废水的物理化学处理法离子交换

第四章废水物理化学处理法、第二节离子交换法、2.1离子交换概述、离子交换法是利用离子交换剂分离废水中有害物质的方法，目前已广泛应用于水处理。 能够有效地除去废水中的重金属离子(例如Cu、Ni、Zn、Hg等)、磷酸、硝酸、有机物、放射性物质等。 离子交换反应利用离子交换剂上可游离交换的离子与水中同性离子的交换过程，也是一个特殊的化学吸附过程。 由于离子交换剂具有电荷，因此被反离子吸引，被离子交换的反离子在溶液中的符号相同的反离子和两相之间再分配。 这就是离子交换动力学的扩散过程。 离子交换剂具有选择性，对某些离子具有更高的亲和性，因此离子交换过程与一般扩散过程不同。 Chenshuixia，2.1离子交换概述(续)，离子交换严格基于功能进行的可逆过程离子交换，r代表基质，阴离子交换过程可表示为：Chenshuixia，离子交换的在粒子内部空隙内到达进行扩散粒的扩散的交换位置后，进行了交换的交换反应的交换后的离子通过细孔扩散到交换剂粒子的外表面粒，从交换剂的表面通过液膜在以上过程中，由于交换速率快，整个过程的速率主要取决于扩展速率。 Chenshuixia，2.2离子交换剂，离子交换树脂：具有多孔性海绵状结构的物质，是具有可交换离子(阳离子或阴离子)的不溶性固体物，由固体母体和交换基两部分构成，交换基内含有可游离交换的离子。 天然合成的沸石高岭土、蒙脱石、Chenshuixia、无机离子交换剂的缺点： 1、交换能力低2、化学稳定性差3、机械稳定性差、有机离子交换剂的特征： 1、网状结构2、难溶性(水、酸、碱、有机溶剂) 3、稳定(热、机械、化学) 4、活性基(-SO3H、-COOH ) 离子交换树脂是具有离子交换功能的高分子，由交联结构的高分子基质、基质上的交换基、与交换基离子结合的抗离子三部分组成。 树脂基体通常由具有线状结构的高分子有机化合物聚苯乙烯和一定量的二乙烯基苯构成。 二乙烯基苯又称交联剂，起着使线状聚合物之间交联，形成立体网状结构的作用。 活性基团由固定离子和可动离子构成，固定离子固定在树脂的网状骨架上。 可动离子(也称为交换离子)通过静电引力与固定离子结合。 两者电气相反，电荷数相等。 Chenshuixia、离子交换树脂类型根据交换基团的性质，可以将离子交换树脂分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性交换树脂。 阴离子交换树脂还可以分类为强酸型(-SO3H )、中酸型(-PO(OH)2)、弱酸型(-COOH ) 根据基质聚合物单体的不同，可以分为苯乙烯类、丙烯酸类、酚类、环氧类、乙烯基吡啶类等树脂。 目前应用最广泛的树脂是苯乙烯类离子交换树脂。 由于这种交联结构的高分子实际上是凝胶体，因此这种树脂也称为凝胶型树脂。 由于凝胶型交换树脂易受有机物污染，60年代初又发展了另一种大孔型树脂。 它在合成树脂中添加了某种细孔剂，使合成树脂无论是干燥状态还是湿润状态都存在永久的空隙(平均20-100nm左右)，不仅具有交换树脂的功能，还具有吸附作用。陈水霞、离子交换树脂的合成、离子交换树脂主要通过加聚和缩聚合成。 前者的方法是通过加成聚合使具有双键的单体和具有双键的交联剂共聚，在该基体中导入化学基团作为离子交换树脂。 后者的方法是由具有某化学基团的低分子化合物通过缩聚反应形成离子交换树脂，或者使缩聚高分子化合物发生化学反应导入化学基团。 合成离子交换树脂中最常用的单体是苯乙烯，最常用的交联剂是二乙烯基苯。 单体通过悬浮聚合成为球状粒子，即一般的凝胶树脂。 悬浮共聚时，在单体相中加入作为共聚物沉淀剂的有机溶剂进行共聚，可以形成大孔型颗粒树脂。 上述合成树脂通过化学反应导入化学基团，可以制成阳、阴、两性树脂。 