废水的物理化学处理法离子交换.ppt

《废水的物理化学处理法离子交换.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《废水的物理化学处理法离子交换.ppt（32页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第四章 废水的物理化学处理法第二节离子交换法2.1 2.1 离子交换概述离子交换概述uu离子交换法是利用离子交换剂来分离废水中有害物质的方离子交换法是利用离子交换剂来分离废水中有害物质的方法目前已广泛应用于水处理方面。它能有效去除废水中重法目前已广泛应用于水处理方面。它能有效去除废水中重金属离子金属离子(如如CuCu、NiNi、ZnZn、HgHg等等)和磷酸、硝酸、有机物和磷酸、硝酸、有机物和放射性物质等。和放射性物质等。uu离子交换反应就是利用离子交换剂上可游离交换的离子与离子交换反应就是利用离子交换剂上可游离交换的离子与水中同性离子间的交换过程，它也是一种特殊的化学吸附水中同性离子间的交换

2、过程，它也是一种特殊的化学吸附过程。过程。uu由于离子交换剂带有电荷，可与反离子相吸引，离子交换由于离子交换剂带有电荷，可与反离子相吸引，离子交换的反离子与溶液中符号相同的反离子在两相之间进行再分的反离子与溶液中符号相同的反离子在两相之间进行再分配。这就是离子交换动力学的一种扩散过程。配。这就是离子交换动力学的一种扩散过程。uu离子交换剂具有选择性，它对某些离子具有更高的亲和性，离子交换剂具有选择性，它对某些离子具有更高的亲和性，所以离子交换过程又与一般的扩散过程有所不同。所以离子交换过程又与一般的扩散过程有所不同。ChenshuixiaChenshuixia2.1 2.1 离子交换概述（续）

3、离子交换概述（续）uu离子交换是在功能基上进行的一种可逆的过程离子交换是在功能基上进行的一种可逆的过程uu离子交换严格按照化学当量进行离子交换严格按照化学当量进行uu若以若以R R代表基体，则阴、阳离子交换过程可以表示为：代表基体，则阴、阳离子交换过程可以表示为：ChenshuixiaChenshuixia离子交换过程通常分为五个阶段uu待交换离干从溶液扩散通过颗粒表面外层的液膜待交换离干从溶液扩散通过颗粒表面外层的液膜扩散；扩散；uu进入颗粒在颗粒内部孔隙内进行扩散进入颗粒在颗粒内部孔隙内进行扩散粒扩散；粒扩散；uu达到交换位置后进行交换达到交换位置后进行交换交换反应；交换反应；uu交换下来

4、的离子经过微孔扩散达到交换剂颗粒外表面交换下来的离子经过微孔扩散达到交换剂颗粒外表面粒扩散；粒扩散；uu从交换剂表面穿过液膜而扩散进入溶液中从交换剂表面穿过液膜而扩散进入溶液中膜扩散。膜扩散。uu上述过程中，交换速度是很快的，因此整个过程的速率主上述过程中，交换速度是很快的，因此整个过程的速率主要决定于扩散速率。要决定于扩散速率。ChenshuixiaChenshuixia2.2 2.2 离子交换剂离子交换剂uu离子交换树脂：是一种具有多孔性海绵状结构的物质，带离子交换树脂：是一种具有多孔性海绵状结构的物质，带有可交换离子（阳离子或阴离子）的不溶性固体物，由固有可交换离子（阳离子或阴离子）的不

5、溶性固体物，由固体母体和交换基团两部分组成，交换基团内含有可游离交体母体和交换基团两部分组成，交换基团内含有可游离交换的离子。换的离子。uu天然和合成的沸石天然和合成的沸石uu高岭土、蒙脱石高岭土、蒙脱石ChenshuixiaChenshuixia无机离子交换剂的缺点：1、交换能力低 2、化学稳定性差 3、机械稳定性差有机离子交换剂的特点：1、网状结构 2、难溶（水、酸、碱、有机溶剂）3、稳（热、机械、化学）4、含活性基团（-SO3H、-COOH、NOH）ChenshuixiaChenshuixia2.3 2.3 人工合成离子交换树脂人工合成离子交换树脂uu离子交换树脂是一类具离子交换功能的高

6、分子，由交联结离子交换树脂是一类具离子交换功能的高分子，由交联结构的高分子基体、基体上的交换基团、与交换基团以离子构的高分子基体、基体上的交换基团、与交换基团以离子键结合的反离子三部分组成。键结合的反离子三部分组成。uu树脂基体通常是由具有线型结构的高分子有机化合物树脂基体通常是由具有线型结构的高分子有机化合物聚苯乙烯和聚苯乙烯和定数量的二乙烯苯所组成二乙烯苯也称交定数量的二乙烯苯所组成二乙烯苯也称交联剂，它的作用是使线状聚合物之间相互交联，成立体网联剂，它的作用是使线状聚合物之间相互交联，成立体网状结构。状结构。uu活性基团由固定离子和活动离子组成，固定离子固定在树活性基团由固定离子和活动离

