南华大学：《水质工程学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十二章 离子交换

第12章离子交换 12,1离子交换基本原理 2.2离子交换软化方法与系统 123离子交换软化设备及其计算 124离子交换除盐方法与系统

第12章 离子交换 12.1 离子交换基本原理 12.2 离子交换软化方法与系统 12.3 离子交换软化设备及其计算 12.4 离子交换除盐方法与系统

121离子交换基本原理 12离子交换树脂的类型及命名 水处理离子交换剂的类型 j离子交换树脂 磺化煤 2.离子交换树脂 1)分类 大孔 苯乙烯系 结构特征等孔 单体种类{酚醛系 凝胶型 丙烯酸系 阳离子交换树胆弱酸性 1强酸性 活性基团性质(交换基或官能团 阴离子交换树脂弱碱性 {强碱性

12.1 离子交换基本原理 12.1.1离子交换树脂的类型及命名 12.1.1.1离子交换树脂的类型 2． 离子交换树脂 1） 分类

2)结构 「空间网状结构骨架母体) 固定离子:不能自由移动 离子交换树用 活性基团附属在骨架上活动离可在一定范围内自由移动 可交换 磺化煤:兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂 分类名称 12112命名 分类名称 离子交换树脂的全名 骨架(或基团名称 基本名称

2） 结构 3． 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂 分类名称 12.1.1.2 命名

1212离子交换树脂的基本性能 外观 粒径0.3~1.2mm乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒 交联度:以7~10%为宜 机械强度大 二乙烯苯大 溶胀度小 苯乙烯+二乙带苯)九率小 交换容量小 小与其上相反 3.含水率 树脂的含水率以每克树脂(在水中充分膨胀)所含水分的百分 比(约509 树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率 4.溶胀性 干树脂+水→湿树脂 体积胀大绝对溶胀度 N型→H型 体积胀大 4}相对溶胀度,湿真座度减少 C1型→0H型 体积胀大

12.1.2离子交换树脂的基本性能 1． 外观 粒径0.3～1.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒 2．交联度：以7~10%为宜 3．含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分 比（约50%） 树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率 4．溶胀性 干树脂+水→湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度

密度 湿真密度 湿村脂质量 (g/m1) 指脂颗粒本身所占体积 (不包括脂颗粒之间的空隙) 湿视密度=配树脂质量 (g/ml) 权揹脂堆积体积 (包括脂之间的空隙)

5．密度

6.有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性,水的pH 值势必对其交换容量产生影响。 表121各种类型树脂有效pH值范围 树脂类型强酸性|弱酸性|强碱性弱碱性 有效pH值范围1~14 5~14 1~12 0~7

6.有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH 值势必对其交换容量产生影响。 表12.1 各种类型树脂有效pH值范围 树脂类型 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 有效pH值范围 1~14 5~14 1~12 0~7

1213离子交换平衡 RˉA++B+←RB++A+ RB RBIA RA RAIB 选择系数大于1,说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力,即有利于进行离 子交换反应 选择系数用离子浓度分率表示: A+B 溶液中两种交换离子的总浓度mo/ 溶液中B离子浓度mol/L 4n=区zA1]+RB+]树脂全交换容量mma/工 g=RB 树脂中B离子浓度mmo/L b+ go C/C K K B (1-q/q0 1-C/C1 式中q/q-数值中B离子浓度与其交换容量之比。 C/C一溶液中B离子浓度与其总离子浓度之

12.1.3离子交换平衡 选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力，即有利于进行离 子交换反应。 选择系数用离子浓度分率表示：

二阶对一阶离子交换反应通式为: 2R A+B6R B+2A R B 3.9 RA中B 1-9/g0)2C0(1-C/C0) K 一表观选择系数 结论 K ①随着K时或一的增大,增大 选择系数大于1,表明该树脂对B的亲合力大于对A的亲合力 ⑧C、C、q、q都是以当量粒子作为基本单元的量浓度计算。 ④选择系数大,亲合力越大,Fe计>Ca2+>M82+>K+>NH>Nat>H+>Lt 1)价数高,亲合力大 (2)硪金属和士金属,同价离子,序数大,水合高子半径小,亲合力大

二阶对一阶离子交换反应通式为：

124离子交换速度 树脂上可交换离子 No Ca 树脂颗粒 边界水膜 离子扩散过程示意

12.1.4离子交换速度

∏溶液中迁移并通过树脂表面的边界水膜→膜扩散 2孔隙迁移→孔道扩散 离子扩散过程3交换反应 4向外孔隙→孔道扩散 5通过边界水膜进入外部溶液→膜扩散 膜扩散和孔道扩散何者影响最大?何者为控制步? 慢者控制离子交换反应的速度 (⑩)浓度:浓度大于0.1mol/时,孔道扩散为控制步 浓度小于0.003mol/时,膜扩散成为控制步 介于中间则取决于具体情况 (以)流速或搅拌速率:大,则水膜薄.膜扩散快 但孔隙扩散基本不受影响 (3)树脂粒径:膜扩散,速度与粒径成反比 孔道扩散,速度与粒径2次方成反比 4交联度:交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显 者

膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？ 慢者控制离子交换反应的速度． (1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步． 浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步 介于中间则取决于具体情况． (2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄．膜扩散快． 但孔隙扩散基本不受影响． (3) 树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比． 孔道扩散，速度与粒径２次方成反比． (4) 交联度： 交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显 著．