《离子交换剂平衡》PPT课件
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离子交换法ppt课件
（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：
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。
离子交换培训资料
a
b
图5 强酸H型阳离子交 换 器典型出水曲线
离子交换与吸附 PPT
H (b a) H：树脂层高
H
提高 需减少（b-a），即压缩工作区的高度，增大
穿透曲线的陡度。（降低流速）
影响工作区高度的因素：溶液的浓度、温度、树脂 颗粒等。高浓度低温度意味着大的工作区。
四、分步淋洗和梯度淋洗
利用离子交换柱进行多组分分离操作时，若使用 恒定组分的溶液，由于各组分洗脱能力的差异，得到 的图谱中各组分峰的排列极不均匀，前紧后松。过紧 密部分分离效果差，过疏松部分洗脱时间长，浪费试 剂。
对阳离子交换树脂，高电荷离子表现很强的吸附能 力，难以洗脱。用浓盐酸处理Fe3+ 中毒的树脂，盐酸浓 度以9-10mol/L为宜，不加热，处理时间不能过长。树脂 在浓盐酸和水中溶胀情况有很大差别，所以常相继用 6mol/L和3mol/L的盐酸洗涤作中间过渡，最后在用水洗。
树脂上微粒沉积也使其中毒。含铁的沉积物可用 还原剂或盐酸破坏。胶体硅常损害强碱性树脂，可用 温热的NaOH处理。其他沉积物可用针对性的试剂使 转成可溶性配合离子除去。
6、交换离子的性质
主要是离子的价态和水化离子的大小。 在树脂内扩散的离子是由于树脂的固定离子库仑 力的吸引而扩散进入的，故离子价态越高，吸引力越 大，扩散速度越快。水化离子越大，则越难扩散。
在非水介质中，交换速度要慢得多，其原因： 树脂在非水溶剂中的溶胀要小得多，只能提供较 低的交换速度。
第三节 离子交换分离实践
R-SO3H+NaOH⇌ R-SO3Na+H2O R-SO3H+NaCl⇌ R-SO3Na+HCl R-SO3Na+CaCl2⇌ (R-SO3)2Ca+2NaCl
（2）弱酸树脂相当于羧酸
R-COOH+NaOH⇌ R-COONa+H2O R-COONa+CaCl2 ⇌ (R-COO)2Ca+2NaCl
H
提高 需减少（b-a），即压缩工作区的高度，增大
穿透曲线的陡度。（降低流速）
影响工作区高度的因素：溶液的浓度、温度、树脂 颗粒等。高浓度低温度意味着大的工作区。
四、分步淋洗和梯度淋洗
利用离子交换柱进行多组分分离操作时，若使用 恒定组分的溶液，由于各组分洗脱能力的差异，得到 的图谱中各组分峰的排列极不均匀，前紧后松。过紧 密部分分离效果差，过疏松部分洗脱时间长，浪费试 剂。
对阳离子交换树脂，高电荷离子表现很强的吸附能 力，难以洗脱。用浓盐酸处理Fe3+ 中毒的树脂，盐酸浓 度以9-10mol/L为宜，不加热，处理时间不能过长。树脂 在浓盐酸和水中溶胀情况有很大差别，所以常相继用 6mol/L和3mol/L的盐酸洗涤作中间过渡，最后在用水洗。
树脂上微粒沉积也使其中毒。含铁的沉积物可用 还原剂或盐酸破坏。胶体硅常损害强碱性树脂，可用 温热的NaOH处理。其他沉积物可用针对性的试剂使 转成可溶性配合离子除去。
6、交换离子的性质
主要是离子的价态和水化离子的大小。 在树脂内扩散的离子是由于树脂的固定离子库仑 力的吸引而扩散进入的，故离子价态越高，吸引力越 大，扩散速度越快。水化离子越大，则越难扩散。
在非水介质中，交换速度要慢得多，其原因： 树脂在非水溶剂中的溶胀要小得多，只能提供较 低的交换速度。
第三节 离子交换分离实践
R-SO3H+NaOH⇌ R-SO3Na+H2O R-SO3H+NaCl⇌ R-SO3Na+HCl R-SO3Na+CaCl2⇌ (R-SO3)2Ca+2NaCl
（2）弱酸树脂相当于羧酸
R-COOH+NaOH⇌ R-COONa+H2O R-COONa+CaCl2 ⇌ (R-COO)2Ca+2NaCl
第十二章离子交换--待讲ppt课件
R=NH2-OH 仲胺型
R-NH3OH 伯胺型
1〕.交换才干差，不能吸附弱酸阴离子。
只能吸附强酸阴离子：