7、子组成，固定离子固定在树脂的网状骨架上活动离子脂的网状骨架上活动离子(又称交换离子）则依靠静电又称交换离子）则依靠静电引力与固定离子结合在一起二者电性相反，电荷数相等引力与固定离子结合在一起二者电性相反，电荷数相等 ChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂类型离子交换树脂类型uu根据交换基团的性质，可将离子交换树脂分为阳离子交换树脂、阴离根据交换基团的性质，可将离子交换树脂分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、和两性交换树脂。子交换树脂、和两性交换树脂。阳离子交换树脂还可进一步分为强酸型（阳离子交换树脂还可进一步分为强酸型（-SO-SO3 3H H）、中酸型（）、中酸型（-PO(

8、OH)-PO(OH)2 2）、弱酸型（）、弱酸型（-COOH-COOH）；）；阴离子交换树脂还可分为强碱型（阴离子交换树脂还可分为强碱型（-N(CH-N(CH3 3)3 3OH)OH)、弱碱型（、弱碱型（-NH-NH3 3OH,-OH,-NHNH2 2OH,-NHOH)OH,-NHOH)；两性交换树脂：既含有酸性交换基团，也含有碱性交换基团。两性交换树脂：既含有酸性交换基团，也含有碱性交换基团。uu按基体聚合物单体的不同，可分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环按基体聚合物单体的不同，可分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯基吡啶系等树脂。目前，应用最广泛的树脂为苯乙烯系列氧系、乙烯基吡啶系

9、等树脂。目前，应用最广泛的树脂为苯乙烯系列离子交换树脂。离子交换树脂。uu这种交联结构的高分子，实际上是一种凝胶体，因此，此类树脂也称这种交联结构的高分子，实际上是一种凝胶体，因此，此类树脂也称之为之为凝胶型树脂凝胶型树脂凝胶型树脂凝胶型树脂。由于凝胶型交换树脂易受有机物的污染，。由于凝胶型交换树脂易受有机物的污染，6060年代初，年代初，又发展了另一类又发展了另一类大孔型树脂大孔型树脂大孔型树脂大孔型树脂，它是在合成树脂时加入某些致孔剂，使，它是在合成树脂时加入某些致孔剂，使合成的树脂不论在干态还是在湿态，都存在永久性的空隙（平均合成的树脂不论在干态还是在湿态，都存在永久性的空隙（平均20-

10、20-100nm100nm左右），使树脂不但具交换功能，还具备了吸附作用。左右），使树脂不但具交换功能，还具备了吸附作用。ChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂的合成离子交换树脂的合成 uu离子交换树脂主要通过加聚和缩聚合成。离子交换树脂主要通过加聚和缩聚合成。前一种方法通过加聚使具有双键的单体与带有两个以上双键的交前一种方法通过加聚使具有双键的单体与带有两个以上双键的交联剂共聚，然后在此基体中引入化学基团而成离子交换树脂。联剂共聚，然后在此基体中引入化学基团而成离子交换树脂。后一种方法是由具某种化学基团的低分子化合物通过缩聚反应形后一种方法是由具某种化学基团的低分子化合物通

11、过缩聚反应形成离子交换树脂，或将缩聚高聚物进行化学反应以引入化学基团。成离子交换树脂，或将缩聚高聚物进行化学反应以引入化学基团。uu合成离子交换树脂中最常用的单体是苯乙烯，最常用的交合成离子交换树脂中最常用的单体是苯乙烯，最常用的交联剂是二乙烯苯。联剂是二乙烯苯。uu单体通过悬浮聚合而制成球状颗粒，即普通的凝胶树脂。单体通过悬浮聚合而制成球状颗粒，即普通的凝胶树脂。uu若在悬浮共聚时，在单体相中加入一种作为共聚体的沉淀若在悬浮共聚时，在单体相中加入一种作为共聚体的沉淀剂的有机溶剂一起进行共聚，则可形成大孔型球粒树脂。剂的有机溶剂一起进行共聚，则可形成大孔型球粒树脂。uu上述合成的树脂通过化学反

12、应引入化学基团，即可制得阳、上述合成的树脂通过化学反应引入化学基团，即可制得阳、阴、两性树脂。阴、两性树脂。ChenshuixiaChenshuixia8.4.1 8.4.1 离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂离子交换分离离子交换分离离子交换分离法是利用带有活性交换基团的离子交换树脂与溶液中的离子发生交换反应而使离子分离的方法离子交换树脂的结构带有活性基团的网状高分子聚合物骨架活性基团酚醛树脂聚苯乙烯树脂交联剂酸性基团碱性基团SO3HCOOHN+R3NR2Ion exchange resins特殊基团ChenshuixiaChenshuixia聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂聚苯乙烯

