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1、离子交换树脂什么是离子交换树脂什么是离子交换树脂? 离子:带有负电荷可水解的物质 交换: 化学反应过程 树脂:高聚物可以发生化学反应的功能高分子可以发生化学反应的功能高分子离子交换树脂离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类有机合成高聚物, 如. 苯乙烯-丁二烯 粒子结构：凝胶型，大孔型粒径分布：单分散，多分散官能团：酸性（强或弱），碱性（强或弱）交联度交联度= 二乙烯基苯在基体中的摩尔分数二乙烯基苯在基体中的摩尔分数交联度交联度SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H SO3HOO其它交联剂其它交联剂交联度范围交联度范围: 0.5 - 80%典型值典型值: 4 - 20%
2、交联使得树脂能够保持稳定的形态交联使得树脂能够保持稳定的形态在非氧化性介质中树脂不溶解在非氧化性介质中树脂不溶解在不同极性的溶剂中树脂或溶胀或收缩在不同极性的溶剂中树脂或溶胀或收缩氧化剂氧化剂: 双氧水双氧水, 液氯，三价铁，氧气液氯，三价铁，氧气氧化剂使交联键断裂氧化剂使交联键断裂SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H SO3H解交联机理解交联机理HHO - OHHO . + . OHSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H SO3HO2SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H SO3HOOHSO3HSO3HSO3HS
3、O3HSO3HSO3HSO3HSO3H SO3HOOH树脂形态基体: 二乙烯基苯交联聚苯乙烯结构结构微孔: 50 nm 1nm =10-9 m 凝胶微孔结构局部凝胶整体大孔结构凝胶结构凝胶结构凝胶型树脂粒子凝胶型树脂粒子透明透明无内表面无内表面微孔孔径微孔孔径 3 nm外表面积外表面积 200 - 400 cm2/g凝胶结构凝胶结构 (透明透明)均匀的微孔分布均匀的微孔分布便于均相离子交换便于均相离子交换典型交联度典型交联度: 4 - 10%微孔微孔均匀的官能团分布均匀的官能团分布SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HS
4、O3HSO3H大孔结构大孔结构大孔型树脂粒子大孔型树脂粒子不透明不透明内表面积内表面积 800 m2/g微孔孔径微孔孔径 2 nm大孔孔径大孔孔径 100 nm外表面积外表面积 200 - 400 cm2/g凝胶相有大的表面积凝胶相有大的表面积大孔，大孔， 空穴使得水或反应物空穴使得水或反应物在粒子内的扩散更加迅速在粒子内的扩散更加迅速大孔结构大孔结构 (不透明不透明)大孔大孔大孔大孔大孔大孔聚合反应时存在惰性溶剂聚合反应时存在惰性溶剂 (致孔剂致孔剂)，反应结束后使溶剂挥发，大孔便形成了，反应结束后使溶剂挥发，大孔便形成了典型交联度典型交联度: 12 - 20%微孔微孔SO3H强酸强酸NR2
5、弱碱弱碱NR3+ X-强碱强碱CO2H弱酸弱酸CH2CO2HNCH2CO2H螯合树脂螯合树脂NHCH2PO3H2螯合树脂螯合树脂NH - C - NH2S螯合树脂螯合树脂 Resin group钯掺杂钯掺杂树脂官能化树脂官能化离子交换树脂的离子基团键和在高聚物基体上:结构结构阳离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂 - SO3-弱酸性阳离子交换树脂- COO - 阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂- NR3+弱碱性阴离子交换树脂- NH2 / - NR2 溶液中的离子交换动力学溶液中的离子交换动力学强酸型强酸型SO3- H+完全电离完全电离选择性选择性 Na H耐斯特层耐斯特层 (快速膜渗透动力学
6、快速膜渗透动力学)HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +穿过带电荷的膜快速扩散穿过带电荷的膜快速扩散完全电离完全电离 SAC, SBA溶液中的离子交换动力学溶液中的离子交换动力学耐斯特层耐斯特层 (快速膜渗透动力学快速膜渗透动力学)HH+ +HH+
7、 +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +快速的离子交换快速的离子交换完全电离完全电离 SAC, SBA溶液中的离子交换动力学溶液中的离子交换动力学耐斯特层耐斯特层 (快速膜渗透动力学快速膜渗透动力学)HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+
