第十二章离子交换待讲
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离子交换法ppt课件
（氧化还原树脂，略）
第三节 离子交换动力学*
离子交换速度的影响因素：
• 1、树脂粒度：树脂粒度大，交换速度慢。 • 2、搅拌速度 • 3、树脂交联度：交联度大，交换速度低。 • 4、离子半径和离子价：离子每增加一个电荷，
交换速度下降一个数量级。 • 5、温度。 • 6、离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而加
（五）其它离子交换树脂
• 2、选择性交换树脂
第八节 新型离子交换剂
磷酸型树脂（—PO3H2 ）
由丙烯酸甲酯与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成
如，Na+被树脂中的-COO-除去，而Cl –被季铵基除去。
二、影响树脂性能的几个因素 一、离子交换树脂的分类
应用：含重金属离子的废水
以交联的强碱性阴离子交换树脂为笼，以丙烯酸盐负离子在树脂内聚合生成线型聚合物作为蛇而得名。
These exchangers do not take up or lose protons with changing pH and so have no buffering capacity, remaining fully charged over a broad pH range.
Titration curves show the ion exchange capacity of strong ion exchangers Q and S. Approximately 5 ml of Q or S Sepharose Fast Flow are equilibrated in 1 M KCl and titrated with 0. 1 M NaOH.
（四）聚乙烯吡啶系离子交换树脂 载体：惰性的不溶性高分子固定骨架。
弱碱301树脂，同时含有伯、仲、叔胺，还含有少量季铵基团。 比如：蛋白质带正电荷还是负电荷？ （1） 物理处理：去杂，过筛。 一、离子交换树脂的分类 （一）大孔型离子交换树脂（macro porous ,MP） 改变溶液pH及离子强度： 第二节 离子交换树脂的结构和种类 影响离子交换选择性的因素：
离子交换PPT课件
交换容量 表征活性基团的性能参数
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
27
影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
（可交换离子）
3
树脂的网络骨架
4
5
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
6
7
常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
17
DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
16
CMC Cation Exchanger
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
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影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
（可交换离子）
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树脂的网络骨架
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5
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
6
7
常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
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DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
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CMC Cation Exchanger
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
离子交换培训资料 ppt课件
投入运行。
交换器经过多周期运行后，下部树脂层也会受到一定程度的污染，必须定期对
整个树脂层进行大反洗，大反洗前先进行小反洗，在大反洗时流量应由小到大，逐
步增大。
离子交换培训资料
12
运行时的技术经济指标
离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质，工作交换容量和相应的 再生剂 比耗，周期制水量及再生过程中消耗水量。
在实际运行时，交换树脂分为几个区域， 上层全部转为B型树脂，是失效层。 失效层的下一个区域为工作层， 水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行， 在这一层中的树脂是A型和B型的混合物， 随着交换的进行，工作层树脂被B离子饱和， 也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到下 一区域， 可见交换柱中的工作层是自上而下不断 移动的。
如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。
离子交换培训资料
6
二 一级除盐系统
一级化学除盐系统由阳离子交换器、除碳器和阴离子交换 器所组成，其组合方式分为单元制和母管制。
单元制
H
C