13、磺酸型阳离子交换树脂聚合磺化交联剂交联作用活性基团R-SO3H+M+=R-SO3M +H+ChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类依据活性基团分类阳离子交换树脂阴离子交换树脂螯合树脂两性交换树脂强酸型弱酸型交换基为酸性，H+与阳离子交换SO3HCOOHOHpH 2pH 6使用 pH 范围pH 10交换基为碱性，阴离子发生交换强碱型弱碱型N+(CH3)3Cl-N+H3 OH-N+H2R OH-N+HR2 OH-pH 12pH 4含有特殊螯合基团的树脂电子交换树脂，含有氧化还原功能基团ChenshuixiaChenshuixia交换反应阳离子交换树脂阴离子交

14、换树脂R-SO3H+M+R-SO3M +H+RN+(CH3)3Cl-+X-RN+(CH3)3X-+Cl-R-NH2 +H2O R-N+H3 OH-水合作用RN+H3OH-+X-RN+H3X-+OH-螯合交换树脂R-L+M (R-L)nMChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂的基本性能离子交换树脂的基本性能uu含水量和密度：含水量和密度：树脂交联网孔内，都含有一定量的结合水分，树脂交联度愈小，树脂交联网孔内，都含有一定量的结合水分，树脂交联度愈小，内部孔隙率则愈大，含水率也大。含水率也与官能基的性质有关，内部孔隙率则愈大，含水率也大。含水率也与官能基的性质有关，并随着空气湿度变

15、化而改变并随着空气湿度变化而改变 树脂的密度有几种表达方法：树脂的密度有几种表达方法：表观密度表观密度表观密度表观密度:单位表观体积树脂的重量，单位为单位表观体积树脂的重量，单位为g gmlml。是实体积。是实体积加闭口孔隙体积，此体积即材料排开水的体积。加闭口孔隙体积，此体积即材料排开水的体积。干真密度：干真密度：干真密度：干真密度：是在干燥状态下树脂合成材料本身的密度。为干燥树是在干燥状态下树脂合成材料本身的密度。为干燥树脂的质量除以树脂的真体积（扣除树脂的内空隙体积）。阳离子脂的质量除以树脂的真体积（扣除树脂的内空隙体积）。阳离子交换树脂的干真密度约为交换树脂的干真密度约为1.4g1.4

16、gcmcm3 3，阴离子交换树脂的干真密，阴离子交换树脂的干真密度为度为1.2g1.2gcmcm3 3 湿真密度湿真密度湿真密度湿真密度:是指按产品要求的含水率的商品树脂颗粒本身的密度。是指按产品要求的含水率的商品树脂颗粒本身的密度。为商品树脂的质量除以树脂本身的体积为商品树脂的质量除以树脂本身的体积 视密度：视密度：视密度：视密度：亦称堆积密度。是指每单位体积中树脂的重量，它包括亦称堆积密度。是指每单位体积中树脂的重量，它包括了树脂的颗粒间隙。（包括颗粒内外孔及颗粒间空隙在内的单位了树脂的颗粒间隙。（包括颗粒内外孔及颗粒间空隙在内的单位体积质量。）体积质量。）ChenshuixiaChens

17、huixia离子交换树脂的基本性能（续）离子交换树脂的基本性能（续）uu粒度：粒度：粒度：粒度：粒度指树脂颗粒大小。它对树脂交换能力、树脂层中水流分布粒度指树脂颗粒大小。它对树脂交换能力、树脂层中水流分布的均匀程度、水通过树脂层的压力降及交换和反冲洗的流失等均有影的均匀程度、水通过树脂层的压力降及交换和反冲洗的流失等均有影响响uu交联度：交联度：交联度：交联度：合成时所用单体中含有交联剂质量百分比称为树脂的交联度。合成时所用单体中含有交联剂质量百分比称为树脂的交联度。交联度与树脂的许多性质交联度与树脂的许多性质(溶解度交换容量、含水率、膨胀性、选溶解度交换容量、含水率、膨胀性、选择性稳定性择性

18、稳定性)都有关。因此适当的交联度是有利的。但交联度过高，都有关。因此适当的交联度是有利的。但交联度过高，结构过分紧密，则水溶液中高分子量离子难以进入，且渗透的速率也结构过分紧密，则水溶液中高分子量离子难以进入，且渗透的速率也小小uu溶胀性：溶胀性：溶胀性：溶胀性：离子交换树脂能吸水溶胀。树脂的溶胀取决于所接触的介质离子交换树脂能吸水溶胀。树脂的溶胀取决于所接触的介质(空气水、溶剂空气水、溶剂)、树脂本身的结构特征、电荷密度、树脂本身的结构特征、电荷密度(离子团的性质、离子团的性质、浓度，、反离子的种类浓度，、反离子的种类(价数。离子半径价数。离子半径)等。从交换柱的设计来说，等。从交换柱的设计

