第08章 离子交换

1、，第8章离子交换，第1节离子交换器，第2节离子交换的基本原理，第3节离子交换过程，第4节离子交换设备和计算，本章的主要内容，1。离子交换剂的分类、组成和结构。根据母体材料的不同，分类可以分为两类：无机的和有机的。根据其他分类，第一部分是离子交换器，2。成分和结构。离子交换树脂的化学结构可分为不溶性树脂基体和活性基团。树脂基体是由有机化合物和交联剂组成的聚合物共聚物。交联剂的作用是使树脂基体形成主体的网络结构。交联剂与单体重量比的百分比称为交联度。活性基团由交换离子和与树脂基质连接的固定离子组成。第1节：离子交换器；第2节：离子交换树脂的命名和模型；第1节：命名2:离子交换产品的型号由三个阿拉伯

2、数字组成，第一个数字代表产品的分类，第二个数字代表骨架的差异，第三个数字是用来区分基因和交联剂差异的序列号。第一部分是离子交换器，第三部分是离子交换树脂的性能和物理性能。1凝胶型离子交换树脂为透明或半透明珠，大孔树脂为乳白色或不透明珠。优良的树脂球度高、无裂纹、颜色均匀、无杂质。2.树脂的平均粒径为0.31.2毫米，有效粒径(D10)为0.360.61，均匀系数(d40/d90)为1.221.66。均匀系数是指40倍筛上体积的筛孔尺寸与90倍筛上体积的筛孔尺寸之比。第1节离子交换器，第3节密度，第1节离子交换器，第4节含水量树脂的含水量约为每克树脂含水量的50%(在水中完全膨胀)，树脂的含水量

3、相应地反映了树脂网格中的孔隙率。5.溶胀干树脂，水湿树脂，体积溶胀，绝对溶胀度，6。机械强度，7。耐热性，8。孔隙结构，第一离子交换器，化学性质，1。再生：离子交换反应可逆交换的逆反应。2.酸碱性：树脂使水中的氢和羟基离子化，显示出酸碱性。树脂的酸碱度受酸碱度的影响，各种树脂在使用时都有合适的酸碱度范围。3.选择性：树脂在水中优先交换某些离子的性能称为选择性，选择性的特征是选择性系数。4.交换容量：表示树脂的交换容量。通常以EV(毫摩尔/毫升湿树脂)表示，但也以EW(毫摩尔/克干树脂)表示。EVEW(1-水含量)湿表观密度，第1节离子交换器，第4节离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴定。选择树脂

4、时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺、投资和运行费用等因素。树脂保存树脂应储存在040。通常，强树脂以盐的形式储存，弱酸树脂以氢的形式储存，弱碱树脂以游离胺的形式储存。所用的树脂在使用前应经过适当的预处理以去除杂质。最好用水、5盐酸和24氢氧化钠浸泡清洗两次，每次48小时。第1节离子交换器、表8-2未知树脂的鉴定、第1节离子交换器、第1节离子交换平衡、一般交换反应的平衡关系、离子交换反应公式、第2节离子交换的基本原理，以及公式(8-4)适用于各种离子之间的交换。当ZA=ZB=1时，上述公式简化如下：qB/q0称为树脂的破坏程度；CB/c0是溶液中的离子残留率。如果以qB/q0为纵坐标，以c

5、B/c0为横坐标，则可以通过作图得到在某一K值下等效离子交换理论的等温平衡线。第二，离子交换速度，离子交换过程：离子从溶液体扩散到粒子表面，并通过粒子表面的液膜。穿过液膜的离子继续在粒子的交联网格中扩散，直到它们到达某个活性基团位置。交换反应发生在目标离子和活性基团中的可交换离子之间。交换的离子以与目标离子运动相反的方向扩散，最终被主流带走。在上述步骤中，汇率的反应速度要快得多根据费克定律，扩散速度可以写成：第二节离子交换基本原理，第二节离子交换基本原理，影响离子交换扩散速度的因素：1。树脂的交联度越大，网眼越小，内部扩散越慢。2.树脂颗粒越小，扩散速度越快，因为内部扩散距离越短，液膜扩散的表