2R-NH3OH+H2SO4→〔R-NH3〕2SO4+2H2O PH值〔0～ 7〕
R-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O
PH值〔0～ 7〕
2R-NH3-OH+Na2SO4→2〔R-NH3〕2SO4+2NaOH 〔不能进展〕
2．构造和计算： 1〕 构造：
2〕 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3〕 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间可以去除CO2的量〔才干〕 K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推进力下去除的CO2的数 量瓷环面积
单位时间需去除量 ：
求F——瓷环面积 〔1〕求体积V V＝F/E
⑹ 设备防腐
12.3.4固定床软化系统的设计计算 物料平衡关系式： Fh·q＝QT·Ht
Q＝ηqo ＝ {ηr －〔1－ηs〕}qo
η：树脂实践利用率 ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
12.4离子交换除盐方法与系统
12.4.1水的纯度概念 电阻率：1cm×1cm×1cm体积的水所测得的电阻〔Ω·cm〕
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl NaOH
耗量(g/mol) 80～100 50～55 55～65
浓度(%) 5～8 1.5～3 1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
R-NH3OH 伯胺型
1〕.交换才干差，不能吸附弱酸阴离子。
只能吸附强酸阴离子：
2R-NH3OH+H2SO4→〔R-NH3〕2SO4+2H2O PH值〔0～ 7〕
R-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O
PH值〔0～ 7〕
2R-NH3-OH+Na2SO4→2〔R-NH3〕2SO4+2NaOH 〔不能进展〕
2．构造和计算： 1〕 构造：
2〕 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3〕 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间可以去除CO2的量〔才干〕 K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推进力下去除的CO2的数 量瓷环面积
单位时间需去除量 ：
求F——瓷环面积 〔1〕求体积V V＝F/E
⑹ 设备防腐
12.3.4固定床软化系统的设计计算 物料平衡关系式： Fh·q＝QT·Ht
Q＝ηqo ＝ {ηr －〔1－ηs〕}qo
η：树脂实践利用率 ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
12.4离子交换除盐方法与系统
12.4.1水的纯度概念 电阻率：1cm×1cm×1cm体积的水所测得的电阻〔Ω·cm〕
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl NaOH
耗量(g/mol) 80～100 50～55 55～65
浓度(%) 5～8 1.5～3 1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
离子交换法课件
第八章 离子交换法
离子交换法课件
生物分离过程的一般流程
原料液
细胞分离(离心，过滤)
路线一 细胞－胞内产物
路线二 清液－胞外产物
路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、脲)
复性
细胞破碎 碎片分离
路线一A
粗分离(沉淀/膜过滤/萃取)
纯化(离子交换/层析/吸附
脱盐(凝胶过滤、超滤) 浓缩(超滤)
精制(结晶、干燥)
离子交换法课件
离子交换法概述
离子交换树脂的发展
