离子交换和吸附

[C l ] [Cl ]


• 树脂中 [R ] 浓度很高时，同离子[Cl ]浓度 很小，阳离子交换树脂中的固定离子 [R ] 可高达5mol/L，故它的同离子进入树脂中 的量极微。


3.2.3.2 道南位与道南排斥
如果RA型树脂与AY型电解质水溶液接触， 因为树脂上的反离子与溶液中的可交换离 子为同一种离子A，所以从表面上看，没有 离子交换反应发生。但由于树脂中的微孔 的毛细管吸入作用，中性电解质AY仍可被 吸入交换剂内，只不过这时A和Y都不占据 交换剂中的交换位置，这种作用称为非交 换吸入。
~ K
3－2 等价交换时的平衡图 ~ ~ (a) K ＞1 (b) K ＜1 ~ ~ 在 K ＞1时，面积SⅡ＞S1；K ＜1时，面积SⅡ＜S1， K＝
S y (1 X ) S (1 Y ) X
图3－3
离子交换q－C平衡图
在工程上， 曲线1 为线性平衡 f″(c)＝0 曲线2 为有利平衡 f″(c)＜0 曲线3 为不利平衡 f″(c)＞0 曲线4 为带拐点的平衡 曲线5 为不可逆平衡
rRB ~ [ RA][ B ] K K rRA [ RB][ A]
3.2.1.3 选择性系数
~ 平衡系数也称为选择性系数，并标以 K 符 ~ 号。K ＜1表明该树脂对B离子的选择性大于A ~ 离子。 K ＞1则表明该树脂对A离子的选择性大
于B离子。
[ RA] /[ RB] [ RA] /[ A ] K B K [ RB][ ] [ A ] /[ B ] [ RB] /[ ] A B
q＝f(C)函数有下列几种类型： （1） 亨利型（线性关系型） （2）朗格谬尔型（双曲线型）
q＝λ C
m 当水相浓度较低时，上式可简化为q＝λ C ( ) L
（3）弗南德里希型
mc q L nc
q mc
1/ n
m lg q lg c n
3.2.3 道南平衡膜理论 3.2.3.1 道南平衡 将树脂表面设想成为一种半透膜，达到平衡 时，膜两侧电解质的化学位应相等 Nacl Nacl 电解质的化学位可表示为其离子的化学位之和 .
~ K
Y (1 X ) C0 Q C C0 a ( a b Q (1 Y ) X (1 q ) a (C )b Q C Q C0
b a 0 b 0 b
(q / Q)b (1 C
)a
a
)
a b
b ~ Q a b X K( ) Co (1 Y ) a (1 X ) a
§3.2
离子交换平衡
3.2.1 基本概念 阳离子交换树脂的可交换离子是阳离子（又称反 离子），或者说阳离子交换树脂阻止同离子（阴离子） 进入树脂相而允许反离子（阳离子）进入树脂相。阴 离子交换树脂亦然，只不过阴树脂的同离子是阳离子， 反离子是阴离子。 离子交换过程: （1）吸附—漂洗—解吸 （2）吸附—漂洗—解吸—漂洗 （3）吸附—漂洗—淋洗—解吸—漂洗
[ Na ] [Cl ]
[ Na ][Cl ] [Cl ]
[ Na ] [ R ] [Cl ]





2
[ Na ][C l ] ([R ] [Cl ])[Cl ]





[C l ] [Cl ] [ R ][Cl ]
2 2



2 ] ] [Cl [Cl 2
A/ B A B
[ RA][ B] [ RB][ A]
K B
A
表示A的选择性大于B。而对于 不等价交换情况，此时 A / B不等于选择性 系数。这就是说与在概念上是有区别的
A/ B ＞1
3.2.2 平衡等温线与平衡图
y ~ 1 X KX ~ KX
图3－1
离子交换平衡图
RT ln a RT ln a RT ln a Na Cl Na Cl RT ln aCl Na Cl Na

a Na aCl a
Na
a
Cl
稀溶液中可用浓度代替活度
[ Na ][ Cl ] [ Na ][ Cl ]
3.2.1.4 平衡参数 aRbB＋bAa＋＝bRaA＋aBb＋
q (C0 C ) ~ Ra A B K K a a b [ Rb B] [ A ] (Q q) a C b
b b a b A B

a
a a b b Q C Q C 用 0 0 分别除以分子、分母，
Yb
~ Q K C 0
a b
称为平衡参数或表观选择性系数 。 给定X与后，Y的值随Co而变化。 3.2.1.5 分配比与分离系数
q C
用湿树脂体积表示时λ 为无因次的量，用 干树脂重量表示时，λ 的单位为m3/kg。
Biblioteka Baidu 定义为交换平衡中的A、B的分离系 数，它等于A、B的分配比的比值
A
[ RA][ B ]


选择性系数是树脂相中 A 与 B 的浓度比率 与平衡水相中 A 与 B 的浓度比率之比；或者说 选择性系数是 A 的分配比与 B 的分配比的比值。 在稀溶液中选择性系数近似可看作常数。
q表示A在树脂相中的平衡浓度，C表示A 在溶液中的平衡浓度；同时以Q表示A＋ B在树脂相中平衡浓度，C0表示A＋B在 溶液相中的平衡浓度
3.2.1.1 平衡常数 离子交换的基本反应如下： RB＋A＋＝RA＋B＋
aRA aB [ RA][ B ] rRA rB K aRB a A [ RB][ A ] rRB rA
rRA [ RA][ B ] K [ RB][ A ] rRB
3.2.1.2 平衡系数
q/Q(1 C ) C0 [B ] q(C 0 C) ~ [RA] K [RB][A ] (Q q) C (1 q ) C Q C0
令Y＝q/Q
X ＝C ／C 0
Y (1 X ) ~ K (1 Y ) X
Y ~ X K 1Y 1 X
等价离子交换的情况，固定X，则Y固定。