離子交換樹脂 (2)

1、離子交換樹脂離子交換樹脂第1頁，共54頁。第七章第七章 離子交換基本知識離子交換基本知識v 第一節(jié)第一節(jié) 離子交換樹脂和離子交換原理離子交換樹脂和離子交換原理v第二節(jié)第二節(jié) 離子交換速度離子交換速度v第三節(jié)第三節(jié) 動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程第2頁，共54頁。第一節(jié)第一節(jié) 離子交換樹脂和離子交換原理離子交換樹脂和離子交換原理一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)v 一類帶有活性基團的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子化合物。一類帶有活性基團的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子化合物。v 結(jié)構(gòu)分為兩個部分結(jié)構(gòu)分為兩個部分：v 骨架：骨架：高分子化合物所組成的基體，具有龐大的空間結(jié)構(gòu)；高分子化合物所組成的基體，具有

2、龐大的空間結(jié)構(gòu)；v 可交換離子的可交換離子的活性基團：活性基團：通過化學(xué)鍵結(jié)合在高分子骨架上，通過化學(xué)鍵結(jié)合在高分子骨架上，起提供可交換離子的作用。起提供可交換離子的作用。v 活性基團：一是活性基團：一是固定部分固定部分，與骨架牢固結(jié)合，不能自由移動，與骨架牢固結(jié)合，不能自由移動，故稱固定離子；二是故稱固定離子；二是活動部分活動部分，遇水可以離解，并能在一定，遇水可以離解，并能在一定范圍內(nèi)自由移動，可與周圍水中的其他帶有同種電荷的離子范圍內(nèi)自由移動，可與周圍水中的其他帶有同種電荷的離子進行交換反應(yīng)，故稱可交換離子進行交換反應(yīng)，故稱可交換離子。第3頁，共54頁。二、離子交換樹脂的合成二、離子交換

3、樹脂的合成v 第一階段為高分子聚合物骨架的制備第一階段為高分子聚合物骨架的制備，即將單體制備成球，即將單體制備成球狀的高分子聚合物。其制備方法通常是將聚合物單體和分狀的高分子聚合物。其制備方法通常是將聚合物單體和分散劑等放入水溶液中，通過攪拌使其在懸浮狀態(tài)下聚合成散劑等放入水溶液中，通過攪拌使其在懸浮狀態(tài)下聚合成球狀物。此時的球狀物還沒有可交換基團，故也稱為白球球狀物。此時的球狀物還沒有可交換基團，故也稱為白球或惰性樹脂?；蚨栊詷渲?。v 第二階段是在這種高分子聚合物上進行有機高分子反應(yīng)，第二階段是在這種高分子聚合物上進行有機高分子反應(yīng)，引入活性基團，引入活性基團，成為反應(yīng)性高分子材料，即離子交

4、換樹脂。成為反應(yīng)性高分子材料，即離子交換樹脂。v 也有些離子交換樹脂是由已具備活性基團的單體經(jīng)過聚合，也有些離子交換樹脂是由已具備活性基團的單體經(jīng)過聚合，或在聚合過程中同步引入活性基團，或在聚合過程中同步引入活性基團，直接一步制得的，如直接一步制得的，如丙烯酸系樹脂。丙烯酸系樹脂。第4頁，共54頁。1 1、苯乙烯系離子交換樹脂、苯乙烯系離子交換樹脂v 應(yīng)用最廣泛的一種離子交換劑。應(yīng)用最廣泛的一種離子交換劑。（1 1）第一階段：它是以苯乙烯和二乙烯苯聚合成的高分子化合物為骨）第一階段：它是以苯乙烯和二乙烯苯聚合成的高分子化合物為骨架。架。v 二乙烯苯為交聯(lián)劑二乙烯苯為交聯(lián)劑，可以把兩個苯乙烯聚合

5、成的線性高分子交聯(lián)起來，可以把兩個苯乙烯聚合成的線性高分子交聯(lián)起來，使之成為體型高分子化合物。在聚合物中起交聯(lián)作用的二乙烯苯的使之成為體型高分子化合物。在聚合物中起交聯(lián)作用的二乙烯苯的質(zhì)量百分率稱為樹脂的交聯(lián)度，常用質(zhì)量百分率稱為樹脂的交聯(lián)度，常用DVBDVB表示。表示。第5頁，共54頁。（2 2）第二階段：引入活性基團，可以制得陽離子交換樹脂，）第二階段：引入活性基團，可以制得陽離子交換樹脂，也可以制得陰離子交換樹脂。也可以制得陰離子交換樹脂。v 1 1）磺酸型苯乙烯系陽離子交換樹脂）磺酸型苯乙烯系陽離子交換樹脂v 2 2）苯乙烯系陰離子交換樹脂）苯乙烯系陰離子交換樹脂v 制造方法是先將聚苯