离子交换树脂的出现已有近80年的历史. 离子交换树脂发展史上的3个重要阶段 • 1933年Adams和Hofms发明了缩聚类酚醛型阳、
阴离子交换树脂, • 二战及二战后期离子交换树脂大发展
1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和 化学品公司先后开始工业生产， 在第二次世界大战中，美国获得了苯乙烯系和丙 烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创 了当今离子交换树脂离制子交造换法方课件法的基础。
和弱酸性树脂一样，其交换能力随pH变化而变化，pH 越低，交换能力越大。
离子交换法课件
二. 离子交换树脂的分类
5 四类树脂的特性比较
①活性功能团： a 强酸阳树脂 －SO3H
OH
－PO
OH
H
－PO
OH
b 弱酸阳树脂 －COOH； 酚羟基
c 强碱性阴树脂(季胺) 强碱 I 号： CH3
－N＋－CH3
离子交换法课件
1）大孔离子交换树脂
凝胶型树脂
外观半透明 空隙小 直径小于30A 孔由链－链距离造成 溶胀空隙 均相结构 干燥/非水溶剂/浓电解质 中空隙会倒塌
大网格树脂
不透明 空隙大 直径2001000A 孔由链-链距离+致孔剂造成 溶胀空隙＋永久空隙 非均相结构 空隙是固有的，不会消失
离子交换法课件
生物分离过程的一般流程
原料液
细胞分离(离心，过滤)
路线一 细胞－胞内产物
路线二 清液－胞外产物
路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、脲)
复性
细胞破碎 碎片分离
路线一A
粗分离(沉淀/膜过滤/萃取)
纯化(离子交换/层析/吸附
脱盐(凝胶过滤、超滤) 浓缩(超滤)
精制(结晶、干燥)
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离子交换法概述
离子交换树脂的发展
离子交换树脂的出现已有近80年的历史. 离子交换树脂发展史上的3个重要阶段 • 1933年Adams和Hofms发明了缩聚类酚醛型阳、
阴离子交换树脂, • 二战及二战后期离子交换树脂大发展
1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和 化学品公司先后开始工业生产， 在第二次世界大战中，美国获得了苯乙烯系和丙 烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创 了当今离子交换树脂离制子交造换法方课件法的基础。
和弱酸性树脂一样，其交换能力随pH变化而变化，pH 越低，交换能力越大。
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二. 离子交换树脂的分类
5 四类树脂的特性比较
①活性功能团： a 强酸阳树脂 －SO3H
OH
－PO
OH
H
－PO
OH
b 弱酸阳树脂 －COOH； 酚羟基
c 强碱性阴树脂(季胺) 强碱 I 号： CH3
－N＋－CH3
离子交换法课件
1）大孔离子交换树脂
凝胶型树脂
外观半透明 空隙小 直径小于30A 孔由链－链距离造成 溶胀空隙 均相结构 干燥/非水溶剂/浓电解质 中空隙会倒塌
大网格树脂
不透明 空隙大 直径2001000A 孔由链-链距离+致孔剂造成 溶胀空隙＋永久空隙 非均相结构 空隙是固有的，不会消失
最新离子交换原理课件PPT
▪ 树脂的交联度：交联度越高，选择性增加 ▪ 强酸(碱)、弱酸碱树脂的交换
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
FL0906离子交换课件
一、离子交换树脂——（一）定义2
❖ 离子交换树脂是一类带有官能团的网状结构的高 分子化合物，其结构由三部分构成：
❖ （1）不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架， 使树脂具有化学和机械稳定性；
❖ （2）连接在骨架上的官能团 ❖ （3）官能团所需的相反电荷的可交换离子（活性
离子）。
《FL0906离子交换》PPT课件
