弱堿性陰離子交換樹脂的再生動(dòng)力學(xué)

1、第7卷豹4期1991年8月物理化學(xué)學(xué)報(bào)ACTA PHYSICO CHIMICA SINICAVol.7,No.4Aug.,1991485#弱堿性陰離子交換樹脂的再生動(dòng)力學(xué)王剛陶祖跆(蘭州大學(xué)現(xiàn)代物理系，蘭州 730001)關(guān)«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(diǎn)燒容易再生，但至今未見其禪生動(dòng)力學(xué)研究的報(bào)道.Holl UJ 遽迂光學(xué)方法主測爲(wèi)再生時(shí)樹脂相內(nèi)的動(dòng)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(jìn)機(jī)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(zhuǎn)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(yīng)進(jìn)行而變化條件下的速岌表達(dá)式.適用于不同條件的由巳反應(yīng)層內(nèi)的擴(kuò)敵控制的層 進(jìn)機(jī)理的離子交換反應(yīng)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(shí)存在于樹脂中的NO

3、二Cl、SO廠，巧是起始時(shí)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(shí)間而變的任一時(shí)刻的濃度：從。是起始時(shí) 骨脂顆粒的半徑；是有效擴(kuò)故系數(shù)；X是轉(zhuǎn)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(jìn)機(jī)理的進(jìn)一步證據(jù)；求再生過程的有效擴(kuò)敬系數(shù)實(shí)驗(yàn)部分所用樹略為上海鉗脂廠產(chǎn)的大孔叔鐵型瑞妙性陰肉f交換樹HS710A (乂名D301)樹脂 經(jīng)締分，并按常規(guī)方法處理后，

4、分別轉(zhuǎn)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(wù). #上達(dá)到恆蛋總，測得每竟恒重樹脂所含反離子亳克當(dāng)量數(shù)分別為3.39(C1)、3.35(NOJ、 3.33(SOr>用此恒重樹脂進(jìn)行實(shí)驗(yàn).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(jié)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(dāng)量亳升' 為縝位田此可見，在用 N&OH再生NO孑或C】式樹脂時(shí)，可用式或處理數(shù)據(jù)而在再生SO：式樹脂時(shí)，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(zhuǎn)成 堿式時(shí)，比凝膠型弱酸性陽離子交換樹脂從鹽式轉(zhuǎn)成酸式時(shí)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(dāng)量當(dāng)反應(yīng)開始后，在預(yù)定時(shí)間取樣，并分析測定溶液中的池二CJPiSO【為敖度，由 此確定轉(zhuǎn)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(dāng)再生用的N&OH的濃度嘔仮時(shí)，也可左反應(yīng)溶茨中境入坡璃電極，用 所鴻的pH值跟蹤反應(yīng)的進(jìn)程，井琳此甫定轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)均在25±059進(jìn)行.所用化學(xué)試劑均為分析純.結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)層內(nèi)擴(kuò)散所控制.這 是因?yàn)橛甥}式樹脂轉(zhuǎn)為弱解離的啟式樹脂，不可能由化學(xué)反應(yīng)控制速度,乂因?yàn)閿嚢杷俣炔?影響再生速度，所以相對來說，液膜擴(kuò)散的阻力小得多.為J進(jìn)一步證實(shí)這一推斷，將M0HSI NO$式調(diào)關(guān)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(shí)的數(shù)據(jù)以E 對J：%Hdf作圖(圖3，由圖可見，都那到 了相當(dāng)好的直線.而將0.0078n&

8、gt;ol.L->時(shí)的 數(shù)據(jù)，以E對I作圖則不能得到直 尖.由此得出結(jié)論：在較高的N&0H濃度下, 再生速度由已反應(yīng)層內(nèi)的擴(kuò)敢所控制,在較 低濃度下，則不能完全忽略液膜擴(kuò)散的阻 力.詢文中曽馮出類似的結(jié)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(shí)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(dāng)好的直線.而用0.0100mol.L-«的數(shù)據(jù)作圖時(shí)，卻不能得到宜線.從而可得出同樣 的結(jié)論.井同法求出有效擴(kuò)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(shí)臉點(diǎn)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(dá)兩種濃度下，均得相當(dāng)好的直 線.因而再次成功地應(yīng)用了我們在前玄 導(dǎo)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(kuò)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(shí)，右效擴(kuò)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(shí)的 有效擴(kuò)敢系數(shù)

13、可看出，對于NO,和C1 氏來 說，兩者在實(shí)驗(yàn)溟差范麵內(nèi)是一致的，浙對 于so：式來說，右效擴(kuò)散系數(shù)低得多，大約只是NO：和cr式時(shí)的l/4由此說明有效擴(kuò)散系數(shù)是一表征互擴(kuò)散性質(zhì)的矗數(shù)，不僅反映了 非交換吸入的反應(yīng)物B從請液相擴(kuò)散穿過已反應(yīng)層到達(dá)未反應(yīng)區(qū)的速度，而且還反映了生成 物A從未反應(yīng)區(qū)農(nóng)面擴(kuò)散穿過已反應(yīng)層進(jìn)入悔液相的速度.很可能正是由于二價(jià)離子sor 在樹脂相中擴(kuò)散速度比一價(jià)離子的NOj和C1慢得多，從而造成有效擴(kuò)敵系數(shù)低得纟結(jié)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(yīng)層內(nèi)擴(kuò) 敝控制的層進(jìn)機(jī)理進(jìn)行.用NaOll再生NO C1 式弱縄性陰離子樹脂的有效擴(kuò)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(xué)報(bào).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(xué)與敷射化學(xué)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