OH
H
母管制
H H H
C
OH
OH C
OH
图3 一级复床除盐系统 1—阳床水泵； 2—强酸性H型阳离子交换器； 3—除碳器；
图4 交换器中离子分布情况 (a)开始进水时 (b)交换器失效时
开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因
而电导率、酸度、钠离子快速下降（a点前）。在ab
为稳定制水过程，b点后树脂开始失效。此时水中钠增
加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率
下降。
离子交换培训资料
a
b
图5 强酸H型阳离子交 换 器典型出水曲线
第十二章离子交换--待讲ppt课件
R=NH2-OH 仲胺型
R-NH3OH 伯胺型
1〕.交换才干差，不能吸附弱酸阴离子。
只能吸附强酸阴离子：
2R-NH3OH+H2SO4→〔R-NH3〕2SO4+2H2O PH值〔0～ 7〕
R-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O
PH值〔0～ 7〕
2R-NH3-OH+Na2SO4→2〔R-NH3〕2SO4+2NaOH 〔不能进展〕
2．构造和计算： 1〕 构造：
2〕 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3〕 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间可以去除CO2的量〔才干〕 K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推进力下去除的CO2的数 量瓷环面积
单位时间需去除量 ：
求F——瓷环面积 〔1〕求体积V V＝F/E
⑹ 设备防腐
12.3.4固定床软化系统的设计计算 物料平衡关系式： Fh·q＝QT·Ht
Q＝ηqo ＝ {ηr －〔1－ηs〕}qo
η：树脂实践利用率 ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
12.4离子交换除盐方法与系统
12.4.1水的纯度概念 电阻率：1cm×1cm×1cm体积的水所测得的电阻〔Ω·cm〕
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl NaOH
耗量(g/mol) 80～100 50～55 55～65
浓度(%) 5～8 1.5～3 1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
R-NH3OH 伯胺型
1〕.交换才干差，不能吸附弱酸阴离子。
只能吸附强酸阴离子：
2R-NH3OH+H2SO4→〔R-NH3〕2SO4+2H2O PH值〔0～ 7〕
R-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O
PH值〔0～ 7〕
2R-NH3-OH+Na2SO4→2〔R-NH3〕2SO4+2NaOH 〔不能进展〕
2．构造和计算： 1〕 构造：
2〕 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3〕 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间可以去除CO2的量〔才干〕 K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推进力下去除的CO2的数 量瓷环面积
单位时间需去除量 ：
求F——瓷环面积 〔1〕求体积V V＝F/E
⑹ 设备防腐
12.3.4固定床软化系统的设计计算 物料平衡关系式： Fh·q＝QT·Ht
Q＝ηqo ＝ {ηr －〔1－ηs〕}qo
η：树脂实践利用率 ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
12.4离子交换除盐方法与系统
12.4.1水的纯度概念 电阻率：1cm×1cm×1cm体积的水所测得的电阻〔Ω·cm〕
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl NaOH
耗量(g/mol) 80～100 50～55 55～65
浓度(%) 5～8 1.5～3 1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
最新离子交换原理课件PPT
▪ 树脂的交联度：交联度越高，选择性增加 ▪ 强酸(碱)、弱酸碱树脂的交换
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
离子交换法专业知识讲义
多环节化学反应中，反应速度由慢环节旳速度控制。
总结：
离子互换过程中，化学反应由树脂盐之间旳化学电位差决定， 速度快，除极个别情况外，化学反应多是快环节，一般不是 控制环节，扩散才是控制环节。 详细是内扩散还是外扩散哪一环节，是由操作条件决定，而 且伴随操作条件旳变化而变化。
例如：流相流动速度快，或搅拌剧烈，树脂颗粒大，吸附弱，浓度稀， 外扩散速度就快，内扩散速度慢，内扩散成为控制环节；
（2）树脂应有一定交联度
例如 ：大分子物质要选择交联度低旳某些树脂；而小分子物质要选 择高交联度旳树脂。
注意： 交联度太小，会影响树脂旳选择性，树脂旳机械强度也较低，轻易 破碎，造成树脂旳破碎流失。
交联度选择原则： 在不影响互换容量旳条件下，尽量提升交联度。
二、操作条件旳控制
（1）互换条件旳控制
盐析结晶
盐析结晶：向溶液中加入某些物质，以降低溶质在 原溶剂中旳溶解度，产生过饱和度旳措施。
盐析剂旳要求：能溶解于原溶液中旳溶剂，但不（ 极少）溶解被结晶旳溶质，而且溶剂与盐析剂旳混 合物易于分离(用蒸馏法)。
NaCl是一种常用旳盐析剂，如在联合制碱法中，向 低温旳饱和氯化铵母液中加入NaCl，利用同离子效 应，使母液中旳氯化铵尽量多地结晶出来，以提升 结晶收率。
