当前位置:网站首页 > 技术文章 > 详细内容

技术文章

离子交换技术特点、结构、原理及应用

发布时间:2017-09-29   点击次数:328次

1.定义:

利用离子交换剂来进行物质的分离和提纯的方法

2.原理:

基于物质在固相与液相之间的分配

3.离子交换剂分类:

有机离子交换树脂和无机离子交换剂

 

无机离子交换剂的优点:耐高温、抗辐射 缺点:交换能力低、化学稳定性差、机械稳定性差

有机离子交换树脂的特点:网状结构、难溶(水、酸、碱、有机溶剂)、性质稳定(热、机械、化学)、含活性基团(-SO3H、-COOH、≡NROH)

4.离子交换树脂结构:

 

网状骨架上有许多功能团,以苯乙烯和二乙烯苯交联共聚体为骨架,以磺酸基为功能团。

5.离子交换树脂分类:

按物理结构分类:凝胶型(孔径为5nm);大孔型(孔径为20—100nm);

按合成的树脂所用原料单体分类:

苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、乙烯吡啶系

zui常用的分类是依据树脂离子交换功能团分:

强酸性阳离子交换树脂;弱酸性阳离子交换树脂;
强碱性阴离子交换树脂;弱碱性阴离子交换树脂。

特殊的离子交换树脂:电子交换树脂,大孔离子交换树脂,螯合树脂,萃淋树脂,氧化还原树脂和纤维交换剂等。

6. 离子交换树脂作用原理:

(1)电离

zui常见的聚苯乙烯苯磺酸树脂,以苯乙烯和二乙烯苯交联共聚体为骨架,以磺酸基为功能团,当树脂浸泡在水溶液中,水渗入树脂相,功能团电离产生可供交换的游离离子,如上式,联结在树脂骨架上不能自由运动,使树脂带上固定的电荷,被称为固定离子,与固定离子电荷相反的离子(如)称反离子,在树脂相内形成一种类似高分子电解质的“溶液”,外来离子扩散入树脂相,便能置换这些反离子,而发生。

(2)交换反应

所以,被吸附在树脂上,而被解吸进入溶液中,这就是离子交换树脂上的离子交换过程,也可称作吸附和吸解过程。

7. 离子交换树脂物理性质:

7.1外观

(1)颜色:透明或半透明的物质,颜色各异。在使用中,由于可交换离子的转换或受杂质的污染等原因,其颜色会发生变化。

(2)形状:一般均呈球形。树脂呈球状颗粒数占颗粒总数的百分率,称为圆球率。对于交换柱水处理工艺来说,圆球率愈大愈好,它一般应达90%以上。

7.2粒度

树脂颗粒的大小对水处理的工艺过程有较大的影响。颗粒大,交换速度就慢;颗粒小,水通过树脂层的压力损失就大。如果各个颗粒的大小相差很大,则对水处理的工艺过程是不利的。

有效粒径是指筛分树脂时,10%体积的树脂颗粒通过,而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积的树脂的筛孔直径之比。均一系数越接近1,表明树脂颗粒越均匀。常常见到用筛目数表示树脂粒度。

7.3密度

(1)真体积V真:质量为w1的含有平衡水的湿树脂加到水中,观察排开水的量,即得到树脂的真体积V真。

(2)视体积V视:将含平衡水的树脂装入量筒,敲击振动使体积极小,得树脂空间体积,即为视体积V视。

(3)干真密度:在干燥状态下树脂本身的密度。

 

此值一般为1.6左右,在实用意义不大,常用在研究树脂性能方面。

(4)湿真密度:指树脂在水中经过充分膨胀后,树脂颗粒的密度

 

(5)湿视密度:指树脂在水中充分膨胀后的堆积密度


湿视密度用来计算交换器中装载树脂时所需湿树脂的质量,此值一般在0.60~0.85之间。

7.4含水率

含水量的大小取决于亲水基团的多少及树脂孔隙的大小。对凝胶型树脂,交联度对含水量的影响比较大。

7.5溶胀性

当将干的离子交换树脂浸入水中时,其体积常常要变大,这种现象称为溶胀。

影响溶胀率大小的因素有以下几种:

