子交换树脂为笼，以丙烯酸盐负离子在树脂内聚合生成线型聚合物作为蛇而得名。
These exchangers do not take up or lose protons with changing pH and so have no buffering capacity, remaining fully charged over a broad pH range.
Titration curves show the ion exchange capacity of strong ion exchangers Q and S. Approximately 5 ml of Q or S Sepharose Fast Flow are equilibrated in 1 M KCl and titrated with 0. 1 M NaOH.
（四）聚乙烯吡啶系离子交换树脂 载体：惰性的不溶性高分子固定骨架。
弱碱301树脂，同时含有伯、仲、叔胺，还含有少量季铵基团。 比如：蛋白质带正电荷还是负电荷？ （1） 物理处理：去杂，过筛。 一、离子交换树脂的分类 （一）大孔型离子交换树脂（macro porous ,MP） 改变溶液pH及离子强度： 第二节 离子交换树脂的结构和种类 影响离子交换选择性的因素：
第十六章 离子交换1(“交换”相关文档)共48张
废水的物化处理方法
---离子交换法
学习内容
1.概述 2.离子交换剂 3.离子交换平衡与交换动力学 4.离子交换工艺 5.离子交换系统的设计
1.概述
离子交换法
利用固相离子交换剂 功能基团所带的可交换离 子，与接触交换剂的溶液 中相同电性的离子进行交 换反应，以达到离子置换、 分离、去除、浓缩等目的。
思考：控速步骤？ 离子交换反应是瞬时完成的，其余步骤离子扩散
过程，所以离子交换速度实际上由传质过程所控制。
在废水处理的正常流速下，交换速度主要决定于膜扩散及孔
隙扩散。一般来说，溶液中交换离子浓度低时，膜扩 散为控制因素；浓度高时，则孔隙扩散为控制因素 。
如何提高离子交换过程的速度？？
4.离子交换工艺及设备
固定床
移动床
流动床
床层固定不 变，水流由上而 下流动。
工作时，定期从交换 柱排出部分失效树脂，送 到再生柱再生，同时补充 等量的新鲜树脂参与工作。
交换树脂再连 续移动中实现交换 和再生。
流动床离子交换器
4.2 工艺过程
一般包括过滤(工作交换)、反洗、再生和清洗等4个阶段， 依次进行，形成不断循环的工作周期
1.概述
1.2离子交换的基本原理 RA+B+=RB+A+
2.离子交换剂
2.1分类 无机离子交换剂--天然沸石和人造沸石
有机离子交换剂--高分子聚合物电解质，称为
离子交换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ脂.
2.离子交换剂
2.2离子交换树脂的结构特征
骨架--结构主体,线型高分子有机化合物加上交联
剂,成空间网状结构.
活性基团--固定离子:固定在树脂骨架上;
• 被洗出的离子数=操作阶段被交换的离子数，但一般再 生的情况无法达到100%。
---离子交换法
学习内容
1.概述 2.离子交换剂 3.离子交换平衡与交换动力学 4.离子交换工艺 5.离子交换系统的设计
1.概述
离子交换法
利用固相离子交换剂 功能基团所带的可交换离 子，与接触交换剂的溶液 中相同电性的离子进行交 换反应，以达到离子置换、 分离、去除、浓缩等目的。
思考：控速步骤？ 离子交换反应是瞬时完成的，其余步骤离子扩散
过程，所以离子交换速度实际上由传质过程所控制。
在废水处理的正常流速下，交换速度主要决定于膜扩散及孔
隙扩散。一般来说，溶液中交换离子浓度低时，膜扩 散为控制因素；浓度高时，则孔隙扩散为控制因素 。
如何提高离子交换过程的速度？？
4.离子交换工艺及设备
固定床
移动床
流动床
床层固定不 变，水流由上而 下流动。
工作时，定期从交换 柱排出部分失效树脂，送 到再生柱再生，同时补充 等量的新鲜树脂参与工作。
交换树脂再连 续移动中实现交换 和再生。
流动床离子交换器
4.2 工艺过程
一般包括过滤(工作交换)、反洗、再生和清洗等4个阶段， 依次进行，形成不断循环的工作周期
1.概述
1.2离子交换的基本原理 RA+B+=RB+A+
2.离子交换剂
2.1分类 无机离子交换剂--天然沸石和人造沸石
有机离子交换剂--高分子聚合物电解质，称为
离子交换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ脂.
