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  • 發布時間:2019-02-14 19:35 原文鏈接: 離子交換技術特點、結構、原理及應用

    1.定義:

    利用離子交換劑來進行物質的分離和提純的方法

    2.原理:

    基于物質在固相與液相之間的分配

    3.離子交換劑分類:

    有機離子交換樹脂和無機離子交換劑

     

    無機離子交換劑的優點:耐高溫、抗輻射 缺點:交換能力低、化學穩定性差、機械穩定性差

    有機離子交換樹脂的特點:網狀結構、難溶(水、酸、堿、有機溶劑)、性質穩定(熱、機械、化學)、含活性基團(-SO3H、-COOH、≡NROH)

    4.離子交換樹脂結構:

     

    網狀骨架上有許多功能團,以苯乙烯和二乙烯苯交聯共聚體為骨架,以磺酸基為功能團。

    5.離子交換樹脂分類:

    按物理結構分類:凝膠型(孔徑為5nm);大孔型(孔徑為20—100nm);

    按合成的樹脂所用原料單體分類:

    苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、環氧系、乙烯吡啶系

    zui常用的分類是依據樹脂離子交換功能團分:

    強酸性陽離子交換樹脂;弱酸性陽離子交換樹脂;
    強堿性陰離子交換樹脂;弱堿性陰離子交換樹脂。

    特殊的離子交換樹脂:電子交換樹脂,大孔離子交換樹脂,螯合樹脂,萃淋樹脂,氧化還原樹脂和纖維交換劑等。

    6. 離子交換樹脂作用原理:

    (1)電離

    zui常見的聚苯乙烯苯磺酸樹脂,以苯乙烯和二乙烯苯交聯共聚體為骨架,以磺酸基為功能團,當樹脂浸泡在水溶液中,水滲入樹脂相,功能團電離產生可供交換的游離離子,如上式,聯結在樹脂骨架上不能自由運動,使樹脂帶上固定的電荷,被稱為固定離子,與固定離子電荷相反的離子(如)稱反離子,在樹脂相內形成一種類似高分子電解質的“溶液”,外來離子擴散入樹脂相,便能置換這些反離子,而發生。

    (2)交換反應

    所以,被吸附在樹脂上,而被解吸進入溶液中,這就是離子交換樹脂上的離子交換過程,也可稱作吸附和吸解過程。

    7. 離子交換樹脂物理性質:

    7.1外觀

    (1)顏色:透明或半透明的物質,顏色各異。在使用中,由于可交換離子的轉換或受雜質的污染等原因,其顏色會發生變化。

    (2)形狀:一般均呈球形。樹脂呈球狀顆粒數占顆粒總數的百分率,稱為圓球率。對于交換柱水處理工藝來說,圓球率愈大愈好,它一般應達90%以上。

    7.2粒度

    樹脂顆粒的大小對水處理的工藝過程有較大的影響。顆粒大,交換速度就慢;顆粒小,水通過樹脂層的壓力損失就大。如果各個顆粒的大小相差很大,則對水處理的工藝過程是不利的。

    有效粒徑是指篩分樹脂時,10%體積的樹脂顆粒通過,而90%體積的樹脂顆粒保留的篩孔直徑。均一系數是指能通過60%體積樹脂的篩孔直徑與能通過10%體積的樹脂的篩孔直徑之比。均一系數越接近1,表明樹脂顆粒越均勻。常常見到用篩目數表示樹脂粒度。

    7.3密度

    (1)真體積V真:質量為w1的含有平衡水的濕樹脂加到水中,觀察排開水的量,即得到樹脂的真體積V真。

    (2)視體積V視:將含平衡水的樹脂裝入量筒,敲擊振動使體積極小,得樹脂空間體積,即為視體積V視。

    (3)干真密度:在干燥狀態下樹脂本身的密度。

     

    此值一般為1.6左右,在實用意義不大,常用在研究樹脂性能方面。

    (4)濕真密度:指樹脂在水中經過充分膨脹后,樹脂顆粒的密度

     

    (5)濕視密度:指樹脂在水中充分膨脹后的堆積密度


    濕視密度用來計算交換器中裝載樹脂時所需濕樹脂的質量,此值一般在0.60~0.85之間。

    7.4含水率

    含水量的大小取決于親水基團的多少及樹脂孔隙的大小。對凝膠型樹脂,交聯度對含水量的影響比較大。

    7.5溶脹性

    當將干的離子交換樹脂浸入水中時,其體積常常要變大,這種現象稱為溶脹。

    影響溶脹率大小的因素有以下幾種:

    (1)溶劑。樹脂在極性溶劑中的溶脹性,通常比在非極性溶劑中強。

    (2)交聯度。高交聯度樹脂的溶脹能力較低。

    (3)活性基團。此基團愈易電離,樹脂的溶脹性愈強。

    (4)交換容量。高交換容量離子交換樹脂的溶脹性要比低交換容量的強。

    (5)溶液深度。溶液中電解質濃度愈大,由于樹脂內外溶液的滲透壓差減小,樹脂的溶脹率愈小。

    (6)可交換離子的本質。可交換的水合離子半徑愈大,其溶脹率愈大,因而在其交換和再生的過程中會發生脹縮現象,多次的脹縮就容易促使樹脂顆粒碎裂。

    7.6耐磨性

    一般,其機械強度應能保證每年的樹脂耗損量不超過3%~7%。

    7.7溶解性

    離子交換樹脂含有的少量低聚物較易溶解。離子交換樹脂在使用中,有時也會發生轉變成膠體漸漸溶入水中的現象,即所謂膠溶。

    7.8耐熱性

    通常,鹽型要比酸型或堿型穩定。

    7.9抗凍性

    7.10耐輻射性能

    在有核反應堆的企業中,所用離子交換劑的抗輻射性是很重要的。一般而論,無機離子交換劑的耐輻射性能較好,而樹脂均易降解,其中又以陰樹脂為嚴重。

     7.11導電性

    干燥的離子交換樹脂不導電,純水也不導電,但用純水潤濕的離子交換樹脂可以導電,所以這種導電屬于離子型導電。這種導電在離子交換膜及樹脂的催化作用上很重要。

    8.離子交換樹脂化學性質

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