缺陷：不一定能找到合适旳树脂，生产周期 长，生产过程中pH值变化较大。
离子互换树脂
离子互换树脂是人工合成旳不溶于酸、 碱和有机溶剂旳高分子聚合物，它旳化学 性质稳定，并具有离子互换能力。 构成：
骨架: 一般用R表达（保持树脂不溶性和化学稳定 性) 活性离子（可互换旳离子，H+、OH-）（与外界离 子互换或吸附） 通式：R-活性基团
氧化还原
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系
总结：
离子互换过程中，化学反应由树脂盐之间旳化学电位差决定， 速度快，除极个别情况外，化学反应多是快环节，一般不是 控制环节，扩散才是控制环节。 详细是内扩散还是外扩散哪一环节，是由操作条件决定，而 且伴随操作条件旳变化而变化。
例如：流相流动速度快，或搅拌剧烈，树脂颗粒大，吸附弱，浓度稀， 外扩散速度就快，内扩散速度慢，内扩散成为控制环节；
（2）树脂应有一定交联度
例如 ：大分子物质要选择交联度低旳某些树脂；而小分子物质要选 择高交联度旳树脂。
注意： 交联度太小，会影响树脂旳选择性，树脂旳机械强度也较低，轻易 破碎，造成树脂旳破碎流失。
交联度选择原则： 在不影响互换容量旳条件下，尽量提升交联度。
二、操作条件旳控制
（1）互换条件旳控制
盐析结晶
盐析结晶：向溶液中加入某些物质，以降低溶质在 原溶剂中旳溶解度，产生过饱和度旳措施。
盐析剂旳要求：能溶解于原溶液中旳溶剂，但不（ 极少）溶解被结晶旳溶质，而且溶剂与盐析剂旳混 合物易于分离(用蒸馏法)。
NaCl是一种常用旳盐析剂，如在联合制碱法中，向 低温旳饱和氯化铵母液中加入NaCl，利用同离子效 应，使母液中旳氯化铵尽量多地结晶出来，以提升 结晶收率。
缺陷：不一定能找到合适旳树脂，生产周期 长，生产过程中pH值变化较大。
离子互换树脂
离子互换树脂是人工合成旳不溶于酸、 碱和有机溶剂旳高分子聚合物，它旳化学 性质稳定，并具有离子互换能力。 构成：
骨架: 一般用R表达（保持树脂不溶性和化学稳定 性) 活性离子（可互换旳离子，H+、OH-）（与外界离 子互换或吸附） 通式：R-活性基团
氧化还原
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系
离子交换技术主要内容
不足： （1）.耗用等当量的药品（实际上大于）。 （2）.生产中辅助时间较长。
2020/8/19
6
三、离子交换的应用领域
最适宜分离提取稀溶液中的贵重金属离子。浓度 可低于500mg/L. 1. 水处理：软化水，除Ca2+、 Mg2+ 、CI－、SO42- 、
SiO32－、CO32－等。 2. 废液处理：三废处理。 3. 脱盐、制高纯水。 4. 生物、食品、化工、冶金以及定量分析、催化等。
因此，小白球是离子交换树脂结构的基础构 架。
2020/8/19
17
• 1.高分子本体：可由苯乙烯、聚苯乙烯、甲基苯 烯酸聚合物等有机物聚合而成。
• 2、交联剂：在聚合链当中起联接搭桥作用的物质， 它使树脂中的高分子链成为一种三维网状结构。
• (如：二乙烯苯。是以具有双键的单体或带有两个 以上双键的单体在引发剂的作用下，在含有分散 剂的水介质中，加热搅拌制得。)
2020/8/19
18
交联度：是交联剂加入的重量占树脂总重量的百分数。 一般8%－12%。
• 改变交联度的大小可调节树脂的物化性质。
•
不同交联度的树脂其含水量不同。
如：交联度8%的每克干树脂其含水量约4克
•
――12%―――――――――――1克
•
＊树脂吸水、膨胀
• 当 渗透压＝收缩压（高分子骨架产生）时达到平衡
弱酸性阳离子树脂的交换容量，像弱碱性阴离于树脂一样 都与溶液的pH条件有关。溶液pH值越高弱酸性树脂的交 换容量也越高。
2020/8/19
32
I型与Ⅱ型比较：
I型 强碱树脂的碱度强于Ⅱ型树脂。
对于SiO32-、HCO3-、CO32-，、BO32-等弱酸 能起作用； 耐热性、抗氧化性、强度、抗污染能力与寿命皆 优于Ⅱ型。 Ⅱ型树脂对SiO32-的作用要差，对于比乙酸更弱的 酸则不起作用。但再生效率却高于I型，不需要 过量再生剂。
2020/8/19
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三、离子交换的应用领域
最适宜分离提取稀溶液中的贵重金属离子。浓度 可低于500mg/L. 1. 水处理：软化水，除Ca2+、 Mg2+ 、CI－、SO42- 、
SiO32－、CO32－等。 2. 废液处理：三废处理。 3. 脱盐、制高纯水。 4. 生物、食品、化工、冶金以及定量分析、催化等。
因此，小白球是离子交换树脂结构的基础构 架。
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• 1.高分子本体：可由苯乙烯、聚苯乙烯、甲基苯 烯酸聚合物等有机物聚合而成。
• 2、交联剂：在聚合链当中起联接搭桥作用的物质， 它使树脂中的高分子链成为一种三维网状结构。
• (如：二乙烯苯。是以具有双键的单体或带有两个 以上双键的单体在引发剂的作用下，在含有分散 剂的水介质中，加热搅拌制得。)
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交联度：是交联剂加入的重量占树脂总重量的百分数。 一般8%－12%。
• 改变交联度的大小可调节树脂的物化性质。
•
不同交联度的树脂其含水量不同。
如：交联度8%的每克干树脂其含水量约4克
•
――12%―――――――――――1克
•
＊树脂吸水、膨胀
• 当 渗透压＝收缩压（高分子骨架产生）时达到平衡
弱酸性阳离子树脂的交换容量，像弱碱性阴离于树脂一样 都与溶液的pH条件有关。溶液pH值越高弱酸性树脂的交 换容量也越高。
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I型与Ⅱ型比较：
I型 强碱树脂的碱度强于Ⅱ型树脂。