❖ 什么是离子交换树脂？
❖ 是一种不溶于酸碱和有机溶剂的固态高分子化合 物。
❖ 组成是什么样的？
❖ 两部分： ❖ 骨架：不能移动的，多价的高分子基团，使树脂
具有一定的溶解度和化学稳定的性质。 ❖ 活性离子：是可移动的离子，在树经的骨架中进
进出出，就发生离子交换现象。
《FL0906离子交换》PPT课件
《FL0906离子交换》PPT课件
度越快。利用这种浓度差的推动力使树脂上的可交换 离子发生可逆交换反应。 ▪ 用Na+置换磺酸树脂上的可交换离子H+ ，当溶液中的 Na+浓度较大时，就可把磺酸树脂上的H+ 交换下来。 ▪ 当全部H+ 被Na+ 交换后，这时就称树脂为Na+ 饱和。 ▪ 然后把溶液变为较高浓度的酸时，溶液中的H+ 又能把 树脂上的Na+ 置换下来，这时树脂就再生为H+ 型。
干，迅速称取2~5克抽干树脂，放入密度瓶中，加水至 刻度称重。 ▪ 视密度：树脂充分膨胀后的堆积密度。
《FL0906离子交换》PPT课件
3、树脂性能测定方法
❖ （4）交换容量
▪ 表示方法：单位质量干票脂或单位体积湿树脂所能吸 附的1价离子的毫摩尔数来表示。
▪ 阳树脂：NaOH 剩余滴定 ▪ 阴树脂：羟基不稳定，吸附CO2 ▪ 氯型 ：动态硫酸钠，AgNO3滴定 ▪ 工作交换容量：流出曲线漏点
离子交换树脂离子交换原理ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
3．密度
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
(f) H型树脂与水中Ca2+、Mg2+、Na+交换时水质变化 离子交换柱工作过程
进水初期，进水中所用阳离子均交换出H+，生成相当量的无机酸，出水 酸度保持定值。运行至a点时，Na+首先穿透，且迅速增加，同时酸度降低， 当Na+泄漏量增大到与进水中强酸阴离子含量总和相当时,出水开始呈现碱性； 当Na+增加到与进水阳离子含量总和相等时，出水碱度也增加到与进水碱度 相等。至此，H离子交换结束，交换器开始进行Na+交换，稳定运行至b点之 后，硬度离子开始穿透，出水Na+含量开始下降，最后出水硬度接近进水硬 度，出水Na+接近进水Na+，树脂层全部饱和。
化学性能 1.再生：离子交换反应的可逆性交换的逆反应。 2.酸碱性：树脂在水中电离出H+和OH-,表现出酸碱性。树 脂的酸碱性受pH值影响，各种树脂在使用时都有适当 的pH值范围。 3.选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为 选择性，选择性大小用选择性系数来表征。 4.交换容量：表示树脂的交换能力。通常用EV（mmol/ml 湿树脂）表示，也可用EW（mmol/g干树脂）表示。 EV＝EW×（1-含水量）×湿视视密度
影响离子交换扩散速度的因素 1.树脂的交联度越大，网孔越小，则内扩散越慢。 2.树脂颗粒越小，由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表面
离子交换教学培训PPT 离子交换概论
2、制备离子交换树脂的方法： （1）先聚合单体有机物，然后在聚合物上接入活性基团。
将白球用硫酸磺 化，得到阳离子 交换树脂。
将白球氯甲基化和 胺化，得到阴离子 交换树脂。
磺酸型阳离子交换树脂
（2）直接聚合有机电解质 该法制备的树脂质量均匀。如甲基丙烯酸和二乙烯苯共 聚而成羧酸型弱酸性阳树脂。
3、离子交换树脂的书写方法：
R-SO3Na + HCl R NCl + NaOH
R-COONa + HCl R－NH3Cl + NaOH
中性盐 的分解 能力
3.选择性 在常温和稀溶液中，选择性大小遵循下列规律： 离子价数越高，选择性越好。 原子序数越大，选择性越好。
强酸性 Fe3+﹥Al3+﹥Ca2+﹥Mg2+﹥Na+﹥H+ ﹥Li+ 弱酸性 H+﹥Fe3+﹥Al3+﹥Ca2+﹥ Mg2+﹥Na+﹥Li+ 强碱性 SO42-﹥NO3-﹥Cl-﹥OH-﹥F-﹥HCO3-﹥HSiO3-
（5）含水率 含水率 = 溶胀水重/（干树脂重+溶胀水重） 其值一般在50%左右.在贮存树脂时,冬季应注意防冻.