19、来说，要掌握再生前后树脂的体积差。这个溶胀变化通常在实验室进行测定。要掌握再生前后树脂的体积差。这个溶胀变化通常在实验室进行测定。uu 比表面积比表面积比表面积比表面积:是多孔构脂重要的性能参数之一，其含义是指每克树脂所是多孔构脂重要的性能参数之一，其含义是指每克树脂所具有的面积具有的面积(m(m2 2)数，凝胶型树脂的比表面一般都在数，凝胶型树脂的比表面一般都在0.1m0.1m2 2/g/g左右，每左右，每克多孔树脂的表面积由数平方米到上千平方米。克多孔树脂的表面积由数平方米到上千平方米。ChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂的基本性能（续）离子交换树脂的基本性能（续）uu

20、交交交交换换换换容容容容量量量量：交交换换容容量量可可反反应应出出树树脂脂交交换换反反离离子子能能力力的的大大小小，是是离离子子交交换换树树脂脂最最重重要要的的性性能能。通通常常按按每每克克干干树树脂脂所所能能交交换换离离子子的的毫毫摩摩尔尔数数来来表表示示，记记为为m m molmolg g。生生产产上上常常用用单单位位体体积积树树脂脂所所能能交交换换的的摩摩尔尔数数表表示示。它它是是设设计计离离子子交交换过程和装置时所必须的数据。换过程和装置时所必须的数据。交换容量的表示方式主要有以下两种；交换容量的表示方式主要有以下两种；理理论论交交换换容容量量：树树脂脂交交换换基基中中所所有有可可交交

21、换换离离子子全全部部被被交交换换的的交交换换容量容量 工作交换容量：实际操作条件下的交换容量，与操作条件有关。工作交换容量：实际操作条件下的交换容量，与操作条件有关。交交换换容容量量可可通通过过实实验验来来测测定定，但但测测定定值值并并不不能能与与理理论论值值完完全全符符合合，这是因为合成时有副反应及交换程度不可能达这是因为合成时有副反应及交换程度不可能达100100。离离子子交交换换树树脂脂在在交交换换能能力力使使用用到到一一定定程程度度后后，就就停停止止工工作作。以以另另外外的的试试剂剂对对交交换换树树脂脂进进行行适适当当的的处处理理，使使其其恢恢复复离离子子交交换换能能力力，可可以以重重

22、复复使使用用，这这种种过过程程称称为为再再再再生生生生。这这是是离离子子交交换换树树脂脂的的重重要要特特性。性。ChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂的基本性能（续）离子交换树脂的基本性能（续）uu选择性：选择性：选择性：选择性：离子交换树脂的选择性是指某种树脂对不同离子离子交换树脂的选择性是指某种树脂对不同离子所表现出来的不同的交换亲和吸附性能。其与树脂本身所所表现出来的不同的交换亲和吸附性能。其与树脂本身所带的功能基、骨架结构、交联度有关，也与溶液中离子的带的功能基、骨架结构、交联度有关，也与溶液中离子的浓度、价数有关。树脂对不同离于的交换能力差别可用选浓度、价数有关。树

23、脂对不同离于的交换能力差别可用选择性系数择性系数K Kd d来表示，其数值等于树脂相和溶液相中交换的来表示，其数值等于树脂相和溶液相中交换的A A和和B B离子对的摩尔分数的比。离子对的摩尔分数的比。交交换换树树脂脂的的选选择择性性可可用用离离子子交交换换势势顺顺序序来来表表示示，阳阳离离子子原原子子价价愈愈高，交换势愈大高，交换势愈大，同同价阳离子的交换势随原子序数的增大而增大价阳离子的交换势随原子序数的增大而增大ChenshuixiaChenshuixia交换容量的测定称取某OH-型阴离子交换树脂2.00 g，置于锥型瓶中，加入0.200 mol/L HCl 100 mL 浸泡一昼夜。用移

24、液管吸取25.00 mL,以甲基红为指示剂，用0.100 mol/L NaOH溶液滴定，消耗20.00 mL。计算离子交换树脂的交换容量。ChenshuixiaChenshuixia离子交换亲合力离子交换亲合力离子交换树脂与电解质溶液接触时发生离子交换反应R-A+B+R-B+A+K选择性系数，也叫分离因素可以推导得衡量树脂对离子的亲和力的大小的参数亲和力水合离子的半径离子的电荷K半径小K电荷数离子交换分离的基础亲和力的亲和力的 差异差异ChenshuixiaChenshuixia2.4 2.4 离子交换的工艺和设备离子交换的工艺和设备uu离子交换的操作方式离子交换的操作方式间间间间歇歇歇歇式式