对于SiO32-、HCO3-、CO32-，、BO32-等弱酸 能起作用； 耐热性、抗氧化性、强度、抗污染能力与寿命皆 优于Ⅱ型。 Ⅱ型树脂对SiO32-的作用要差，对于比乙酸更弱的 酸则不起作用。但再生效率却高于I型，不需要 过量再生剂。
仪器分析第十二章--分析化学中的分离技术
阳离子交换反应： Resin-SO3H + Na+ = Resin-SO3 Na + H+
Resin-SO3Na + H+ = Resin-SO3 H + Na+
阴离子交换反应： Resin-N(CH3) 3OH + Cl- = N(CH3) 3 Cl + OH+ Resin-N(CH3) 3 Cl + OH- = N(CH3) 3 OH + Cl -
分配系数与物质在两相体系中的溶解度有关，但分配 系数不等于溶质在两种溶剂中溶解度的比值。溶解度 是指饱和状态，萃取则常用于稀溶液；
分配比：
分配系数用于描述溶质为单一形式存在的情况，如果有
多种存在形式，则引入分配比D：
c1总 D c 2总 恒温，恒压
c1总 、c2总 为分配平衡后溶质（包括所有的存在形式）
2. 离子交换树脂
离子交换反应发生在离子交换树脂上的具有可交换离
子的活性基团上。离子交换树脂是以高分子聚合物为骨架， 反应引入活性基团构成。高分子聚合物以苯乙烯-二乙烯苯
共聚物小球常见，可引入各种特性的活性基团，使之具有选
择性。 Resin-SO3H（ 氢型 ） 树脂的 酸 性最强 ， 其 Resin-SO3 Na（钠型）比氢型稳定，商品常为钠型，使用前用酸淋洗 转型（再生）。阴离子交换树脂的Cl型稳定。 离子交换反应是一可逆反应。 离子交换树脂使用后需要进行再生处理。
3. 痕量组分的富集
天然矿石中痕量钍的富集：钍在盐酸溶液中难以形成稳定的配位离 子，保留；共存的稀土则形成稳定的配位离子，被洗脱。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第十二章 分析化学中的 分离技术
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第十二章离子交换待讲
12.2 离子交换软化方法与系统
12.2.1离子交换软化系统选择 1．Na＋离子交换软化法
第十二章离子交换待讲
2．H＋离子交换软化法
第十二章离子交换待讲
3．H－Na串联及并联： ⑴ 并联：
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
12.2.2离子交换树脂的交换容量 1．交换容量： 1）全交换容量 （1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量 代表交换能力的大小 （2）测定方法：滴定测定与理论上计算
12.1.4离子交换速度
第十二章离子交换待讲
膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？ 慢者控制离子交换反应的速度． (1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步．
浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步 介于中间则取决于具体情况． (2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄．膜扩散快． 但孔隙扩散基本不受影响． (3) 树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比． 孔道扩散，速度与粒径２次方成反比． (4) 交联度： 交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显 著．
第12章 离子交换
12.1 离子交换基本原理 12.2 离子交换软化方法与系统 12.3 离子交换软化设备及其计算 12.4 离子交换除盐方法与系统
第十二章离子交换待讲
12.1 离子交换基本原理
12.1.1离子交换树脂的类型及命名 12.1.1.1离子交换树脂的类型
2． 离子交换树脂 1） 分类
第十二章离子交换待讲
NaOH
55～65
1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
逆流
A厂 109.5 86.7 20.8
1.5
5~10
0
B厂 109.6 88 19.7
1.5
4~6
2
C厂 124 74.6 40
2） 结构
3． 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂 分类名称 12.1.1.2 命名
第十二章离子交换待讲
12.1.2离子交换树脂的基本性能
1． 外观 粒径0.3～1.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒
2．交联度：以7~10%为宜
3．含水率
树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分
G＝KF△C kg／h G——单位时间能够去除CO2的量（能力） K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推动力下去 除的CO2的数量瓷环面积
比（约50%）
树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率
4．溶胀性
干树脂+水→湿树脂
体积胀大 绝对溶胀度
第十二章离子交换待讲
5．密度
第十二章离子交换待讲
6.有效PH值范围
由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH 值势必对其交换容量产生影响。
表12.1 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
12.3离子交换软化设备及其计算
12.3.1逆流再生固定床
再生液饱和程度