2.离子交换剂
2.2离子交换树脂的结构特征
骨架--结构主体,线型高分子有机化合物加上交联
剂,成空间网状结构.
活性基团--固定离子:固定在树脂骨架上;
• 被洗出的离子数=操作阶段被交换的离子数，但一般再 生的情况无法达到100%。
离子交换培训资料 ppt课件
投入运行。
交换器经过多周期运行后，下部树脂层也会受到一定程度的污染，必须定期对
整个树脂层进行大反洗，大反洗前先进行小反洗，在大反洗时流量应由小到大，逐
步增大。
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12
运行时的技术经济指标
离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质，工作交换容量和相应的 再生剂 比耗，周期制水量及再生过程中消耗水量。
在实际运行时，交换树脂分为几个区域， 上层全部转为B型树脂，是失效层。 失效层的下一个区域为工作层， 水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行， 在这一层中的树脂是A型和B型的混合物， 随着交换的进行，工作层树脂被B离子饱和， 也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到下 一区域， 可见交换柱中的工作层是自上而下不断 移动的。
如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。
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6
二 一级除盐系统
一级化学除盐系统由阳离子交换器、除碳器和阴离子交换 器所组成，其组合方式分为单元制和母管制。
单元制
H
C
OH
H
母管制
H H H
C
OH
OH C
OH
图3 一级复床除盐系统 1—阳床水泵； 2—强酸性H型阳离子交换器； 3—除碳器；
图4 交换器中离子分布情况 (a)开始进水时 (b)交换器失效时
开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因
而电导率、酸度、钠离子快速下降（a点前）。在ab
为稳定制水过程，b点后树脂开始失效。此时水中钠增
加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率
下降。
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a
b
图5 强酸H型阳离子交 换 器典型出水曲线
《离子交换技术》课件
《离子交换技术》PPT课 件
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
第5章 吸附与离子交换ppt课件
Na2Al2O4·xSiO2H2O = 2 Na+ + Al2O42-.xSiO2H2O
整理版课件
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2.5 吸附树脂
组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构
特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻 力较小；价格高。
类型：
非极性吸附剂——芳香族（苯乙烯等）
中等极性吸附剂——脂肪族（甲基丙烯酸酯等）
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高温炭化
活化,800~900℃
木材、煤、果壳
炭渣
活性炭
隔绝空气，600℃
活化剂：ZnCl2
活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 吸附量 洗脱
粉末活性炭 小
大
大
大
难
颗粒活性炭 较小
较大 较小 较小 难
锦纶活性炭 大
小
小
小
易
粉末活性炭
整理版课件
锦纶活性炭 10
活性炭对物质的吸附规律
活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有 机溶剂中的吸附能力。
bp
单组分吸附： q qm 1bp
K Lp(1K Lp) q/qm
多组分吸附：
qi
qmi bi pi 1 bj pj
j 1
整理版课件
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2）Freundlick方程
q KC1/n 适于中等浓度吸附 式中：K、n——常数；
C——吸附质平衡浓度（g/L） q——吸附量 偏离理想吸附。实际吸附原因：表面不均 匀、吸附分子间的相互作用。
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表1 木糖废水水质分析结果
CODcr/（mg·l-1） BOD5/（mg·l-1） pH 颜色 SS NH3-N
4628
1750
5.17 褐红色 267 21
离子交换反应动力学
（3）淋洗剂
要求: a. 能将阴离子从树脂上互换下来 b. 能生成电导性很低物质
Na2B4O7 < NaOH < NaHCO3 < Na2CO3 最理想旳叫原则条件：
0.003MNaHCO3 0.0024MNa2CO3
能够满意旳作为一 系列淋洗体系.
