第十章 吸附和离子交换幻灯片.pptVIP

3.选择性 离子交换选择性—有些离子易被离子交换树脂吸着，也易被解吸。 化合价越大的离子，交换能力越强。 同价离子中，原子序数越大，交换能力越强。 如：Fe3＋ Al3＋ Ca2＋ Mg2＋ K＋ Na＋ SO42- NO3- Cl- F- HCO3- 4.热稳定性 树脂功能基团受热会发生分解或脱落。 不同树脂的热稳定性不同。强碱性阴离子交换树脂的最高使用温度通常在40 ～ 60?C，稳定性最高的弱酸性树脂虽说在接近200?C也不会立即被破坏，但通常不宜超过100?C。 不同树脂稳定性次序：弱酸性强酸性弱碱性强碱性 第三节 吸附和离子交换原理 一、吸附平衡 溶质在吸附剂上得吸附平衡关系是指吸附达到平衡时，吸附剂的平衡吸附质浓度q*与液相游离溶质浓度c之间的关系。一般q*是c和温度的函数，即 q*=f(c,T) 但是一般吸附进行过程温度恒定，此时q*只是c的函数，q*和c的关系曲线称为吸附等温线（Adsorption isotherm）。 当q*与c之间呈线性函数关系时，如 q*=mc 称为亨利（Henry）型吸附平衡，其中的m为分配系数。 对于大多数情况，吸附平衡常呈非线性，经常利用佛罗德里希（Freundlich）经验方程和兰格缪尔（Langmuir）经验方程来描述，佛罗德里希（Freundlich）经验方程描述为 q*=KAC1/n 其中KA和n为常数，一般1﹤n﹤10 。 兰格缪尔（Langmuir）经验方程描述为 其中qm 为饱和吸附容量，kd为吸附平衡解离常数。 q*=qmc/(Kd+c) 二、离子交换平衡 离子交换树脂与水溶液中离子或离子化合物所进行的离子交换反应是可逆的。假定以RU代表离子交换树脂，其中R是离子交换树脂上的功能基团，U是可交换的离子，在溶液中RU可以发生电离，X是溶质，其发生的交换反应可表示为 阳离子交换 阴离子交换 该反应可以以极快的速度达到平衡，则离子交换反应的平衡常 数为 表明离子交换的分配系数随离子强度的增大而下降。也可以近一步用兰格缪尔方程式来模拟这一过程。 三、离子交换动力学和运动学 离子交换过程应包括下列五个步骤： A+离子自溶液中扩散到树脂表面； A+离子从树脂表面再扩散到树脂内部的活性中心； A+离子与RB在活性中心上发生复分解反应； 解吸离子B+自树脂内部的话性中心扩散到树脂表面； B+离子再从树脂表面扩散到溶液中。 根据木桶理论，多步骤过程的总速度决定于最慢的一个步骤的速度(称为控制步骤)。可将离子交换过程简化为因此实际上只有三个步骤：外部扩散(经过液膜的扩散)，内部扩散(在颗粒内部的扩散)和化学交换反应。除极个别的场合外，化学反应不是控制步骤，而扩散是控制步骤。至于究竟内部扩散还是外部扩散是控制步骤，要随操作条件而变。 四、影响交换速度的因素 ①颗粒大小 颗粒减小无论对内部扩散控制或外部扩散控制的场合，都有利于交换速度的提高。 ②交联度 交联度越低树脂越易膨胀，在树脂内部扩散就较容易。所以当内扩散控制时，降低树脂交联度，能提高交换速度。 ③温度 温度越高，扩散系数增大，因而交换速度也增加。 ④ 离子的化合价 离子的化合价越高，与树脂骨架(和扩散离子的电荷相反)间存在库仑引力越大，因此扩散速度就越小。原子价增加1价，内扩散系数的值就要减少一个数量级。 ⑤ 离子的大小 小离子比大离子在树脂中的扩散速度快。 ⑥搅拌速度 当液膜控制时，增加搅拌速度会使交换速度增加，但增大到一定程度后再继续增加转速，影响就比较小。 ⑦溶液浓度 当溶液浓度为0.001mol/L时，一般为外扩散控制。当浓度增加时，交换速度也按比例增加。当浓度达到0.01mol/L左右时，浓度再增加，交换速度就增加得较慢。此时内扩散和外扩散同时起作用。当浓度再继续增加，交换速度达到极限值后就不再增大。此时已转变为内扩散控制。 五、离子交换过程的选择性 1. 离子的水化半径 离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，因此水化半径较小的离子越易吸附。依着水化半径的次序，可将各种离子对树脂的亲和力大小排成下列次序。 对于一价阳离子 Li+Na+≈NH4+Rb+Cs+Ag+Ti+