（6）溶胀性 树脂的交联度越大，其溶胀率越小； 活性基团越易离解，其溶胀率越大； 交换容量越大，其溶胀率越大； 溶液浓度，溶液中离子浓度越大，其溶胀率越小； 可交换离子价数越高，其溶胀率越小。 溶胀率 = 溶胀前后体积差/溶胀前体积
（4）密度： （a）湿真密度 在水中充分溶胀后的真密度（不包括颗粒孔 隙体积）。 湿真密度 = 湿树脂质量/湿树脂颗粒体积（g/mL） 其值一般为1.04～1.30g/mL。 一般阳树脂﹥阴树脂，强型的﹥弱型的。对交换器反洗强度的 确定、混合床树脂的选择等具有重要意义。 （b）湿视密度 在水中溶胀后的堆积密度。 湿视密度 = 湿树脂质量/湿树脂堆积体积（g/mL） 此值一般为0.60～0.85g/mL。在设计交换器时，用它来计算树 脂的用量。
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tF=（1-fJ）tJ
5）交换区的高度与柱高的关系
HJ
HC
VJ V BVJ
fJ
A
VJ—交换区体积 HC —树脂床高
6）由流出曲线计算树脂交换容量
任意给定的流出液体积Vi下，树脂交换容量M为 Vo
M=C0×（面积V0VBi I A / V0Vi I A）/ 树脂量
I
i
Vi
S
◆在实际应用中，为保证较高的树脂利用率，树脂床必须足够高，以保
◆在流出曲线中，曲线bfe左边区域的abfecd面积与吸附于树脂上的Me 离子的量相对应，右边区域的面积则与流入交后液中的Me离子的量相对 应。
◆b—漏穿点；
◆abcd—与树脂的穿透交换容量相对应；
◆abfed—与树脂的饱和交换容量相对应；
3、影响流出曲线的因素：
流出曲线的“波形（斜率变化）、宽度（漏穿点至饱和点）、漏穿点 出现的位置”三者称为贯穿参量。贯穿参量所表征的柱操作流出曲线 是反映离子交换过程动态行为的一种特征曲线，它反映了“交换体 系”、“设备结构”、“操作条件”、“交换平衡”、“传质动力学” 的综合影响。
2、离子交换反应的表示方法
R—SO3H + NaCl = R—SO3Na + HCl
R—NOH + NaCl = R—NCl + NaOH
在反应式中各种离子交换树脂的表示方法
磺酸型阳离子交换树脂： R—SO3H 羧酸型阳离子交换树脂： R—COOH 季铵型阴离子交换树脂： R NCl
叔胺型阴离子交换树脂： R N·HCl 仲胺型阴离子交换树脂： R NH·HCl 伯胺型阴离子交换树脂： R—NH2·HCl
二、离子交换柱内离子的吸附交换过程
欲交换的离子流经离子交换柱时，树脂对溶液中离子的吸附（或交换） 是自上而下逐渐进行的。以氨型磺酸阳离子交换树脂吸附溶液中的Men+ 离子为例说明柱内吸附过程。 1、交换带、饱和带及空白带
料液
I II III
I 区：该区域树脂已全部被Men+所饱
和，在该区域溶液中Me的浓度C等于初
fc
面积V0 VB PC 0 面积V0 VSPC 0
交换区从穿透到流出柱外的流出时间 tJ 相当于料液充满交换区的时间
tJ=（HJ×A）/QL
QL为流出液的体积流速，如M3/h等；A为交换柱横截面积。 4）交换区的形成时间
交换区从料液开始进入树脂床，到完全形成交换区的时间tF，可以由 交换区的树脂负载率估计：
证远大于交换区高度。
◆ 在做实验时，交换柱的直径也不能过小，一般至少应为树脂粒径的25
倍，以减少壁效应。
三、离子交换平衡
1、选择系数 离子交换树脂对离子选择型的大小，或者各种离子对树脂亲和力的大小， 常用离子交换选择系数来表示。