对于阳离子情况相同，只是把分离柱换成低容量旳阳离子互换树脂， 克制柱为大容量旳阴离子互换树脂即可，淋洗液要求同上述。但阳 离子有其复杂性
总之互换反应速度决定于三种过程，一般说互换化学反应过程速 度快于膜扩散和粒扩散过程，而两者究竟那个过程是决定速度阶段则 与诸多原因有关。
影响互换速率旳主要原因：
1．树脂颗粒旳大小 H+和Na+在磺酸苯乙烯阳离子互换树脂上旳动力学数据
树脂颗粒
树脂中扩散 半交换时间
NO.
交联度
温度/℃
半径/cm
速度
s
1
例如：Li-K， Mg-Ba 以0.001M — 0.01M HNO3 淋洗 R-N + M = R-M + H+ 以HNO3淋洗 克制柱R-OH,能够以便测出M
但是经常： ① M与OH-会生成沉淀 金属不能分离; ②二价金属不易洗脱。 应用不如阴离子广泛。
2．单柱法色谱
双柱法有它旳缺陷，要再生，增长仪器旳复杂性。
N
2
CmaxVmax m
2
Cmax
m Vmax
N 2
J. Inczedy, J. Chromatog 50.114 (1、DB
可用下式计算塔板数 能够近似计算塔板数
N
2
DB
a
DA a
2
1
DB
200123(02)亚铁氰化钛钾离子交换反应动力学
第23卷第2期核 化 学 与 放 射 化 学Vol.23No.2 2001年5月Journal of Nuclear and Radiochemistry May2001文章编号:025329950(2001)022*******亚铁氰化钛钾离子交换反应动力学徐世平,姜长印,宋崇立(清华大学核能技术设计研究院,北京 102201)摘要:测定了亚铁氰化钛钾(KTiFC)交换剂的比表面积、孔隙率及颗粒内部孔径的分布规律,并测定了硝酸铯酸性溶液中铯的分配比,建立了有限浴条件下KTiFC离子交换反应动力学模型。
计算结果表明,交换反应主要发生在交换剂颗粒外层,反应可以近似认为层进机理控制模型。
该离子交换动力学模型与实验数据符合较好。
关 键 词:铯;亚铁氰化钛钾(KTiFC);离子交换;动力学中图分类号:O6141115;O64311 文献标识码:A文献[1,2]报道了除铯无机离子交换剂KTiFC的制备、铯交换机理及性能,研究结果表明,KTiFC具有机械性能好,适于柱操作;对铯的选择性好,交换容量高;耐辐照,在酸性高放废液中性能稳定等优点。
文献[3,4]将KTiFC用于从模拟高放废液中去除Cs的冷实验和从真实中国高放废液中去除137Cs的热实验,试验应用表明KTiFC极有希望用于从高盐量的酸性高放废液中去除铯,但对KTiFC的交换动力学未进行深入的研究。
1965年,Helfferich[5]首先提出离子交换反应的层进机理,1974年,Dana等[6]在用酸洗脱阳离子交换树脂上的铜氨配合离子时观察到了明确的动边界。
文献[7,8]也认为,动边界模型适合于某些离子交换反应。
Edward等[9]研究了亚铁氰化铜钾离子交换反应动力学,表明层进反应机理适合于Cs+2K+离子交换反应。
本文便是要在这些研究的基础上,推导出有限浴条件下KTiFC离子交换动力学模型,并对所得方程求数值解。
1 实验部分111 主要试剂和仪器亚铁氰化钛钾(KTiFC)交换剂,按文献[1]方法制备;CsNO3,AR,上海试剂一厂生产。