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离子交换设备基础知识(一)

点击次数:112  发布时间:2020-07-10

离于交换法是用离子交换剂上的离子和水中离子进行交换而除去水中有害离子的方法。在工业废水处理中,主要用以回收贵重金属离子,也用于放射性废水和有机废水的处理。

一、离子交换基本原理

离子交换的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应,是一种特殊的吸附过程,通常是可逆性化学吸附。

离子交换是可逆反应,反应式可表达为:

RA + B   RB + A

交换   交换     饱和

树脂   离子     树脂

在平衡状态下,反应物浓度符合下列关系式:

[RB]  []

-----------------    =  K

[RA]  [B]

  K是平衡常数。K大于1,表示反应能顺利向右方进行。K值越大,越有利于交换反应,而不利于逆反应。K值的大小能定量地反映在离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。

二、离子交换剂

水处理中常用的离子交换剂有磺化煤和离子交换树脂。废水处理中使用的主要是离子交换树脂。

(一)离子交换剂分类

离子交换剂种类很多,通常根据母体材质和活性基团分类,见表5-1

表5-1  离子交换剂分类

 

 

无机

有机

天然

合成

炭质

合成

海绿

合成

沸石

磺化煤

阳离子交换树脂

阴离子交换树脂

其他

强酸性

弱酸性

强碱性

弱碱性

钠交换

基团

阳离子交换基团

 

磺酸基

-SO

羟酸基

-COOH

季铵基

伯胺基NH

仲胺基=N

叔胺基N

 

-CHSH

-NR2+

COOH

-N(CH

注:型比型的碱性强,热稳定性好,抗氧化,除硅能力强;型交换容量大得多,易再生,不受水中氯离子的影响。

(二)离子交换树脂组成

离子交换树脂是人工合成的高分子化合物,由树脂本体(又称母体)和活性基团两部分组成。

1.离子交换树脂

树脂母体通常是苯乙烯的聚合物,是线型结构的高分子有机化合物,原料中常加入一定数量的二乙烯苯做交联剂,使线状聚合物之间相互交联,成立体网状结构。树脂的外形呈球状颗粒,通常在0.2~0.8mm。

树脂本身不是离子化合物,无离子交换能力,需经处理后加上活性基团,才成为离子化合物。

2.活性基团

活性基团由固定离子和活动离子组成。固定离子固定在树脂的网状骨架上,活动离子(或称为交换离子)则依靠静电引力与固定离子结合在一起,二者电性相反电荷相等。如含有-SO、-COO等,称为阳树脂;含有-N(CHOH、-N(CHOH等,称为阴树脂。

离子交换树脂和其他离子交换剂相比,交换容量大,阻力小,交换速度快,机械强度高,化学稳定性好,但成本较高。

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