第四章－3离子交换法.pptVIP

离子交换：借助于离子交换剂上的可交换离子和污水中的其他同性离子进行交换反应而使水质净化的方法。 给水处理：硬水的软化，脱碱，除盐，制备纯水 污水处理：回收去除工业废水中的金、镍、镉等优点：离子去除率高，设备较简单，操作易控制，离子交换材料可以按需要人工合成等优点。 缺点：预处理要求较高，应用范围较小，再生液难于处理。 按母体材质：无机类：天然沸石、人工合成的沸石(铝代硅酸盐)；有机类：磺化煤和离子交换树脂。 离子交换树脂：一种多孔结构的固体球形颗粒，由交联结构的高分子骨架(树脂母体)与附属在骨架上的许多活性集团(交换集团)所构成的不溶性高分子电解质。 分类　按结构特征：凝胶型、大孔型、等孔型 　　　按单体种类：苯乙烯系、酚醛系、丙烯系 按离子交换的选择性：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂 阳离子交换树脂：带酸性基团 强酸性→磺酸型阳离子交换树脂 弱酸性→羧酸型阳离子交换树脂 阴离子交换树脂：带碱性基团 强碱性→季铵阴离子交换树脂 弱碱性→伯胺型、仲胺型、叔胺型 应用：阳离子交换树脂→软化 阳离子+阴离子交换树脂→除盐 凝胶型树脂外观呈透明或半透明球状颗粒，大孔型树脂呈乳白色或不透明珠体，孔隙2-4nm，优良的树脂圆球率高，无裂纹，颜色均匀，无杂质。 粒径0.3-1.2mm，粒度与交换速度及交换容量成反比；粒度小，水流阻力大。 均一系数(d40/d90)=1.22-1.66之间 筛上体积为40%的筛孔孔径与筛上体积为90%的筛孔孔径之比。 湿真密度：树脂溶胀后的质量与其本身所占体积(不包括树脂颗粒之间的孔隙)之比，单位g/mL 影响反洗强度、膨胀率、混合床再生前树脂分层 湿视密度：树脂溶胀后的质量与其堆积体积(包括树脂颗粒之间的空隙)之比。 计算交换器所需填装湿树脂的数量，0.6-0.85g/mL 由于活性基团因遇水而电离出的离子起水合作用生成水合离子，使交联网孔胀大所致。 绝对溶胀度：干树脂浸泡水中，体积胀大，其体积发生的变化率称为绝对溶胀度。 相对溶胀度：湿树脂转型时，如阳树脂由钠型转为氢型，体积发生的变化率，称为相对溶胀度。 活性基团越易电离，水合离子半径越大，溶胀度越大。交联度越大，溶胀度越小，交换容量越低。 树脂在水中充分溶胀后，所含溶胀水分占湿树脂重的百分数(约50%)，相应地反映了树脂网架结构中的孔隙率，取决于树脂的交朕度、活性基团的类型和数量等。 反映树脂保持颗粒完整性的能力。取决于交联度和溶胀率。 5-40℃ ，否则影响树脂的使用寿命。 定量表示树脂交换能力的大小的指标。 容积法（湿树脂）：单位体积的湿树脂中离子交换基团的数量，单位为mmol/L或mol/L。 重量法（干树脂）：单位重量的干树脂中离子交换基团的数量，单位为mmol/g,或mol/kg。 全交换容量：一定量树脂中所含有的全部可交换离子的数量； 工作交换容量：一定量的树脂在给定工作条件下实际的交换容量，与再生方式、原水含盐量及其组成、树脂层厚度、水流速度、再生剂用量等条件有关。 交联剂的质量占单体质量的百分数称为交联度，通常交联剂的用量直接影响到交联度，7%-10%。 交联度高，孔隙率较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，再生时间长；浸泡水中时，水化度较低，形变较小，较稳定，不易破碎。 强酸、强碱树脂的交换容量与pH无关 弱酸：5-14 弱碱：0-7 污水中的氧化剂可使树脂网状结构破坏，活性基团的数量和性质发生变化。 强碱树脂易被氧化，失去交换能力。 措施：采用高交联度的树脂；加入还原剂；使交换柱内的pH值保持在6左右。 常温、低浓度条件下， 强酸性阳离子： Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+Li+ 弱酸性阳离子： H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+Li+ 强碱性阴离子： SO42-NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3- 弱碱性阴离子： OH-SO42-NO3-Cl-F-HCO3-HSiO3- 注意：在高浓度溶液中，浓度的高低是决定离子交换反应方向的关键因素。再生时即利用这一特点进行。 a.树脂选择： 分离阳离子或有机碱性物质时，采用阳离子树脂；分离阴离子或有机酸性物质时，采用阴离子树脂；分离两性物质，既可以采用阴离子树脂，也可采用阳离子树脂；分离重金属物质采用螯合树脂；对有机物，采用低交联度的大孔树脂；脱盐系统采用强型树脂。 对交换势大的离子宜采用弱性树脂，其交换能力强，再生容易，运行费用低；当水中含有多种离子时，可利用离子交换选择性进行多级回收；如不回收时，可采用阳、阴床混合处理。 b.树脂保存：0-40℃存放，并保持湿润。 低于0℃存放或发现树脂脱水时，应用饱和的食盐水浸泡。高于40℃，易使树脂脱水，并对阴