8、 +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +HH+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +NaNa+ +粒子内部达到平衡状态粒子内部达到平衡状态Na 泄漏发生泄漏发生当当 粒子内平衡速率粒子内平衡速率(HH+ + 扩散到表面扩散到表面)小于小于 Na+ 穿过膜扩散速率穿过膜扩散速率达到工作交换量后发生离子泄漏达到工作交换量后发生离子泄漏完全电离完全电离 SAC, SBAR - SO3HR - SO3 - + H +R - CO
9、OHR - COO - + H +阳离子交换树脂的电解:解离 ( 弱酸性 ):解离 ( 强酸性 ):结构结构失效 ( 弱酸性 ):2R - CO2H + CaSO42R - CO2H + CaHCO3R - CO2H + NaOHR - CO2Na + HOH2R - CO2Ca + HOH + CO22R - CO2Ca + H2SO4弱酸性阳离子交换树脂的反应:结构结构R - SO3Na + HClR - SO3H + NaCl2R - CO2Ca + H2SO42R - CO2H + CaSO4阳离子交换树脂的再生再生 ( 弱酸性 ):再生 ( 强酸性 ):结构结构reversible强
10、酸型阳离子交换树脂的选择性强酸型阳离子交换树脂的选择性Al3+ Ba2+ Pb2+ Sr2+ Ca2+ Ni2+ Cd2+ Cu2+ Co2+ Zn2+ Fe2+ Mg2+ Mn2+ Ag+ K+ NH4+ Na+ Li+ H+Na+Selectivity CoefficientDVB4%8%12%16%H+1111Na+1,31,51,71,9NH4+1,61,952,32,5Mg2+2,42,52,62,8Ca2+3,43,94,65,8Sr2+3,854,956,258,1Ba2+6,158,711,616,5 Al3+Ca2+H+Na+进水产品什么是离子什么是离子?Cl- Na+通直流
11、电通直流电盐盐:( NaCl )当酸，碱，盐 (电解质 ) 溶于水中时, 它们以等摩尔量的正电荷粒子与负电荷粒子的形式进入水中（电离）。电解质在水中不会以分子状态存在。 带电粒子在水中无规分布并可以自由移动。这些带电粒子被称为离子。 阳离子 阴离子 Na+ Cl- K+ NO3- NH4+ SO42- Ca2+ HCO3- Mg2+ SiO2 +-阳极阳极阴极阴极各种水及其来源各种水及其来源- 地表水 ( 溪流，河，池塘，湖， 海水，盐水，水库 )- 地下水 ( 泉水，井水 )- 降水 ( 雨，雪，冰雹 )- 自来水 - 废水 ( 民用，商业， 工业 ) 工业用水工业用水- 洗衣店, 纺织,
12、制革- 水泥，混凝土- 造纸- 玻璃陶瓷- 橡胶- 金属加工- 摄像- 发电- 重工业在饮用水上的应用在饮用水上的应用 - 家庭 - 游泳池- 酿酒厂, 蒸馏车间- 罐装食品, 食用油 与人造奶油工厂- 糖及淀粉厂,乳制品, 面包店- 医药工业- 农业 - 饮料行业 ( 可口可乐，百事可乐 ) 工业水处理工业水处理使用离子交换树脂处理水简单而经济，可以达到任何要求的纯度（例如可以制取高纯水）- 发电站- 炼油厂- 石化/医药工业 - 造纸工业- 食品- 家用电器- 医疗技术- 电子工业待处理水的水源水质决定了树脂类型与处理工艺 SiO2SiO2CO2/H2O - degasserSiO2SiO
13、2 H2O H2OHCO3-Mg2+H+NO3-Ca2+Cl-SO42+OrganicsOrganicsOrganicsOrganicsOrganicsDecationizationDemineralizationSBACl软化处理后的水质SACNaWACH formSACH formWBAFree baseSBAOH form水处理Ca2+Mg2+HCO3-Cl-NO3-SiO2SO42+原水分析暂时硬度(以 CNP 80 除去)永久硬度(以 S 100 除去)Total hardnessOrganicsSusp. MaterialNa+K+NH4+ 水的预处理-絮凝:- 加入石灰- Fe/
14、Al 盐- 机械过滤:- 磺化煤- 砂砾 - 过滤:- 活性炭- 吸附树脂Ca2+Mg2+Cl-SiO2OrganicsNa+K+NH4+中性交换(除硝酸根)Na+K+NH4+Cl-NO3-SO42+CO2/H2O- degasserCO2/H2O - degasserDealkalizationNa+K+NH4+Cl-NO3-SO42+机械过滤脱盐混床CO2AirSACSBASAC 进水SAB化学品顺流技术CO2Air 进水浮床系统脱盐水 SAC化学品 SBASACSBA悬浮固体悬浮固体有机物有机物SiO2Na+K+NH4+Mg2+Ca2+SO42-NO3-Cl-HCO32-总硬度总硬度碳酸盐硬度碳酸盐硬度永久硬度永久硬度天然水的构成天然水的构成阳离子阳离子阴离子阴离子软化除去碱土金属离子除去碱土金属离子 !SSorganicsSiO2Na+K+NH4+Mg2+Ca2+SO42-NO3-Cl-HCO32-总硬度总硬度SSOrganikaSiO2Na+K+NH4+Na+SO42-NO3-Cl-HCO32-碱土金属离子碱土金属离子 (Ca, Mg, Sr, Ba) 被碱金属离子被碱金属离子(Na, K)替代替代