25、式式：把把交交换换剂剂与与被被处处理理溶溶液液混混合合加加以以适适当当搅搅拌拌，使使之之达达到到交交换换平平衡衡。设设备备简简单单操操作作要要求求不不严严，常常用用于于实实验验室室及及小小批批量量废废水水处理中。处理中。连连连连续续续续式式式式固固固固定定定定床床床床：交交换换剂剂置置于于交交换换柱柱内内不不动动，被被处处理理液液不不断断流流过过，此此法法没没备备简简单单，操操作作方方便便，适适用用范范围围广广，是是最最常常用用的的种种方方式式。缺点是交换剂利用率低，再生费用大，阻力损失大。缺点是交换剂利用率低，再生费用大，阻力损失大。连连连连续续续续式式式式移移移移动动动动床床床床离离离离子

26、子子子交交交交换换换换：把把树树脂脂输输送送在在不不同同装装置置中中分分别别完完成成交交换换、再再生生、清清洗洗等等过过程程。优优点点是是提提高高了了树树脂脂利利用用率率，降降低低了了树树脂脂投投资资，减少再生剂消耗。缺点是设备多、投资大、管理复杂。减少再生剂消耗。缺点是设备多、投资大、管理复杂。连连连连续续续续式式式式流流流流化化化化床床床床离离离离子子子子交交交交换换换换：树树脂脂和和被被处处理理的的溶溶液液，再再生生剂剂、洗洗水水都都处处于于流流动动状状态态。树树脂脂呈呈沸沸腾腾状状，在在不不同同部部位位连连续续进进行行交交换换、再再生生及及清清洗洗作作用用。该该法法的的优优点点是是效效

27、率率高高、装装置置小小、树树脂脂利利用用率率高高投投资资少少、再再生生剂剂用用量量少少、易易管管理理。缺缺点点是是设设计计及及操操作作条条件件要要求求高高，树脂磨耗量大。树脂磨耗量大。ChenshuixiaChenshuixia固定床离子交换法固定床离子交换法uu树树脂脂不不动动，交交换换液液通通过过树树脂脂层层(交交换换带带）进进行行交交换换，在在一一柱柱内内的的交交换换相相当当于于多多次次或或无无数数次次静静态态交交换换。当当树树脂脂失失去去交交换能力后，需进行反冼和再生。换能力后，需进行反冼和再生。uu树树脂脂的的再再生生 树树脂脂使使用用到到一一定定程程度度就就失失去去了了交交换换能能

28、力力，必必须须进进行行再再生生。在在废废水水处处理理中中，再再生生还还起起回回收收有有用用物物质质的的作作用用。强强碱碱性性阴阴离离子子交交换换树树脂脂必必须须用用强强碱碱溶溶液液再再生生(如如NaOH)NaOH),而而弱弱碱碱性性阴阴离离子子交交换换树树脂脂除除用用NaOHNaOH作作再再生生剂剂外外，还还可可用用弱弱碱碱性性物物质质如如N Na a2 2COCO3 3和和氨氨水水作作再再生生剂剂。阳阳离离子子交交换换树树脂可用酸进行再生脂可用酸进行再生ChenshuixiaChenshuixiaChenshuixiaChenshuixia离子交换设备离子交换设备离子交换柱离子交换柱uu单单

29、单单床床床床：只只有有一一根根交交换换柱柱内内装装一一种种例例脂脂(阳离子型或阴离子型阳离子型或阴离子型）；uu多多多多床床床床：多多个个单单床床串串联联，较较单单床床交交换换的的效率高、效果好。效率高、效果好。uu复复复复床床床床：阳阳离离子子交交换换柱柱与与阴阴离离子子交交换换柱柱串串联联使使用用，排排列列的的先先后后次次序序根根据据具具体体情情况况确定，适于除去离子型杂质。确定，适于除去离子型杂质。uu混混混混合合合合床床床床：在在一一个个柱柱内内装装有有按按一一定定比比例例混混合合的的阳阳离离子子交交换换树树脂脂和和阴阴离离子子交交换换树树脂脂的的混混合合物物。它它与与复复床床的的区区

30、别别是是交交换换过过程程在在中中性性或或近近中中性性条条件件下下进进行行，除除离离子子效效率率高高，但但再再生生时时混混合合树树脂脂需需经经分离，操作复分离，操作复杂杂。uu联合床：联合床：联合床：联合床：复床和混合床联合使用，复床和混合床联合使用，ChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂在水处理中的应用离子交换树脂在水处理中的应用uu含铬废水废水的处理含铬废水废水的处理含铬废水多以含铬废水多以CrOCrO4 42-2-及及CrCr2 2O O7 72-2-形式存在，也有少量的形式存在，也有少量的CrCr2 2O O3 3。含铬。含铬废水滤去杂质后，先用强酸型阳离子交换树脂除去

