理学离子交换法及其应用学习教案.pptx
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1、会计学1理学离子交换理学离子交换(l z jio hun)法及其应用法及其应用第一页,共32页。1.1 离子交换法发展离子交换法发展(fzhn)历程历程n n70 年代中后期,“闭路循环工序化”发展(fzhn),即逆流漂洗-离子交换-蒸发浓缩的组合工艺 n n到了20 世纪80 年代,国内也出现了类似工艺,我国树脂法处理含铬废水始于20 世纪70 年代。n n1974 年,大孔苯乙烯叔胺型弱碱性阴离子交换树脂研制成功,被当时认为是电镀含铬废水处理技术的一大突破。n n工业上采用离子交换树脂处理含锌废水也比较成熟 n n离子交换树脂处理贵金属废水的经济效益显著,国内已有厂家成功地用“丙酮-盐酸-
2、水”混合液进行树脂洗脱并回收金 第1页/共32页第二页,共32页。n n 离子交换(jiohun)法是利用离子交换(jiohun)剂和溶液中的离子发生交换(jiohun)反应进行分离的方法,主要以离子交换(jiohun)树脂为载体的。n n 实质:不溶性离子化合物(离子交换(jiohun)剂)上的可交换(jiohun)离子与溶液中的其他同性离子的交换(jiohun)反应,是一种特殊 的吸附过程,通常是可逆化学吸附1.2 离子交换离子交换(l z jio hun)法原理法原理第2页/共32页第三页,共32页。1.2 离子交换离子交换(l z jio hun)法原理法原理n n在平衡状态下,离子交
3、换剂及溶液在平衡状态下,离子交换剂及溶液在平衡状态下,离子交换剂及溶液在平衡状态下,离子交换剂及溶液(rngy)(rngy)中的反应物浓中的反应物浓中的反应物浓中的反应物浓度符合下列关系式:度符合下列关系式:度符合下列关系式:度符合下列关系式:离子交离子交换是可逆反是可逆反应(kn-fnyng),其反,其反应式式可表可表达达为:交换交换树脂树脂交换交换离子离子饱和饱和树脂树脂 K 值的大小能定量地反映离子交的大小能定量地反映离子交换剂对某某两个两个固定离子交固定离子交换选择性的大小。性的大小。第3页/共32页第四页,共32页。1.2 离子交换离子交换(l z jio hun)基本理论基本理论(
4、1)离子交换过程离子交换过程 离子交换过程可以看作是固相的离子交换过程可以看作是固相的离子交换树脂与液相(废水)离子交换树脂与液相(废水)电解质之间的化学电解质之间的化学(huxu)置置换反应。换反应。其中:其中:R和和 R 代表阳、阴交换树脂代表阳、阴交换树脂(shzh)的本体的本体第4页/共32页第五页,共32页。1.3 离子交换离子交换(l z jio hun)剂剂n n 目前在水处理中广泛使用的离子交换剂是离子交换树脂,它具有交换容量高;球目前在水处理中广泛使用的离子交换剂是离子交换树脂,它具有交换容量高;球形颗粒,水流阻力小,交换速度快;机械强度和化学稳定性都较好形颗粒,水流阻力小,
5、交换速度快;机械强度和化学稳定性都较好.n n 离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物,它由不溶性的三维离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物,它由不溶性的三维空间空间(snwikngjin)(snwikngjin)网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成。电荷的可交换离子三部分构成。苯乙烯系阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 阳离子交换树脂第5页/共32页第六页,共32页。离子树脂三维空间立体结构离子树脂三维空间立体结构树脂的网络骨架树脂的网络骨架第6页/共32页第七页,共32页
6、。一部分是不溶性的树脂本体(resin matrix)。树脂本体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。交联剂的作用是使树脂本体形成(xngchng)立体的网状结构。另一部分是具有活性的交换基团(也叫活性基团)。交换基团(functional group)由起交换作用的离子和与树脂本体联结的离子组成。如磺酸型阳离子交换树脂的组成为:RSO3H,其中R为树脂本体,SO3H为交换基团,H是可交换离子。1.3 离子交换(l z jio hun)剂第7页/共32页第八页,共32页。如如如如R RNH2NH2活性基团水合后形成活性基团水合后形成活性基团水合后形成活性基团水合后形成(xngchng)(xn