(1)溶剂。树脂在极性溶剂中的溶胀性,通常比在非极性溶剂中强。

(2)交联度。高交联度树脂的溶胀能力较低。

(3)活性基团。此基团愈易电离,树脂的溶胀性愈强。

(4)交换容量。高交换容量离子交换树脂的溶胀性要比低交换容量的强。

(5)溶液深度。溶液中电解质浓度愈大,由于树脂内外溶液的渗透压差减小,树脂的溶胀率愈小。

(6)可交换离子的本质。可交换的水合离子半径愈大,其溶胀率愈大,因而在其交换和再生的过程中会发生胀缩现象,多次的胀缩就容易促使树脂颗粒碎裂。

7.6耐磨性

一般,其机械强度应能保证每年的树脂耗损量不超过3%~7%。

7.7溶解性

离子交换树脂含有的少量低聚物较易溶解。离子交换树脂在使用中,有时也会发生转变成胶体渐渐溶入水中的现象,即所谓胶溶。

7.8耐热性

通常,盐型要比酸型或碱型稳定。

7.9抗冻性

7.10耐辐射性能

在有核反应堆的企业中,所用离子交换剂的抗辐射性是很重要的。一般而论,无机离子交换剂的耐辐射性能较好,而树脂均易降解,其中又以阴树脂为严重。

 7.11导电性

干燥的离子交换树脂不导电,纯水也不导电,但用纯水润湿的离子交换树脂可以导电,所以这种导电属于离子型导电。这种导电在离子交换膜及树脂的催化作用上很重要。

8.离子交换树脂化学性质

8.1酸碱性

离子交换树脂是聚电解质,其功能团释出H+或OH–能力的不同表示它们的酸碱性。

8.2交联度

使各个单体交联而形成树脂交聚物的物质称交聚剂,树脂中含交聚剂的重量百分数称交联度。交联度大小反映了树脂网状结构间空隙的大小。交联度大,树脂间空隙小;交联度小,空隙大。不同空隙大小影响了离子交换的速度和对不同离子的选择性。

8.3交换容量

离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。

(1) 全交换容量(Q)。表示离子交换树脂中所有活性基团的总量,即将树脂中所有活性基团全部再生成某种可交换的离子,然后测定其全部交换下来的量。

(2)工作交换容量(QG)。工作交换容量是在交换柱中,模拟水处理实际运行条件下测得的交换容量,就是把离子交换树脂放在动态交换柱中,通过需要处理的水,直到滤出液中有要交换的离子漏出为止所发挥出的交换容量,称为工作交换容量。

(3)平衡交换容量(QP)。离子交换树脂完全再生后,求它和一定组成的水溶液作用到平衡状态时的交换容量,称为平衡交换容量。

8.4离子交换树脂的选择性与化学稳定性

离子交换树脂吸着各种离子的能力不一,离子被置换下来的能力也不同,这种性能称为离子交换的选择性。选择性会影响到离子交换树脂的交换和再生过程。

化学稳定性:主要指耐化学试剂、耐氧化、耐辐射的性能。

8.5离子交换反应的可逆性

离子交换反应的可逆性,是离子交换树脂可以反复使用的重要性质。

8.6中和与水解

离子交换树脂的中和与水解的性能和通常的电解质一样。

9.离子交换速度

离子交换过程,是在水中离子和离子交换树脂的可交换基团间进行的。离子交换化学反应本身的速度,一般是很快的,所以通常说的离子交换速度,不单指此种化学反应,而是表示水溶液中离子浓度改变的速度。

影响阳离子交换速度的一些因素:

(1)树脂交换基团。离子间化学反应速度是很快的,树脂交换基团的不同一般并不影响交换速度。但对于会形成弱电解质的离子交换树脂,情况就不同。

(2)树脂的交联度。树脂的交联度越大,网孔越小,则其颗粒内扩散越慢,交换速度就越慢,当水中有粒径较大的离子存在时,对交换速度影响就更为显著。

(3)树脂的颗粒。树脂颗粒越小,交换速度越快。

(4)溶液的浓度。浓度越大,扩散速度越快。

(5)水温。提高水温能同时加快内扩散和膜扩散。

(6) 搅拌或提高流速。交换过程中的搅拌或提高水的流速,只能加快扩散,但不能影响内扩散。

(7)离子的本性。它对内扩散的速度影响较大,离子水合半径越大,内扩散越慢;离子电荷数越多,内扩散越慢,根据实验结果,阳离子增加一个电荷,其内扩散速度约减慢为原来的1/10。

10.应用

水处理(复合床式离子交换法除盐、阴阳离子交换树脂混合柱中和酸碱性)

阴离子交换剂从铀矿硫酸浸出液中提取铀(主要是含铀品位较低的矿石浸出液、碱性浸出液也适用、阳离子树脂无效)

稀土元素和超铀元素的分离(阳离子交换树脂)

镎中除钍(阳离子交换树脂、根据离子吸附在阳离子树脂上能力的强弱)


上一篇 : 红外测油仪的广泛应用领域    下一篇 :  山西超纯水机维修故障指南之超纯水机漏水原因分析

分享到:

返回列表

北京飞翔赛思科技有限公司是优质的红外测油仪厂家,主营测油仪,红外测油仪,红外油分析仪等产品,欢迎来电咨询红外测油仪价格等信息
北京飞翔赛思科技有限公司  版权所有 地址:北京市顺义区林河工业开发区顺仁路53号1幢 网站地图
备件销售电话 Tel:400-8033-698 传真 Fax:86-010-89405991 邮编:101300 电子邮箱 E-mail:fxsskj@126.com
京ICP备15011870号-2 返回首页

联系人:许经理
13522157860
400-8033-698
点击这里给我发消息
 
扫一扫访问手机站扫一扫访问手机站
访问手机站