《环境工程原理》课程教学资源（PPT课件）第10章 其他分离过程

第十章其他分离过程

第十章 其他分离过程

第十章其他分离过程本章主要内容第一节离子交换萃取第二节膜分离第三节

第十章 其他分离过程 第一节 离子交换 第二节 萃取 第三节 膜分离 本章主要内容

第一节离子交换本节的主要内容一、离子交换剂概述离子交换基本原理三、离子交换速度

一、离子交换剂概述 二、离子交换基本原理 三、离子交换速度 本节的主要内容 第一节 离子交换

第一节离子交换一、离子交换剂概述(离子交换剂的分类一般将具有离子交换功能的物质称为离子交换剂。离子交换剂可以是任何物质，包括有机离子交换剂（天然的和合成的）和无机离子交换剂（如沸石等）。离子交换树脂分类方法多种：（1）按物理结构：可分为凝胶型、大孔型和等孔型(2)按合成单体：可分为苯乙烯系、酚醛系和丙烯系等（3）按活性基团性质：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂等

（一）离子交换剂的分类 一般将具有离子交换功能的物质称为离子交换剂。离 子交换剂可以是任何物质，包括有机离子交换剂（天然的和 合成的）和无机离子交换剂（如沸石等）。 一、离子交换剂概述 第一节 离子交换 离子交换树脂分类方法多种： （1）按物理结构：可分为凝胶型、大孔型和等孔型。 （2）按合成单体：可分为苯乙烯系、酚醛系和丙烯系等。 （3）按活性基团性质：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂等

第一节离子交换(二)离子交换树脂的结构离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性基团所构成。活性基团遇水电离，分成：固定部分和活动部分水固定离子可交换离子二乙烯交联链聚苯乙烯链

（二）离子交换树脂的结构 离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物， 由空间网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性 基团所构成。 第一节 离子交换 活性基团遇水电离，分成：固定部分和活动部分

第一节离子交换(三)离子交换树脂的物理化学性质（1）交联度交联度是指交联剂的用量（用质量分数表示）（2）粒度离子交换树脂通常为球形（3）密度真密度和视密度（4）溶胀性（5）交换容量全交换容量：指单位质量（或体积）的树脂中可以交换的化学基团的总数，亦称理论交换容量。工作交换容量：指树脂在给定工作条件下实际可利用的交换能力

（三）离子交换树脂的物理化学性质 第一节 离子交换 （1）交联度 交联度是指交联剂的用量（用质量分数表示） （2）粒度 离子交换树脂通常为球形 （3）密度 真密度和视密度 （4）溶胀性 （5）交换容量 全交换容量：指单位质量（或体积）的树脂中可以交 换的化学基团的总数，亦称理论交换容量。 工作交换容量：指树脂在给定工作条件下实际可利用 的交换能力

第一节离子交换（6）选择性树脂选择性是指离子交换树脂对不同离子亲和力强弱的反应。影响离子交换树脂选择性的因素：离子的水化半径：离子在水溶液中通常发生水化作用，离子在水溶液中的实际大小以水化半径来表征。水化半径越小的离子越易被交换。离子的化合价：离子的化合价越高，其与树脂的亲和力越强，越易被树脂交换

第一节 离子交换 （6）选择性 树脂选择性是指离子交换树脂对不同离子亲和力强弱 的反应。 影响离子交换树脂选择性的因素： 离子的水化半径：离子在水溶液中通常发生水化作用， 离子在水溶液中的实际大小以水化半径来表征。水化半径 越小的离子越易被交换。 离子的化合价：离子的化合价越高，其与树脂的亲和 力越强，越易被树脂交换

第一节离子交换二、离子交换基本原理离子交换反应1.可逆反应固态树脂和溶液接触的界面发生可逆离子交换含Ca2+的硬水通过RNa型树脂：2RNa+Ca2+→RCa+2Na(10.1.1)食盐水使树脂再生：R,Ca+2Nal+→2RNa+Ca2+(10.1.2)反应式可写为：交换2RNa+Ca2+RCa+2Na(10.1.3)再生

（一）离子交换反应 二、离子交换基本原理 第一节 离子交换 1.可逆反应 固态树脂和溶液接触的界面发生可逆离子交换。 含Ca2＋的硬水通过RNa型树脂： 食盐水使树脂再生： 反应式可写为： 2 2 2 RNa Ca R Ca Na 2 + + + → + 1 2 R Ca Na RNa Ca 2 2 2 + + + → + 2 2 2 RNa Ca R Ca Na 2 + + + + 交换 再生 （10.1.1） （10.1.2） （10.1.3）

第一节离子交换2.强型树脂的交换反应强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂（1）中性盐分解反应(10.1.4)RSO,H+NaClRSO,Na+HCl(10.1.5)R=NOH+NaCIR=NCI+NaOH（2）中和反应(10.1.6)RSO,H+NaOHRSONa+HOR=NOH+HCIR=NCI+HO(10.1.7)

第一节 离子交换 2.强型树脂的交换反应 强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂 R H NaCl R Na HCl SO SO 3 3 + + R NOH NaCl R NCl NaOH  +  + （10.1.4） （10.1.5） （1）中性盐分解反应 （10.1.6） （10.1.7） （2）中和反应 R H NaOH RSO Na H O SO3 3 2 + + R NOH HCl R NCl H O  +  + 2

第一节离子交换（3）复分解反应(10.1.8)R(SO,Na)2+CaClRSO,Ca+2NaCl(10.1.9)R=NC)+NaSOR=N,SO+2NaCl3.弱型树脂的交换反应弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂（1）非中性盐的分解反应R(COOH)2+Ca(HCO,)2R(COO),Ca+2H,CO3(10.1.10)(10.1.11)R=NH,OH+NHCIR=NH,CI+NHOH

第一节 离子交换 3.弱型树脂的交换反应 弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂 3 2 2 3 R Na CaCl R Ca NaCl (SO ) SO 2 + + 2 4 2 4 R NCl Na SO R N SO NaCl ( ) ( ) 2  +  + （10.1.8） （10.1.9） （3）复分解反应 （10.1.10） （10.1.11） （1）非中性盐的分解反应 2 3 2 2 2 3 R COOH Ca HCO R COO Ca H CO ( ) ( ) ( ) 2 + + R NH OH NH Cl R NH Cl NH OH = + = + 2 4 2 4