弱堿性陰離子交換樹脂的再生動力學

1、第7卷豹4期1991年8月物理化學學報ACTA PHYSICO CHIMICA SINICAVol.7,No.4Aug.,1991485#弱堿性陰離子交換樹脂的再生動力學王剛陶祖跆(蘭州大學現(xiàn)代物理系，蘭州 730001)關«1詢1R犠性陰離子列陽再生層滋祝 胃敘弱纜性明離子樹眉旳優(yōu)點燒容易再生，但至今未見其禪生動力學研究的報道.Holl UJ 遽迂光學方法主測爲再生時樹脂相內的動邊界.從而肯定了用NaOH再生鹽式弱做性陰離子 樹脂是建守層進機理的.以前的研究工作肯定了可以根據(jù)滾液中反離子浹度的變化來 確定離子交換樹腮的轉換度，得到了適用于有限浴及離子交換劑顆檢半徑保持恒定或不斷隨

2、交換反應進行而變化條件下的速岌表達式.適用于不同條件的由巳反應層內的擴敵控制的層 進機理的離子交換反應的速度方程分別為：1. 無限浴及交換劑頼粒半徑恒定條件下E<O = l-3(l-X),/, +2(1-X) 6ZD.cp/6Xr( 1 )2. 有限浴及交換劑顆粒半繪恒定條件下E<0 1 -3(1 -X)v, + 2(1 - X) = (6AD./lrJ)|Bdf( 2 )3. 有限浴及交換劑顆粒半徑變化條件下(O = 1 - (1 - X),a + 1 - L1 + (Z -/(Z - 1)=<2ZD./CXrXo)J：Cb<U(3)式中A代表起始時存在于樹脂中的NO

3、二Cl、SO廠，巧是起始時A在樹脂相的濃度丿B代 *OH',兎和分別超溶液中B的赴始濃度和隨時間而變的任一時刻的濃度：從。是起始時 骨脂顆粒的半徑；是有效擴故系數(shù)；X是轉換度,，是NaOH在鉗脂相和溶液相之間的 分配系數(shù)，本文中與前文囘一樣，假定為1, Z是<rBo/rAo)% rB0是B式樹脂的半徑.本文的目的是，測定用不同濃度NaOH溶液再生NO八CI SO式叔胺型大孔弱堿性 陰離子樹脂的速度/提供再生過程的層進機理的進一步證據(jù)；求再生過程的有效擴敬系數(shù)實驗部分所用樹略為上海鉗脂廠產的大孔叔鐵型瑞妙性陰肉f交換樹HS710A (乂名D301)樹脂 經締分，并按常規(guī)方法處理后，

4、分別轉成N(”、cr和£>-氏各氏樹脂Kite和氯化的席液1990年3月8日收列初觸，1】月收封曙改務. #上達到恆蛋總，測得每竟恒重樹脂所含反離子亳克當量數(shù)分別為3.39(C1)、3.35(NOJ、 3.33(SOr>用此恒重樹脂進行實驗.用與前文相同的方法鴻各式樹腮完全沽脹樹脂顆 粒的半徑及體積交換客量.結果為，rN030 = 0.026±0.002, rclt =0.02810.002, r80<0 0.033±0.002, rOHO = 0.027 ±0.002,心以屋米為單位,=2.68 + 0.03,=2.66+0.03,聲

5、o, = l42±003, 以毫克當量亳升' 為縝位田此可見，在用 N&OH再生NO孑或C】式樹脂時，可用式或處理數(shù)據(jù)而在再生SO：式樹脂時，必 須用式(3)處理數(shù)據(jù)，Z=0.55與前文相比，大孔弱瞰性陰離子交換樹脂從鹽式轉成 堿式時，比凝膠型弱酸性陽離子交換樹脂從鹽式轉成酸式時的體積變化小得多采用三頸瓶法"測定再生速度，所用N.OH溶液體積為250亳升，樹脂用量為3.W亳 克當量當反應開始后，在預定時間取樣，并分析測定溶液中的池二CJPiSO【為敖度，由 此確定轉換度.CL濃度用氯離子選擇電極測定，SO：用比濁法決宅，NO?用酚二庶馥為顯 色劑的光度法測定

6、.當再生用的N&OH的濃度嘔仮時，也可左反應溶茨中境入坡璃電極，用 所鴻的pH值跟蹤反應的進程，井琳此甫定轉換度"0.主丁不斷取樣，溶液體積不斷減 少，故所欄濃度6 8下弐挾正燈叭=250八十(ici - gc川/250式中砂為停次取樣體積.所有實驗均在25±059進行.所用化學試劑均為分析純.結果和討論1. NO7式樹脂的再生分別選用濃度為0.616、0.097及0.0078molLT的三種N.OH溶液再生.對毎一種譜液用兩種纜拌速度，即300及800 rP. m實驗結果以X-C圖表示 (圖1由圖可見：N.OH濃度增加，再生速度増加,在任一濃度下，攪拌速度均對再生

7、速 度沒有明顯影響.由此可推斷，NOF式弱堿性樹脂的再生過程由已反應層內擴散所控制.這 是因為由鹽式樹脂轉為弱解離的啟式樹脂，不可能由化學反應控制速度,乂因為攪拌速度不 影響再生速度，所以相對來說，液膜擴散的阻力小得多.為J進一步證實這一推斷，將M0HSI NO$式調關性樹扇的科生速度Fig.l The rales of regeneration for the weak base resin in NO, form縱度為0.616mol-L-咐的數(shù)據(jù)以E對l作圖 (圖2),濃度為0.097niolL時的數(shù)據(jù)以E 對J：%Hdf作圖(圖3，由圖可見，都那到 了相當好的直線.而將0.0078n&