特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上
低
⑵ 出水水质明显提高
↓
⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保证出
水水质
中
⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低
↓
⑸ 工作交换容量提高
高
⑹ 操作较复杂
1.3
10~16
<3
第十二章离子交换待讲
12.3.2再生附属设备 1．食盐系统
第十二章离子交换待讲
2．酸系统
第十二章离子交换待讲
3．再生剂用量计算： 再生剂用量G表示单位体积树脂所消耗的纯再生剂量（g / L，kg / m3） 比耗：n mol / mol （再生剂 / 工作交换容量） 再生1mol所需质量：R＝n·MB 再生剂摩尔质量 G＝q·R＝q·n·MB （g / L） q:树脂工作交换容量 每台离子交换器再生一次所需要再生剂的总量等于：
为何需软化水逆向冲洗： 逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中
又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl
耗量(g/mol) 80～100 50～55
浓度(%) 5～8 1.5～3
从而使底部再生效果好及剂量低等
为何能降低出水硬度
（以H型树脂与含钠盐进行交换为例，即能降低钠的泄漏）
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
逆流再生操作步骤： ⑴ 小反洗 ⑵ 放水 ⑶ 顶压 → 使床不乱 （为何需顶压，顺流时是否需顶压） ⑷ 进再生液 ⑸ 逆向冲洗 （软化水，流速5～7m/h） ⑹ 正洗
式中α——工业用酸或盐的浓度或纯度，%
第十二章离子交换待讲
12.3.3除二氧化碳器 1 ．原理：
CO2具有腐蚀性，并增加强碱树脂负荷，且一般为H床后 ：
2．构造和计算： 1） 构造：
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
2） 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3） 计算：
强酸性 弱酸性 强碱性
弱碱性
有1~12
0~7
第十二章离子交换待讲
12.1.3离子交换平衡
选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力，即有利于进行离 子交换反应。 选择系数用离子浓度分率表示：
第十二章离子交换待讲
二阶对一阶离子交换反应通式为：
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
12.1.5 树脂层离子交换过程
第十二章离子交换待讲
12.1.6树脂的再生 再生液与水流方向相同 1．顺流再生 特点：⑴ 上部再生程度高，下部差，越是下部越差
⑵ 再生剂耗量大，2～3倍理论值时，效果仍不理想 ⑶ 出水剩余硬度高 ⑷ 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低 ⑸ 适合于硬度较低的场合
2．逆流再生
再生液饱和程度
特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上
低
⑵ 出水水质明显提高
↓ 仍能保
⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水
证出水水质
中
⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低
↓
⑸ 工作交换容量提高
高 低等
⑹ 操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量
第十二章离子交换待讲
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
12.2 离子交换软化方法与系统
12.2.1离子交换软化系统选择 1．Na＋离子交换软化法
第十二章离子交换待讲
2．H＋离子交换软化法
第十二章离子交换待讲
3．H－Na串联及并联： ⑴ 并联：
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
12.2.2离子交换树脂的交换容量 1．交换容量： 1）全交换容量 （1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量 代表交换能力的大小 （2）测定方法：滴定测定与理论上计算
12.1.4离子交换速度
第十二章离子交换待讲
膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？ 慢者控制离子交换反应的速度． (1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步．
浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步 介于中间则取决于具体情况． (2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄．膜扩散快． 但孔隙扩散基本不受影响． (3) 树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比． 孔道扩散，速度与粒径２次方成反比． (4) 交联度： 交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显 著．
第12章 离子交换
12.1 离子交换基本原理 12.2 离子交换软化方法与系统 12.3 离子交换软化设备及其计算 12.4 离子交换除盐方法与系统
第十二章离子交换待讲
12.1 离子交换基本原理