1）对于1价离子：
RA + B = RB + A
]
始II浓区度：C0该，区称域为树饱脂和只带吸。附了部分Men+ 离子，正在继续吸附自上而下流入的M
en+离子。树脂上同时含有NH4+和Men+离 子，但各点的交换程度不同，自上而
下II吸I区附：的该Me区n+域离的子树浓脂度还逐没渐有减与小M，en该+离
区子域进称行为交交换换，带仍（保或留交原换来层的）NH。4+型，
子量q（z 摩 尔VV SB数(C）o 为C:)dV
等于图中阴影面积VBSB
而交换区内树脂的理论吸附量Qz
（摩尔数）为：Qz＝Co（VS－V
B交）换，区等内于已图经中交矩换形的面树积脂VB分VS数SB。 Vo
S
f
为：
f
qz Qz
面积VB SB 面积VBVST SB
2）交换柱的树脂负载率
3）交换区的流出时间
影响流出曲线或贯穿参量的因素：
（1）树脂对交换离子的亲和力 亲和力越大，则交换带（Ⅱ）高度越小，故流出曲线斜率变化大，
波形陡峭，漏穿点出现晚，漏穿容量越大，柱利用率也越高。 （2）树脂粒度 （3）树脂交联度 （4）树脂容量 （5）操作流速 （6）料液浓度
降低料液浓度有利于提高柱效率，而在扩散控制的情况下增加料 液浓度有利于提高交换速度 （7）操作温度 （8）柱形、柱高
KAB—A型树脂对B的选择性系数 [RA]—A离子在树脂相的浓度 [A]—A离子在水溶液的中浓度
[RB]—B离子在树脂相的浓度 [B]—A离子在水溶液的中浓度
如果KAB>1，则A型树脂对B的选择性高 如果KAB<1，则B型树脂对A的选择性高
0
C/C0
1 该区域溶液中的Men+离子浓度等于0， 该区域称为空白带。
2、流出曲线
流出曲线的形成过程
C/C0d a
ce f
b
流出曲线：当料液不断流入交换柱时，交换带将不断向下移动，但是从 交后液中Men+的浓度一直为零。当交换带移动到柱底时 ，则交后液中开 始检测到有Me出现，称为“漏穿点”。随后交后液中Men+浓度逐渐增大， 一直增大到原始浓度C0。如果以交后液体积V或流出时间t为横坐标，以交 后液中Men+浓度与料液中Men+浓度之比c/c0为纵坐标作图，所得曲线称为 “流出曲线”。
H/D大可改善柱内的树脂填充状态、改善液流分布有利于交换
总之，越利于反 应快速进行、越 有利于反应进行 完全的因素，越 有利于交换带宽 度变窄、斜率变 大、穿透点出现 变晚。
4、交换带高度的计算
浓度剖面线：假设把交换柱水平放 置，柱底在右柱顶在左。把树脂床 分为许多极薄的层，以每一层中所 含溶液该离子的平均浓度为纵坐标， 以树脂床高为横坐标作图，所得曲 线即为浓度剖面线。
◆浓度剖面线与流出曲线在垂直方
向互为镜像对称。
◆浓度剖面线反映了交换柱状态，
但是它难以测定，但是可以通过测 定流出曲线获得交换柱的工作状态。
交换带高度HJ=(VS-VB)/A
VS—树脂饱和时流过料液 的体积 VB —漏穿时流过料液的体 积
5、从流出曲线计算交换柱工作参数 1）树脂负载率
由漏穿点VB至饱和点VS之间交 换区内树脂由溶液中吸附的离
第三章 离子交换平 衡
一、离子交换反应
1、离子交换反应发生的原理
离子交换树脂功能团上的可交换离子（即反离子）由于热运动的结 果，它们可在树脂网状结构空间内自由运动（但由于功能团上固定 离子的相反电荷的静电引力的束缚，运动只限于网状结构空间内）， 当溶液中的离子与树脂的可交换离子所带电荷符号相同，并且扩散 到树脂内部时，两者便会发生交换反应，而树脂的骨架及固定离子 基团在交换反应中不发生变化。