8、gt;ol.L->時的 數(shù)據(jù)，以E對I作圖則不能得到直 尖.由此得出結論：在較高的N&0H濃度下, 再生速度由已反應層內的擴敢所控制,在較 低濃度下，則不能完全忽略液膜擴散的阻 力.詢文中曽馮出類似的結論.分別按 式(1)及(2),由直線斜卓，以及硝-及 rNo,求曲有效曠戰(zhàn)系數(shù)D-給果列丁表 1488%3 MKitWAff 生的&圖2弱M性轄頭再生的Fig.2 H v«. t and B9 v«. I plots of regeneration for weak base 片畑 1NO： form|2Cr forrii。Cllt圖和S«0H

9、®Fig.3cqh<11 plots and £zva.3POj- funn487plots of regenerlion for weak b& resin 1NO, form(2Cl" form JS0| form2. Cl-Jt樹脂的再生 分別選用濃度為0,616. 0.100. 0.0100mobL-« =種NaOH溶 液再生，同樣用300及800p. m.兩種攪拝速度.X7圖（圖4）表明】濃度增加，再生加 快,攬拌加快無明顯形響從而可作出與NO亍式樹脂再生一樣的推斷.同梯，對NaOH濃度為0.616及010001。1"|

10、時的數(shù)跖 分別作E 7及EJoHdf圖（圖2及3）由圖可見，也得 到了相當好的直線.而用0.0100mol.L-«的數(shù)據(jù)作圖時，卻不能得到宜線.從而可得出同樣 的結論.井同法求出有效擴散系數(shù)D（表1）«1 有效DeXioms*1Table 1 Effective diffusion coefficientsDe xiom*$7NaOH .SlGmolL-*NaOH0.097oaosmoi.L-1NOj form 2018(0.097)Cl* form2117(0.100)SO廠 form 5.03.9(0.103)04 Cl-itWW性軻朋的禪生孫度F<SU The

11、rates of regeneration for the wjak base resin in Cl* formO300 r. p. mr800 r. p.m.3. SO；式樹脂的再生分別選用淡度為0.616及0.103mu|.L-»的N&01I溶液,再對生毎一溶液用300及800 r. P.嘰兩種攪拌速度.作X-f圖（圖5）.與圖I、4相比看出，£ 相同或很相近的woh濃度下，so；-式樹脂的再生速度比nox cr式樹脂慢得多.根據(jù)不 同攪拌速度下的實臉點落在同一曲線上，故可作出相同的推斷.但由于再生過程中，樹脂的 體積編小明顯，所以必須用式（3）處理數(shù)據(jù)，BI

12、6 00； 次身棉肪的再生速更Fig.5 The ralc« of regeneration for tlw weak base resin in 80； formO30 P in.| 800 r. p. in以皮對域f：C0H<n作圖（圖2和3）由 圖可見，在達兩種濃度下，均得相當好的直 線.因而再次成功地應用了我們在前玄 導出的理倫方程，說明該式昱廣泛適周的. 由直線斜率等玫輕旳有效擴散議較也列于衷 le由表可界，對十任何一種鹽式樹脂在用 NaGH再生時，右效擴故系數(shù)均射擰NaOII濃 度的降低而略右降低.這與詢文所得規(guī) 律-致.比較表1中各離子式樹脂再生時的 有效擴敢系數(shù)

13、可看出，對于NO,和C1 氏來 說，兩者在實驗溟差范麵內是一致的，浙對 于so：式來說，右效擴散系數(shù)低得多，大約只是NO：和cr式時的l/4由此說明有效擴散系數(shù)是一表征互擴散性質的矗數(shù)，不僅反映了 非交換吸入的反應物B從請液相擴散穿過已反應層到達未反應區(qū)的速度，而且還反映了生成 物A從未反應區(qū)農面擴散穿過已反應層進入悔液相的速度.很可能正是由于二價離子sor 在樹脂相中擴散速度比一價離子的NOj和C1慢得多，從而造成有效擴敵系數(shù)低得纟結論 用NaOH再生NO二Cl式弱堿性陰蠱子樹朋的速度相近，SO：式樹脂的再生速 度慢得多.增加NOH濃度，再生速度增加.在較jftN.OH濃度下，再生過程按已反

14、應層內擴 敝控制的層進機理進行.用NaOll再生NO C1 式弱縄性陰離子樹脂的有效擴敬系數(shù)大約是 再生SO： 式樹脂的4倍.為文狀1 J Hdll# W Hactiv19B4* 2» 93»2 Hclfferioh, J. P*,>.1965» 69» 1178C3邢正.陳見察.化鼻學報.1«3. 4K 10054 J Rao> M G.fGupla» A K.> C*em. E： J.9 1N2t 24. 18115 J Tao Zuyi9 Niu Jinlong# Solv. Sxlr. /os. ixch.9

15、 1990* 8> *96 T。Zuyi* Zhao Aimln el. al.9 J. Radicaal. Nncl. Ch*. 1947t U6> 357 Hung TinR-Chia9 Tsai Fuan-Nan» J. fuorg. Nucl.1B709 32 17【8】趙佟文功.檢化學與敷射化學1S«O, 2> UIION EXCHANGE KINETICS OF REGENERATIONFOR WEAK BASIC ANION EXCHANGERWang Gang Tao Zuyl*(Dcparlmenl of Modern Physics. zhou Uiuer&iCy. Lanzhou 730001)ABSTRACTThe results of kinetic studies of regeneration for weak babic anion exchanger in NOjf Ci* and SO*are presented. A ynthematical model of shell-progrc33iremechanism with changing bulk solution concentration and exchanger volume