離子交換技術原理及應用(混床

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1、離子交換技術原理及應用一、離子交換分離法概述1.定義及原理2.離子交換樹脂的結構3.離子交換樹脂的基本性能4.離子交換平衡5.離子交換速度6.強酸型陽離子交換樹脂分離示例7.強酸型陽離子交換樹脂洗脫示例1.定義及原理①定義離子交換分離法是利用離子交換劑與溶液中的離子之間所發(fā)生的交換反應進行分離的方法。②原理離子交換分離法是基于物質在固相與液相之間的分配。2.離子交換樹脂的結構空間網(wǎng)狀結構骨架（母體）固定離子：不能自由移動活性基團（附屬在骨架上）可交換活動離子可在一定范圍內(nèi)自由移動3.離子交換樹脂的基本性能①．外觀粒徑0.3～1.2mm乳白、淡黃、棕

2、褐色等不透明或半透明球狀顆粒②．交聯(lián)度：以7~10%為宜③．含水率樹脂的含水率以每克樹脂（在水中充分膨脹）所含水分的百分比（約50%）樹脂的含水率相應地反映了樹脂網(wǎng)架中的孔隙率3.離子交換樹脂的基本性能④．溶脹性干樹脂+水→濕樹脂體積脹大絕對溶脹度Na型→H型體積膨大，相對溶脹度，濕真密度減少Cl型→OH型⑤.密度3.離子交換樹脂的基本性能⑥.交換容量全交換容量:一定量樹脂所具有的活性基團或可交換離子的總數(shù)量工作交換容量：樹脂在給定工作條件下實際上可利用的交換能力⑦.有效pH值范圍由于樹脂活性基團分為強酸、強堿、弱酸、弱堿性，水的pH值勢必對其交換

3、容量產(chǎn)生影響。樹脂類型強酸性弱酸性強堿性弱堿性有效pH值范1~145~141~120~7圍4.離子交換平衡一價對一價二價對一價選擇系數(shù)大于1，說明樹脂對B+(B2+)的親和力大于對A+的親和力，即有利于進行離子交換反應。反之則有利于再生反應5.離子交換速度1.外部離子向樹脂顆粒表面遷移并通過樹脂表面的邊界水膜2.待交換離子向內(nèi)進行孔道擴散，到達有效交換位置3.交換反應4.被換下離子向外進行孔道擴散5.通過邊界水膜進入外部溶液影響交換速度的因素:溶液濃度；流速和攪拌速率樹脂粒徑；交聯(lián)度離子化合價；離子大小6.強酸型陽離子交換樹脂分離示例H+,Ca2+

4、，Na+,Fe3+的分離K：親和力游離狀態(tài)H+

5、HCO)=RNa+2NaHCO323交換過程樹脂層橫斷面工作是均勻的，高度方向分為三個區(qū)：失效區(qū)：Na+被Ca2+飽和，交換區(qū)：軟化區(qū)（10~25cm）直接影響樹脂層高保護區(qū)：全部為鈉型樹脂（截留交換區(qū)中漏掉的Ca2+，供以后交換用）影響交換區(qū)厚度的因素：進水布水均勻性、出水流速（15~40m/h）、原水硬度2.離子交換裝置的工作周期②.反洗（1）目的：松動樹脂層，有利于再生液均勻分布；清洗截留雜質及氣泡等；清除破碎的樹脂（2）用原水或軟化水，水的流向與交換時相反（3）要求：膨脹率e：40~80%（大：浪費水且樹脂顆粒間距大，不能碰撞摩擦，反洗效果

6、不好；小：也不能使樹脂循環(huán)摩擦，效果差。反洗流速v：10~15m/h(與e對應，e大則v大)反洗時間T：30min實際看反洗水中雜質量)2.離子交換裝置的工作周期③.再生：特定的樹脂的工作交換容量取決于再生質量的好。再生劑用量高，樹脂再生度高，出水水質穩(wěn)定；但再生度到一定程度后增加再生劑用量，樹脂的工作交換容量增加甚少再生劑比耗增加很快，制水成本增加很快。2.離子交換裝置的工作周期④.正洗：（1）目的：再生后的樹脂中含有大量的再生劑，會腐蝕金屬，含有大量的硬度離子使初期出水惡化；頂出再生液，充分利用再生劑；排除硬度離子保證初期出水水質H﹤0.05m

7、eq/L。（2）方法：原水或軟水，與再生液流向相反終點控制：Cl-與原水相同，Ca2+下降至0.05meq/L以下（3）水量：Q=3~6m3/m3樹脂（4）流速：初期3m/h，可充分利用Nal;后期6~8m/h，可縮短時間2.離子交換裝置的工作周期⑤.工作周期交換、反洗、再生、正洗四步所經(jīng)歷的時間稱交換器的工作周期一個工作周期大約10~12小時，其中反洗、再生、正洗屬再生作業(yè)，需2~2.5小時。3.逆流再生離子交換裝置的特點逆流再生混合床的特點分析：①.再生劑用量少，再生液首先接觸飽和程度低的底層樹脂，[RCa]低，[NaOH]2高，能保證底層樹脂

8、得到充分再生，再生時再生液向上推移，[RCa]越來越2高，[NaOH]雖有降低，反應照常進行，3.逆流再生離子交換裝置的特