第三章离子交换与吸附概述.pptVIP

课堂练习 某试液中含有硫酸盐和磷酸盐。吸取该试液10.00 mL，通过H型阳离子交换树脂交换后，流出液以甲基橙为指示剂，用标准碱滴定至终点，用去0.1000mol/L NaOH标液20.00mL；如果改用酚酞为指示剂，用去上述标准碱28.00mL溶液。如果让试液通过Cl型阴离子交换柱，流出液以0.1400mol/L AgNO3标准溶液滴定，消耗26.00mL。计算试液中硫酸盐和磷酸盐的含量。通过计算后说明试液中磷酸盐存在的形式是什么？已知甲基橙变色范围为pH 3.1-4.4；酚酞变色范围为pH 8.0-9.6；H3PO4 Ka1= 7.6×10-3 ; Ka2= 6.3×10-8, Ka3 = 4.4×10-13 例题 * * 4.3 离子交换动力学 RB与A+发生交换反应，整个过程可分为五步： （1） A+到达树脂的表面（ A+的膜扩散） （2） A+从树脂膜表面扩散到树脂内部（ A+的粒扩散） （3）树脂内A+与B+发生交换反应 （4） B+从树脂内扩散到树脂膜表面（ B+粒扩散） （5） B+从树脂膜表面扩散到外部溶液（ B+膜扩散） 为保持电中性（1）（5）同时发生，（2）（4）同时发生，故整个过程交换速率由膜扩散、粒扩散和交换反应三个步骤组成。由于交换反应速度快，往往膜扩散或粒扩散决定了整个交换速率。 * 1 * 影响离子交换速度的因素 序号 交联度 /% 树脂颗粒半径/cm 温度 /0C 树脂内扩散系D/×106 半交换时间t1/2/s 1 2 3 4 5 17 17 17 0.0272 0.0272 0.0272 0.0446 25 50 25 25 6.1 2.2 1.08 1.23 3.7 10.4 21.0 49 表4.2聚苯乙烯磺酸型树脂 H+ + Na+ Na++ H+交换动力学实验结果 附：半交换时间指一半交换容量发生，反应的时间 * 从表可看出: 树脂颗粒度越小，t1/2就越小，交换速度就越大。 树脂的交联度越大，t1/2就越大，交换速度就越小。 温度越高，t1/2就越小，交换速度就越大。 1 * 影响离子交换速度的因素还有 搅拌速度，见表4.3 溶液浓度：当C﹤0.01mol/L 总交换速度有膜扩散决定， C增大则膜扩散速度上升。当C﹥1.0mol/L,粒扩散是控制 步骤。 C增大，反应速度不变。 交换离子的性质：主要是离子的价态和水化离子的大小， 价态越高扩散速度越快，水化离子越大，则越难扩散。 搅拌速度/r/min 470 660 750 860 990 1100 半交换时间/min 5.9 3.8 2.9 1.2 1.0 1.0 表4.3搅拌速度对NH+4+Na+ Na+ + NH+4的动力学影响 4.3 离子交换的亲和力 定义：离子在离子交换树脂上的交换能力称为离子交换树脂对离子的亲和力。 树脂吸着离子主要靠静电引力，因此树脂对离子亲合力的大小由下列因素决定： 水合离子的半径（大小与原子半径或离子半径相反） 水合离子的电荷 * 4.4 离子交换选择性 影响离子交换树脂选择性的因素很多，其中主要是， 1．离子价数 离子交换树脂总是选择高价的离子，例如对水处理和废水处理中比较常见的一些不同价数离子的选择顺序是： 离子价数越高，与树脂功能基的静电吸引力越大，亲和力越大。 2．树脂内部促使颗粒膨胀的应力 在水溶液中，树脂相的固定离子和活动离子，以及溶液中的游离离子都被水分子包围，离子的水化产生了树脂内部的膨胀力。应力的变化与水化离子的半径有关，当然树脂中离子的水化半径越小越好。 对于同价离子而言，当原子序数增加时，离子表面的电荷密度相对减少，因此吸附的水分子也减少。相应地，水合离子半径也减少，因此，选择性随着原子序数的增加而增加，随着离子半径的增大而增加。因此，交换选择顺序为： 3．树脂交联度 树脂的交联度也是影响树脂的选择性的重要因素。交联度越大，对树脂选择性的影响就越大，而交联度较小时，这种影响总减少到最后可忽略不计。这是由于交联网络形成的筛网作用造成的。 1 * 1 * 五.离子交换层析法分离条件的选择 * 1、层析柱大小 柱长，分离度好，但柱太长，柱阻力增加，流速减慢，分离时间延长。 柱直径：太细，柱内径向扩散，柱壁效应 2、离子交换剂的选择 粒度 交联度：阳离子树脂 ，一价碱金属 X16 二价碱土 X8