6、面积越大。3.溶液的离子浓度是影响扩散速率的一个重要因素。浓度越高，扩散速度越快。4.提高水温可以增加离子的动能，降低水的粘度，使液膜变薄，有利于离子扩散。5.交换过程中混合或增加流速使液膜变薄，可以加速液膜的扩散，但不影响内孔的扩散。6.交换离子的电荷量和水合离子的半径越大，内部孔隙的扩散速率越慢。第2节，离子交换的基本原理，离子交换系统和应用离子交换过程1。固定床离子交换器的间歇操作过程2。连续离子交换器操作项目3。离子交换过程1。离子交换系统和应用。在实际应用中，应根据原水水质、出水要求和生产能力确定合适的离子交换工艺。1.钠离子交换软化法氢离子交换软化法钠串联和并联主要用于水软化。2.

7、海水淡化中多级复合床海水淡化系统的混床海水淡化系统。3.多级阴离子交换系统在工业废水处理中，碱度是指水吸收质子的能力。水中碱度的形成主要是由于碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物的存在。硼酸盐、磷酸盐和硅酸盐也会产生一些碱性。此外，还有有机碱等等。第三节：离子交换过程；第三节：离子交换过程；固定床离子交换器间歇操作过程；1:离子交换过程，在床渗透之前，树脂属于饱和区、交换区和未使用区，只有交换区树脂交换区的厚度取决于所用树脂、离子类型和浓度以及工作条件。第3节离子交换工艺，第3节离子交换工艺，在进水的初始阶段，进水中使用的所有阳离子都交换出H来生成相当数量的无机酸，并且出水的酸度保持恒定值。当跑到A点时

8、，钠首先渗透，并迅速增加，而酸度降低。当钠的泄漏量增加到流入液中强酸阴离子含量的总和时，流出液开始呈碱性。当钠增加到等于流入液中的总阳离子含量时，流出液的碱度也增加到等于流入液的碱度。此时，氢离子交换结束，交换器开始交换钠。稳定运行到B点后，硬度离子开始渗透，出水钠含量开始下降。最后，出水硬度接近进水硬度，出水钠接近进水钠，树脂层完全饱和。(f)当H型树脂与水中的Ca2、Mg2和Na交换时，水质的变化，第3节离子交换过程，2。再生通过树脂再生，一方面可以恢复树脂的交换能力，另一方面可以回收有用的物质。固定床再生操作包括反洗、再生和正向洗涤。有时需要在再生后转化树脂。影响再生效果和处理成本的因素

9、有：1)再生器型强酸阳树脂用强酸如盐酸或硫酸、氯化钠和硫酸钠再生；弱酸性阳树脂用盐酸和硫酸再生。强碱性阴离子交换树脂用强碱如氢氧化钠和氯化钠再生，而弱碱性阴离子交换树脂用氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠再生。2)树脂与再生剂的交换和再生按当量进行。理论上，再生剂可以恢复树脂的交换能力，但实际上，再生剂的量远远大于理论值。3)再生方式并流再生特点：设备简单，操作方便，工作可靠；再生剂的量大，再生效率低，再生效率低第三节离子交换过程，连续离子交换器的工作过程，固定床离子交换器的缺点：树脂饱和时不能再生，树脂层厚度远大于交换面积；在再生和冲洗过程中，必须停止更换。为了克服上述缺陷，开发了连续离子交换设备，

10、包括移动床和流动床。离子交换设备行业与交换设备分离，主要包括固定床、移动床和流动床，目前应用最广泛的是固定床。固定床分离交换器包括筒体、进水装置、排水装置、再生液分配装置以及相关的体外管道和阀门，如图所示。第四节离子交换设备及计算；2.设计计算离子交换器的设计包括选择离子交换树脂、确定工艺系统、计算交换器尺寸、再生计算、阻力计算等。交换器的直径可由交换离子的物质平衡公式计算，由此可推导出公式中Q废水的流速，m3/h。c0进水中交换离子浓度，eq/m3；两次再生之间的时间间隔，h；交换器数量，一般不少于2个；qW交换器的工作交换容量，eq/m3。换热器床高，m；交换器的横截面积，m2；换热器的直径m一般小于3m。第4节离子交换设备和计算、高度的确定交换筒的高度包括三个部分：树脂层高度、底部排水