四、交換原理

離子交換樹(shù)脂是通過(guò)其可交換的活性離子A+與溶液中的自由離子B+交換完成對(duì)B+去除的。

4.1 離子交換過(guò)程

離子交換過(guò)程包含五個(gè)步驟：1B+自溶液擴(kuò)散至樹(shù)脂表面；2B+自樹(shù)脂表面進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部的活性中心；3B+與RA在活性中心上發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)；4A+離子自樹(shù)脂內(nèi)部擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；5A+離子從樹(shù)脂表面擴(kuò)散至溶液中。如圖所示：

4.2 影響因素

影響交換速度的因素主要有以下幾方面：

1）顆粒大小：顆粒越小，有利于提高交換速度

2）交聯(lián)度：交聯(lián)度越低樹(shù)脂越易膨脹，在樹(shù)脂內(nèi)部擴(kuò)散就越容易

3）離子化合價(jià)：離子在樹(shù)脂中擴(kuò)散時(shí)，和樹(shù)脂骨架間存在庫(kù)倫引力。離子化合價(jià)越高，這種引力越大，因此擴(kuò)散速率就越小。

4）離子的大?。盒‰x子的交換速度比較快，大分子會(huì)和樹(shù)脂骨架碰撞，速度較慢

5）攪拌速率：當(dāng)液膜控制時(shí)，增加攪拌速率會(huì)使交換速度增加。但增大到一定程度后再繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，對(duì)交換速度影響就比較小。

6）溶液濃度： MB20樹(shù)脂上海純超環(huán)保高性?xún)r(jià)比的選擇。天津供應(yīng)MB20樹(shù)脂哪家好

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三  離子交換的基本原理

離子交換的選擇性定義為離子交換劑對(duì)于某些離子顯示優(yōu)先活性的性質(zhì)。離子交換樹(shù)脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹(shù)脂吸附，但吸著后要把它置換下來(lái)就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來(lái)卻比較容易，這種性能稱(chēng)為離子交換的選擇性。離子交換樹(shù)脂對(duì)水中不同離子的選擇性與樹(shù)脂的交聯(lián)度、交換基團(tuán)、可交換離子的性質(zhì)、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關(guān)。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團(tuán)上的可交換離子發(fā)生交換。一般來(lái)說(shuō)，離子交換樹(shù)脂對(duì)價(jià)數(shù)較高的離子的選擇性較大。對(duì)于同價(jià)離子，則對(duì)離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價(jià)的金屬離子中，原子序數(shù)較大的離子其水合半徑較小，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)其的選擇性較大。對(duì)于強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，它對(duì)一些離子的選擇性順序?yàn)椋篎e3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但是這種可逆反應(yīng)并不是在均相溶液中進(jìn)行的，而是在固態(tài)的樹(shù)脂和溶液的接觸界面間發(fā)生的。這種反應(yīng)的可逆性使離子交換樹(shù)脂可以反復(fù)使用。

3、離子交換樹(shù)脂的物理結(jié)構(gòu)

離子樹(shù)脂常分為凝膠型和大孔型兩類(lèi)。

凝膠型樹(shù)脂的高分子骨架，在干燥的情況下內(nèi)部沒(méi)有毛細(xì)孔。它在吸水時(shí)潤(rùn)脹，在大分子鏈節(jié)間形成很微細(xì)的孔隙，通常稱(chēng)為顯微孔(micro-pore)。濕潤(rùn)樹(shù)脂的平均孔徑為2～4nm(2×10－6 ～4×10－6mm)。

這類(lèi)樹(shù)脂較適合用于吸附無(wú)機(jī)離子，它們的直徑較小，一般為0.3～0.6nm。這類(lèi)樹(shù)脂不能吸附大分子有機(jī)物質(zhì)，因后者的尺寸較大，如蛋白質(zhì)分子直徑為5～20nm，不能進(jìn)入這類(lèi)樹(shù)脂的顯微孔隙中。

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樹(shù)脂顆粒大小的測(cè)定通常用濕篩法，將樹(shù)脂在充分吸水膨脹后進(jìn)行篩分，累計(jì)其在20、30、40、50……目篩網(wǎng)上的留存量，以90%粒子可以通過(guò)其相對(duì)應(yīng)的篩孔直徑，稱(chēng)為樹(shù)脂的“有效粒徑”。多數(shù)通用的樹(shù)脂產(chǎn)品的有效粒徑在0.4～0.6mm之間。

樹(shù)脂顆粒是否均勻以均勻系數(shù)表示。它是在測(cè)定樹(shù)脂的“有效粒徑”坐標(biāo)圖上取累計(jì)留存量為40%粒子，相對(duì)應(yīng)的篩孔直徑與有效粒徑的比例。如一種樹(shù)脂(IR-120)的有效粒徑為0.4～0.6mm，它在20目篩、30目篩及40目篩上留存粒子分別為：18.3%、41.1%、及31.3%，則計(jì)算得均勻系數(shù)為2.0。 MB20樹(shù)脂上海純超環(huán)保貨真價(jià)實(shí)。天津供應(yīng)MB20樹(shù)脂哪家好

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2弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂

這類(lèi)樹(shù)脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基-COOH，能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹(shù)脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO-(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用。這種樹(shù)脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。這類(lèi)樹(shù)脂亦是用酸進(jìn)行再生(比強(qiáng)酸性樹(shù)脂較易再生)。

3強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂

這類(lèi)樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基(亦稱(chēng)四級(jí)胺基)-NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能在水中離解出OH-而呈強(qiáng)堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。

這種樹(shù)脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿(如NaOH)進(jìn)行再生。

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