31、废水滤去杂质后，先用强酸型阳离子交换树脂除去CrCr3+3+、FeFe3+3+，流，流出液再用阴离子交换树脂吸附出液再用阴离子交换树脂吸附CrOCrO4 42-2-及及CrCr2 2O O7 72-2-，出水含铬量可降至，出水含铬量可降至我国废水排出标准我国废水排出标准0.5mg/l0.5mg/l以下。阳离子交换树脂用以下。阳离子交换树脂用1N1N盐酸再生，盐酸再生，阴离子交换树脂用阴离子交换树脂用12%NaOH12%NaOH再生，再生洗脱液经浓缩可回收铬。再生，再生洗脱液经浓缩可回收铬。uu含汞废水的处理含汞废水的处理水银电解法氯碱生产厂是汞的主要污染源。汞在废水中主要以水银电解法氯碱生产厂

32、是汞的主要污染源。汞在废水中主要以HgClHgCl4 42-2-络离子和游离金属汞形式存在。由于络离子和游离金属汞形式存在。由于-SH-SH和汞络离子有很强和汞络离子有很强的结合力，故可先将废水中的汞氧化成氯化汞，然后用含巯基大的结合力，故可先将废水中的汞氧化成氯化汞，然后用含巯基大孔型离子交换树脂处理，除汞效果很好。例如，含汞孔型离子交换树脂处理，除汞效果很好。例如，含汞20mg/l20mg/l的废的废水经处理后，出水浓度为。北京化工二厂等用水经处理后，出水浓度为。北京化工二厂等用D190D190大孔巯基树脂大孔巯基树脂处理含汞废水，可将废水中处理含汞废水，可将废水中HgHg2+2+浓度降至

33、浓度降至0.05mg/l0.05mg/l以下。处理水量以下。处理水量为树脂体积的为树脂体积的16001600倍。饱和树脂可用倍。饱和树脂可用30%30%盐酸洗脱，洗脱剂用量盐酸洗脱，洗脱剂用量为树脂体积的为树脂体积的40-5040-50倍，洗脱率达倍，洗脱率达100%100%。ChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂在水处理中的应用离子交换树脂在水处理中的应用uu含铜废水的处理含铜废水的处理装置一为含铜废水先通过装置一为含铜废水先通过NHNH4 4+式弱酸性阳离子交换树脂，树脂吸式弱酸性阳离子交换树脂，树脂吸附附CuCu2+2+而转化为而转化为CuCu2+2+式；式；CuCu2

34、+2+树脂用树脂用6%6%硫酸废液再生，硫酸废液再生，CuCu2+2+解吸解吸变成变成CuSOCuSO4 4被回收，树脂变成被回收，树脂变成H H+式；式；H H+式树脂用含式树脂用含NHNH4 4+废液转化废液转化为为NHNH4 4+式。如此反复循环使用。式。如此反复循环使用。uu含含镉镉废水的处理废水的处理镉是有毒重金属之一，工业废水允许排放标准为镉是有毒重金属之一，工业废水允许排放标准为0.1mg/l.0.1mg/l.。以。以CdCd2+2+形式存在的含镉废水，可以用酸性阳离子交换树脂处理。饱和树形式存在的含镉废水，可以用酸性阳离子交换树脂处理。饱和树脂用脂用HClHCl或或NaNa2

35、2SOSO4 4+NaCl+NaCl混合液再生，从再生洗脱液中可回收镉。混合液再生，从再生洗脱液中可回收镉。以络离子形式，如以络离子形式，如Cd(CN)Cd(CN)4 42-2-、CdClCdClX X-(X-2)-(X-2)、CdN(CHCdN(CH2 2COO)COO)3 3-，Cd(SCN)Cd(SCN)4 42-2-，Cd(EDTA)Cd(EDTA)2-2-等存在的含镉废水，可选用阴离子交换树等存在的含镉废水，可选用阴离子交换树脂处理。脂处理。ChenshuixiaChenshuixiaChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂在水处理中的应用离子交换树脂在水处理中的应用

36、uu含氮废水的处理含氮废水的处理氨氨氮氮是是水水体体中中主主要要的的污污染染物物质质之之一一。氨氨氮氮废废水水处处理理常常见见的的方方法法是是氨氨吹吹脱脱法法和和生生化化法法。王王大大孟孟等等采采用用ZC-1ZC-1氨氨氮氮废废水水净净化化剂剂处处理理含含氨氨氮废水，氮废水，使废水经处理后达到排放标准。使废水经处理后达到排放标准。ZC-1 ZC-1是是NaNa+型弱酸离子交换树脂，交换结果显示，控制型弱酸离子交换树脂，交换结果显示，控制pH=6pH=6，水温水温10-3010-30，ZC-1ZC-1对废水中氨氮具有良好的选择性离子交换作用，对废水中氨氮具有良好的选择性离子交换作用，对浓度对浓度