Chenshuixia、8.4.1离子交换树脂、离子交换分离、离子交换分离法包括：利用具有活性交换基离子交换树脂与溶液中的离子的交换反应来分离离子的方法；离子交换树脂的结构； 酸性基团、碱性基团、SO3H COOH、-nh3、NR2，Ionexchangeresins、特殊基团、Chenshuixia、聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂、交联剂、活性基团、R-SO3H M=R-SO3M H、Chenshuixia、离子交换树脂分类、活性阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂两性交换树脂、强酸型、弱酸型、交换基与酸性、h进行阳离子交换、SO3H、COOH、-oh、pH2、pH6、使用pH范围、pH10、交换基为碱性、阴离子交换、强碱型、弱碱型、N (CH3)3Cl-、N H3OH-. N H2ROH-、-nh2oh-、pH12、pH4含有特殊螯合基的树脂、电子交换树脂、含有氧化还原功能基的Chenshuixia、交换反应、阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、水合作用、螯合交换树脂、Chenshuixia、离子交换树脂的基本性能、含水量和密度：树脂交联网内结合水分含水率也与官能团性质有关，根据空气湿度的变化改变树脂密度有几种表达方法：表观密度：单位的表观体积树脂重量，单位为g/ml。 实际体积和闭口细孔体积，该体积是材料的排液体积。 干真密度：干燥状态下树脂合成材料本身的密度。 干燥树脂的质量除以树脂的真体积(减去树脂的内空隙体积)。 阳离子交换树脂干真密度约为1.4g/cm3，阴离子交换树脂的干真密度为1.2g/cm3的湿真密度：是产品所要求的含水率的商品树脂粒子本身的密度。 商品树脂的质量除以树脂本身的体视密度：也称为堆积密度。 是指每单位体积的树脂的重量，包含树脂粒子的间隙。 (包含粒子内外孔及粒子间空隙的单位体积质量。陈水霞、离子交换树脂的基本性能(续)、粒度：粒度是指树脂粒子的大小。 这会影响树脂交换能力、树脂层中水流分布的均匀性、通过树脂层的水压降、交换和反冲洗的流失等。 合成时使用的单体中交联剂的质量百分比称为树脂的交联度。 交联度与树脂的许多性质(溶解度交换容量含水率膨胀性选择性稳定性)有关。 因此，适当的交联度是有利的。 但是，交联过高，结构过密，水溶液中的高分子量离子难以进入，渗透速度也溶胀性小：离子交换树脂吸水溶胀。 树脂的膨润取决于接触的介质(空气水溶剂)、树脂自身的结构特征、电荷密度(离子团的性质浓度反离子的种类(价数) )。 离子半径)等。 从交换柱的设计，把握再生前后树脂的体积差。 这种膨胀变化通常在实验室测量。比表面积：是多孔树脂的重要性能参数之一，其含义为每克树脂的面积(m2)数，凝胶型树脂的比表面一般为0.1m2/g左右，每克多孔树脂的表面积为几平方米至几千平方米。 陈水霞、离子交换树脂的基本性能(续)、交换容量：交换容量反映了树脂交换反离子能力的大小，是离子交换树脂最重要的性能。 通常，以每克干树脂可更换的离子的毫摩尔数表示，记为mmol/g。 生产上常用的单位体积的树脂可更换摩尔数。 离子交换工艺和设备设计所需的数据。 开关电容的显示方式主要有以下2种：理论交换电容：树脂交换基中所有可交换离子的交换电容功交换电容：实际操作条件下的交换电容与操作条件有关。 交换容量可以通过实验测定，但测定值与理论值不完全一致是因为合成时副反应和交换程度可能达不到100%。 离子交换树脂在一定程度上使用交换能力时，会停止动作。 用别的试剂适当处理交换树脂，恢复离子交换能力，再生可再利用的工艺。 这是离子交换树脂的重要特性。 Chenshuixia、离子交换树脂的基本性能(续)、选择性：离子交换树脂的选择性是指某一树脂对不同离子表现的不同交换亲和性吸附性能。 这与树脂本身具有的功能基团、骨架结构、交联度也有关，与溶液中的离子浓度、价数也有关。 树脂对不同交换能力的差用选择性系数Kd表示，其数值等于树脂相和溶液相交换的a和b离子对的摩尔分数之比。 交换树脂的选择性可以按离子交换电势的顺序表示，阳离子的原子价越高，交换电势越大，随着原子序号的增大，同价阳离子的交换电势越大，Chenshuixia，交换容量的测定取某OH-型阴离子交换树脂2.00g 用吸液管吸入25.00mL，以甲基红为指示剂，用0.100mol/LNaOH溶液滴定，消耗20.00mL。 计算离子交换树脂的交换容量。 