12.1.1离子交换树脂的类型及命名 12.1.1.1离子交换树脂的类型
2． 离子交换树脂 1） 分类
第十二章离子交换待讲
NaOH
55～65
1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
逆流
A厂 109.5 86.7 20.8
1.5
5~10
0
B厂 109.6 88 19.7
1.5
4~6
2
C厂 124 74.6 40
2） 结构
3． 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂 分类名称 12.1.1.2 命名
第十二章离子交换待讲
12.1.2离子交换树脂的基本性能
1． 外观 粒径0.3～1.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒
2．交联度：以7~10%为宜
3．含水率
树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分
G＝KF△C kg／h G——单位时间能够去除CO2的量（能力） K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推动力下去 除的CO2的数量瓷环面积
比（约50%）
树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率
4．溶胀性
干树脂+水→湿树脂
体积胀大 绝对溶胀度
第十二章离子交换待讲
5．密度
第十二章离子交换待讲
6.有效PH值范围
由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH 值势必对其交换容量产生影响。
表12.1 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
12.3离子交换软化设备及其计算
12.3.1逆流再生固定床
再生液饱和程度
特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上
低
⑵ 出水水质明显提高
↓
⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保证出
水水质
中
⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低
↓
⑸ 工作交换容量提高
高
⑹ 操作较复杂
1.3
10~16
<3
第十二章离子交换待讲
12.3.2再生附属设备 1．食盐系统
第十二章离子交换待讲
2．酸系统
第十二章离子交换待讲
3．再生剂用量计算： 再生剂用量G表示单位体积树脂所消耗的纯再生剂量（g / L，kg / m3） 比耗：n mol / mol （再生剂 / 工作交换容量） 再生1mol所需质量：R＝n·MB 再生剂摩尔质量 G＝q·R＝q·n·MB （g / L） q:树脂工作交换容量 每台离子交换器再生一次所需要再生剂的总量等于：
为何需软化水逆向冲洗： 逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中
又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl
耗量(g/mol) 80～100 50～55
浓度(%) 5～8 1.5～3
从而使底部再生效果好及剂量低等
为何能降低出水硬度
（以H型树脂与含钠盐进行交换为例，即能降低钠的泄漏）
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
逆流再生操作步骤： ⑴ 小反洗 ⑵ 放水 ⑶ 顶压 → 使床不乱 （为何需顶压，顺流时是否需顶压） ⑷ 进再生液 ⑸ 逆向冲洗 （软化水，流速5～7m/h） ⑹ 正洗
式中α——工业用酸或盐的浓度或纯度，%
第十二章离子交换待讲
12.3.3除二氧化碳器 1 ．原理：
CO2具有腐蚀性，并增加强碱树脂负荷，且一般为H床后 ：
2．构造和计算： 1） 构造：
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
2） 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3） 计算：
强酸性 弱酸性 强碱性
弱碱性
有1~12
0~7
第十二章离子交换待讲
12.1.3离子交换平衡
选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力，即有利于进行离 子交换反应。 选择系数用离子浓度分率表示：
第十二章离子交换待讲
二阶对一阶离子交换反应通式为：
第十二章离子交换待讲
第十二章离子交换待讲
12.1.5 树脂层离子交换过程
第十二章离子交换待讲
12.1.6树脂的再生 再生液与水流方向相同 1．顺流再生 特点：⑴ 上部再生程度高，下部差，越是下部越差
⑵ 再生剂耗量大，2～3倍理论值时，效果仍不理想 ⑶ 出水剩余硬度高 ⑷ 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低 ⑸ 适合于硬度较低的场合
2．逆流再生
再生液饱和程度
特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上
低
⑵ 出水水质明显提高
↓ 仍能保
⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水
证出水水质
中
⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低
↓
⑸ 工作交换容量提高
高 低等
⑹ 操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量
第十二章离子交换待讲
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行