37、100-1000mg/l100-1000mg/l的氨氮废水，处理后可达到排放标准，饱和的的氨氮废水，处理后可达到排放标准，饱和的ZCZC1 1用用10%10%食盐水再生后可复用食盐水再生后可复用uu含酚废水的处理含酚废水的处理酚是一种酸性物质，易离解出酚是一种酸性物质，易离解出H H+而带负电荷，因而可用阴离子交而带负电荷，因而可用阴离子交换树脂处理含酚废水。换树脂处理含酚废水。酚的酸性越强，越易被吸附，高酚的酸性越强，越易被吸附，高pHpH下，酚解离成阴离子，有利于下，酚解离成阴离子，有利于酚在树脂上的吸附。交换了酚的饱和树脂，可用酚在树脂上的吸附。交换了酚的饱和树脂，可用NaOHNaOH的

38、甲醇溶液的甲醇溶液解吸。一般来说，用阴离子交换树脂处理含酚废水，需要其它方解吸。一般来说，用阴离子交换树脂处理含酚废水，需要其它方法的配合。法的配合。ChenshuixiaChenshuixia离子交换树脂在水处理中的应用离子交换树脂在水处理中的应用uu锅炉水的软化：锅炉水的软化：离子交换法制备锅炉软化水的工艺原理为：当原水经过钠型离子交换树离子交换法制备锅炉软化水的工艺原理为：当原水经过钠型离子交换树脂层防水中的脂层防水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+等硬度离子与树脂上的等硬度离子与树脂上的NaNa+进行交换，从而把进行交换，从而把CaCa2+2+、MgMg2+2+从原水中去掉，使水质

39、得到软化。交换过程可用下面反应从原水中去掉，使水质得到软化。交换过程可用下面反应式表示：式表示：uu脱盐纯水的制备：脱盐纯水的制备：所谓脱盐纯水系将原水中的所有溶解性盐类、游离的酸、碱离丁除去。离子交换所谓脱盐纯水系将原水中的所有溶解性盐类、游离的酸、碱离丁除去。离子交换法制备脱盐纯水系将原水通过法制备脱盐纯水系将原水通过H H型阳离子交换树脂和型阳离子交换树脂和OHOH型阴离子交换树脂，经过型阴离子交换树脂，经过离子交换反应，将水中的阴、阳离子除去，从而制得纯度很高的脱盐纯水。离子交换反应，将水中的阴、阳离子除去，从而制得纯度很高的脱盐纯水。制备脱盐纯水包括阳离子交换反应和阴离子交换反应。制

40、备脱盐纯水包括阳离子交换反应和阴离子交换反应。ChenshuixiaChenshuixia离子交换纤维离子交换纤维 uu离子交换纤维离子交换纤维(IonExchangeFiber)(IonExchangeFiber)是一种纤维状离子交换材是一种纤维状离子交换材料。料。uu历史历史历史历史 离子交换纤维的制备始于本世纪四十年代，首先制备了含磷酸基或胺基离子交换纤维的制备始于本世纪四十年代，首先制备了含磷酸基或胺基的阴、阳离子交换纤维。的阴、阳离子交换纤维。七十年代以来，苏联、美国、日本相继成功地开发出各种类的离子交换七十年代以来，苏联、美国、日本相继成功地开发出各种类的离子交换纤维，并实现工业化

41、。纤维，并实现工业化。6060年代初，曾汉民教授首先开拓离子交换纤维的研究年代初，曾汉民教授首先开拓离子交换纤维的研究 7070年代以来，我国在离子交换纤维的制备及应用的研究发展迅速年代以来，我国在离子交换纤维的制备及应用的研究发展迅速uu结构结构结构结构 离子交换纤维的结构由基体纤维和连接于其上的交换基团两部分组成。离子交换纤维的结构由基体纤维和连接于其上的交换基团两部分组成。基体纤维如聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯基体纤维如聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯丙烯腈共聚物、聚酚醛、丙烯腈共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃等。此外，还有碳纤维、活性碳纤维或半碳化纤维等聚酰胺、聚烯烃等。此外，还有碳纤维、活

42、性碳纤维或半碳化纤维等 交换基团有强酸、弱酸、强碱、弱碱，两性等多种。交换基团有强酸、弱酸、强碱、弱碱，两性等多种。ChenshuixiaChenshuixia离子交换纤维的离子交换纤维的制备制备制备制备uu离子交换纤维的制备方法归纳起来可分为两大类：离子交换纤维的制备方法归纳起来可分为两大类：一类是将具有或能转变成离子交换基团的单体或聚合物与能成纤一类是将具有或能转变成离子交换基团的单体或聚合物与能成纤的单体或聚合物共聚或共混，然后纺成纤维；的单体或聚合物共聚或共混，然后纺成纤维；另一类是通过天然或合成纤维的改性。其中包括官能团的化学转另一类是通过天然或合成纤维的改性。其中包括官能团的化学转