7、gchng)含有可离解的含有可离解的含有可离解的含有可离解的OHOH离子:离子:离子:离子:R RNH2NH2H2O H2O R RNH3NH3OHOH OH OH 可可可可以和其它阴离子交换以和其它阴离子交换以和其它阴离子交换以和其它阴离子交换离离子子交交换换(l z jio hun)树树脂脂 如如如如RRSO3HSO3H,酸性基团上的,酸性基团上的,酸性基团上的,酸性基团上的HH可以可以可以可以(ky)(ky)电离,能与其他阳离子进行等当量的离子交换电离,能与其他阳离子进行等当量的离子交换电离,能与其他阳离子进行等当量的离子交换电离,能与其他阳离子进行等当量的离子交换 阳离子交换树脂内的活
8、性基团是酸性的阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阳离子交换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂(cation resin)(cation resin)阴离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂(anion resin)(anion resin)1.3 离子交换剂第8页/共32页第九页,共32页。离子交换离子交换(l z jio hun)树树脂的有效脂的有效pH范围范围树
9、脂类型强酸性离子交换树脂弱酸性离子交换树脂强碱性离子交换树脂弱碱性离子交换树脂有效pH范围114514112072.交换交换(jiohun)容容量量v 淡淡黄黄色球色球状状颗粒;粒;v 化化学学稳定性好,耐磨性好;定性好,耐磨性好;v 在酸性、在酸性、碱碱性和中性介性和中性介质中都中都可使用;可使用;v 交交换反反应速度快;速度快;v 无机、有机无机、有机阴阴离子均可交离子均可交换。交换交换交换交换(jiohun)(jiohun)能力受酸度的影能力受酸度的影能力受酸度的影能力受酸度的影响较大响较大响较大响较大1.3 离子交换剂第9页/共32页第十页,共32页。1.4 离子交换(l z jio
10、hun)反应的过程第10页/共32页第十一页,共32页。第11页/共32页第十二页,共32页。过程通常(tngchng)分为五个阶段:(a)交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒(kl)表面(穿过颗粒(kl)表面的液膜);(b)交换离子在树脂颗粒(kl)内部扩散(即交联网孔中,直至达到某一活性基团位置;(c)交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离子发生交换反应;(d)被交换下来的离子在树脂颗粒(kl)内部扩散;(e)被交换下来的离子在溶液中扩散。交换反应速度比扩散速度快的多,总的交换速度由扩散过程控制。1.4 离子交换反应(fnyng)的过程离子交换的总速度取决于扩散速度第12页/共32页第十三页,
11、共32页。1.5 离子交换树脂离子交换树脂(shzh)的再生的再生n n离子交换与再生反应是一个可离子交换与再生反应是一个可逆反应逆反应(kn-fnyng),树脂再,树脂再生就是使离子交换反应逆向进生就是使离子交换反应逆向进行,以恢复树脂的离子交换性行,以恢复树脂的离子交换性能。能。n n一般用适当浓度的酸或碱进行一般用适当浓度的酸或碱进行洗涤可恢复到原状态而重复使洗涤可恢复到原状态而重复使用。阳离子交换树脂可用稀硫用。阳离子交换树脂可用稀硫酸、稀盐酸淋洗;阴离子交换酸、稀盐酸淋洗;阴离子交换树脂可用氢氧化钠溶液处理再树脂可用氢氧化钠溶液处理再生。生。第13页/共32页第十四页,共32页。2
12、离子交换(l z jio hun)树脂处理重金属废水第14页/共32页第十五页,共32页。2 离子交换离子交换(l z jio hun)法处理重金法处理重金属废水属废水 n n离子交换树脂法具有交换、选择、吸附和催化等功能。近年来,使离子交换树脂在废水处理领域的应用不断扩大,越来越显示出它的优越性。n n应用离子交换树脂进行工业废水处理,不仅树脂可以再生,而且操作(cozu)简单、工艺条件成熟、流程短,目前在废水处理方面得到了大量应用。第15页/共32页第十六页,共32页。离子交离子交离子交离子交换换方式可分方式可分方式可分方式可分为为静静静静态态交交交交换换与与与与动态动态交交交交换换两种两
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