Chenshuixia，离子交换亲和性，离子交换树脂与电解质溶液接触时产生的离子交换反应，也称为K的选择性系数，分离因子，测定树脂对离子的亲和力的大小的参数，亲和力，水合离子的半径，离子的电荷，k，k，离子交换分离的基础，亲和力的不同， 陈水霞、2.4离子交换工艺与设备、离子交换操作方式间歇式：将交换剂与被处理溶液混合适当搅拌，达到交换平衡。 设备简单，操作要求不严格，常用于实验室和少量废水处理。 连续式固定床：交换剂放置在交换柱内不动，被处理液不断流动。 该方法准备简单，操作方便，适用范围广，是最常用的方式。 缺点是交换剂利用率低，再生费用大，阻力损失大。 连续式移动床离子交换：向不同装置输送树脂，完成交换、再生、清洗等过程。 优点是提高树脂利用率、降低树脂投资、降低再生剂消耗。 缺点是设备多，投资大，管理复杂。 连续式流化床离子交换：与树脂处理过的溶液、再生剂、清洗水处于流动状态。 树脂呈沸腾状，在不同部位连续进行更换、再生、清洗。 该方法优点效率高，装置小，树脂利用率高。 投资少，再生剂用量少，易于管理。 缺点是设计和操作条件高，树脂磨损量大。 Chenshuixia，固定床离子交换法，树脂不动，交换液通过树脂层(交换带)进行交换，一柱内的交换相当于几次或无数的静态交换。 树脂失去交换能力，就需要反风平浪静和再生。 树脂的再生树脂在一定程度上使用会失去交换能力，必须再生。 在废水处理中，再生还起到了回收有用物质的作用。强碱阴离子交换树脂必须用强碱溶液(NaOH等)再生，弱碱阴离子交换树脂除了使用NaOH作为再生剂之外，还可以使用Na2CO3和氨水等弱碱物质作为再生剂。 阳离子交换树脂可以用酸再生，Chenshuixia、Chenshuixia、离子交换设备离子交换柱、单床：只有一个交换柱的多床：多个单床串联连接，比单床交换效率更高。 复床：阳离子交换柱和阴离子交换柱串联使用，排列顺序取决于情况，适合去除离子型杂质。 混合床：一根柱子中有一定比例混合的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的混合物。 这与复床的不同是在交换过程为中性或近中性的条件下进行的，离子去除效率高，但再生时混合树脂必须分离，操作复杂。 复合床：复合床与混合床结合应用于陈水霞、离子交换树脂的水处理，含铬废水的处理含铬废水多以CrO42-和Cr2O72-的形式存在，也有少量的Cr2O3。 含铬废水过滤杂质后，用强酸型阳离子交换树脂除去Cr3、Fe3，流出液用阴离子交换树脂吸附CrO42-和Cr2O72-。 阳离子交换树脂用1N盐酸再生，阴离子交换树脂用12%NaOH再生，再生洗脱液可浓缩回铬。 含汞废水的汞电解法氯碱生产厂是汞的主要污染源。 汞在废水中主要以HgCl42-络合离子和游离金属汞的形式存在。 -SH和汞离子具有很强的结合力，因此将废水中的汞氧化为氯化汞，然后用含巯基的大孔型离子交换树脂处理，去除汞的效果很好。 例如，处理了含有水银20mg/l废水后，出水浓度为0.05-0.005mg/l . 北京化工二厂等用D190大孔巯基树脂处理含汞废水，废水中Hg2浓度可降至0.05mg/l以下。 处理水量是树脂体积的1600倍。 饱和树脂可用30%盐酸洗脱，洗脱剂用量为树脂体积的40-50倍，洗脱率达到100%。 Chenshuixia、离子交换树脂在水处理中的应用，含铜排水的处理装置中，含铜排水先通过NH4式弱酸性阳离子交换树脂，树脂吸附Cu2而转化为Cu2式的Cu2树脂被6%硫酸废液再生，Cu2的解吸成为CuSO4而被回收，树脂成为h式的h式树脂被NH4 这样反复循环利用。 含镉废水处理镉是有毒重金属之一，工业废水允许排放标准为0.1mg/l。 作为Cd2存在的含镉废水可以用酸性阳离子交换树脂处理。 饱和树脂可以用HCl或Na2SO4 NaCl混合液再生，从再生洗脱液中回收镉。 作为联络离子，存在于Cd(CN)42-、CdClX-(X-2 )、cdn(ch2oo)3-cd(scn)42-、Cd(EDTA)2-等中含镉排水可以用阴离子交换树脂处理. 陈水霞、陈水霞、离子交换树脂在水处理中的应用，含氮废水氨氮处理是水体中的主要污染物之一。 氨氮废水处理的常见方法有氨吹脱法和生化法。 王孟等人用ZC-1含氨氮废水净化剂处理含氨氮废水，废水处理后达到排放标准。 ZC-1是Na型弱酸离子交换树脂，交换的结果是，pH=6、水