43、变、接枝共聚反应等。变、接枝共聚反应等。uu共混或共聚制备离子交换纤维共混或共聚制备离子交换纤维共混或共聚制备离子交换纤维共混或共聚制备离子交换纤维 含功能基的单体聚合制备离子交换纤维，其成纤过程也是功能化含功能基的单体聚合制备离子交换纤维，其成纤过程也是功能化过程。因此，纤维强度高，是一种理想的制备方法。如丙烯酸直过程。因此，纤维强度高，是一种理想的制备方法。如丙烯酸直接聚合成含接聚合成含COOHCOOH基的弱酸性阳离子交换纤维。基的弱酸性阳离子交换纤维。由带功能基团的单体与另一种易成纤的单体共聚或两种高聚物共由带功能基团的单体与另一种易成纤的单体共聚或两种高聚物共混纺丝制备离子交换纤维，一

44、方面可利用其中一种聚合物的成纤混纺丝制备离子交换纤维，一方面可利用其中一种聚合物的成纤能力和力学性能，另一方面可改善另一种聚合物的成纤能力并利能力和力学性能，另一方面可改善另一种聚合物的成纤能力并利用其功能基。用其功能基。ChenshuixiaChenshuixia离子交换纤维的性能离子交换纤维的性能离子交换纤维的性能离子交换纤维的性能uu机械强度机械强度 离子交换纤维的化学机械强度低于一般的化学纤维的强度，但这样的强离子交换纤维的化学机械强度低于一般的化学纤维的强度，但这样的强度已能满足加工的需要。度已能满足加工的需要。为提高离子交换纤维的强度及使用过程中的耐溶剂性，可对基体进行交为提高离子

45、交换纤维的强度及使用过程中的耐溶剂性，可对基体进行交联处理，但这会降低纤维的亲水性，而亲水性是决定纤维吸附动力学的联处理，但这会降低纤维的亲水性，而亲水性是决定纤维吸附动力学的主要因素，因为大多数吸附在水中进行，吸附质通过在水中的扩散与纤主要因素，因为大多数吸附在水中进行，吸附质通过在水中的扩散与纤维表面接触。因此，没有很好的亲水性，就不可能有好的动力学吸附性维表面接触。因此，没有很好的亲水性，就不可能有好的动力学吸附性能。能。uu稳定性稳定性 离子交换纤维对反应物具有较好的稳定性，在循环使用过程中交换容量离子交换纤维对反应物具有较好的稳定性，在循环使用过程中交换容量基本保持不变。基本保持不变

46、。uu化学吸附性能化学吸附性能 吸附速度比粒状离子交换材料可高出几倍，十几倍。这和离子交换纤维吸附速度比粒状离子交换材料可高出几倍，十几倍。这和离子交换纤维具有相对较高的外比表面积和短的传质距离有密切的关系。具有相对较高的外比表面积和短的传质距离有密切的关系。阳离子交换纤维对碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属水溶液中的阳离子交换纤维对碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属水溶液中的离子，具有相当高的吸附交换容量。离子，具有相当高的吸附交换容量。阴离子交换纤维对某些金属的络离子、蛋白质等，也有高的吸附量。阴离子交换纤维对某些金属的络离子、蛋白质等，也有高的吸附量。可以吸附气体；而粒状的离子交换树

47、脂由于在干燥情况下缩孔或闭孔，可以吸附气体；而粒状的离子交换树脂由于在干燥情况下缩孔或闭孔，对气体很难发生离子交换反应。对气体很难发生离子交换反应。ChenshuixiaChenshuixia废水处理和纯水制备废水处理和纯水制备废水处理和纯水制备废水处理和纯水制备uu 强酸型阳离子交换纤维可有效地除去水中的重金属离子。强酸型阳离子交换纤维可有效地除去水中的重金属离子。利用其吸附选择性，可用于废水中金属的回收。利用其吸附选择性，可用于废水中金属的回收。净化净化6060CoCo、134134CsCs废水，以及核电站循环水和废水中的铁、镁、废水，以及核电站循环水和废水中的铁、镁、钙、铵等离子钙、铵等离子 超纯水的制备。纤维状吸附剂交换速度比树脂大超纯水的制备。纤维状吸附剂交换速度比树脂大1010100100倍，对倍，对细菌、热原体、微粒子的吸附能力强。细菌、热原体、微粒子的吸附能力强。用作电渗析的充填材料。利用其良好的导电性能，交换传递水中用作电渗析的充填材料。利用其良好的导电性能，交换传递水中电解质离子（而非扩散），提高电流效率，加速离子迁移，使水电解质离子（而非扩散），提高电流效率，加速离子迁移，使水纯化。纯化。ChenshuixiaChenshuixia