6、乙烯氯甲基化，然后胺化。叔胺得強堿制造方法是先將聚苯乙烯氯甲基化，然后胺化。叔胺得強堿型。型。第6頁，共54頁。2 2、丙烯酸系離子交換樹脂、丙烯酸系離子交換樹脂（1 1）第一階段：它是以丙烯酸甲酯（甲基丙烯酸甲酯）與二乙烯苯交聯(lián)）第一階段：它是以丙烯酸甲酯（甲基丙烯酸甲酯）與二乙烯苯交聯(lián)劑共聚而成。劑共聚而成。v 或?qū)懗苫驅(qū)懗蒖COOCH3RCOOCH3v 此聚合物上已帶有活性基團，采用以下方法就可轉(zhuǎn)化為陽樹脂或陰樹此聚合物上已帶有活性基團，采用以下方法就可轉(zhuǎn)化為陽樹脂或陰樹脂脂v 1 1）丙烯酸系羧酸型陽離子交換樹脂）丙烯酸系羧酸型陽離子交換樹脂v 2 2）丙烯酸系陰離子交換樹脂）丙烯酸系

7、陰離子交換樹脂v 將將RCOOCH3RCOOCH3胺化。胺化。3RCOOCHRCOOH 2濃KOHH O第7頁，共54頁。v 書寫書寫: :把樹脂骨架和固定離子用把樹脂骨架和固定離子用R R表示，酸性樹脂表示成表示，酸性樹脂表示成RHRH，堿性表示成堿性表示成ROHROH；但這種方法不能反映出樹脂酸堿性強弱，；但這種方法不能反映出樹脂酸堿性強弱，v 有時寫出固定離子，如：有時寫出固定離子，如：v R-SOR-SO3 3H H，RCOOHRCOOH。v R-NR-N（CHCH3 3）3 3OHOH（I I），）， R-NR-N（CHCH3 3）2 2（C C2 2H H4 4OHOH）OHOH（

8、IIII）。）。v RNHOHRNHOH（叔胺型），（叔胺型），RNHRNH2 2OHOH（仲胺型），（仲胺型）， RNHRNH3 3OHOH（伯胺型）（伯胺型）。第8頁，共54頁。三、離子交換樹脂的分類三、離子交換樹脂的分類1 1、按、按活性基團的性質(zhì)活性基團的性質(zhì)分類分類v 陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂：能與水中陽離子進行交換反應(yīng)的稱為陽離：能與水中陽離子進行交換反應(yīng)的稱為陽離子交換樹脂；根據(jù)子交換樹脂；根據(jù)H H離子電離的強弱程度分為：強酸性和弱離子電離的強弱程度分為：強酸性和弱酸性陽離子交換樹脂酸性陽離子交換樹脂v 陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂：能與水中陰離子進行交換反應(yīng)的稱為陰離：能

9、與水中陰離子進行交換反應(yīng)的稱為陰離子交換樹脂。根據(jù)子交換樹脂。根據(jù)OHOH根離子電離的強弱程度分為：強堿性和根離子電離的強弱程度分為：強堿性和弱堿性陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂v 另外，按活性基團性質(zhì)還可以分為螯合、兩性和氧化還原等另外，按活性基團性質(zhì)還可以分為螯合、兩性和氧化還原等樹脂。樹脂。2 2、按、按樹脂單體的種類樹脂單體的種類分類分類v 有苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等有苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等第9頁，共54頁。第10頁，共54頁。3 3、按離子交換樹脂孔結(jié)構(gòu)分類、按離子交換樹脂孔結(jié)構(gòu)分類1 1）凝膠型樹脂）凝膠型樹脂v 許多不規(guī)則的網(wǎng)狀高分子構(gòu)成的，類似凝膠。許多不規(guī)則的網(wǎng)

10、狀高分子構(gòu)成的，類似凝膠。v 孔徑平均為孔徑平均為12nm12nm，凝膠型樹脂的孔眼由高分子鏈和交聯(lián)劑，凝膠型樹脂的孔眼由高分子鏈和交聯(lián)劑相鍵合而形成，這些孔眼不是其原有的，而是當(dāng)它浸入水中相鍵合而形成，這些孔眼不是其原有的，而是當(dāng)它浸入水中時，由于活性基團發(fā)生水化而顯示出來的。時，由于活性基團發(fā)生水化而顯示出來的。v 缺點：孔徑小，交換速度較慢，易堵塞，易受有機物污染；缺點：孔徑小，交換速度較慢，易堵塞，易受有機物污染；聚合反應(yīng)總是二乙烯苯先反應(yīng)完，所以機械強度較差。聚合反應(yīng)總是二乙烯苯先反應(yīng)完，所以機械強度較差。2 2）大孔型樹脂）大孔型樹脂(MR(MR型樹脂型樹脂) )v 2020一一1

11、00nm100nm以上。以上。v 大孔型樹脂在制備高分子骨架時加入致孔劑，反應(yīng)完成后再大孔型樹脂在制備高分子骨架時加入致孔劑，反應(yīng)完成后再抽取出來，這樣就留下了永久網(wǎng)孔。不論是干的或濕的樹脂，抽取出來，這樣就留下了永久網(wǎng)孔。不論是干的或濕的樹脂，這些孔眼都可用電子顯微鏡看到。這些孔眼都可用電子顯微鏡看到。v 大孔型樹脂的優(yōu)點：孔徑大，交換速度加快，能抗有機物的大孔型樹脂的優(yōu)點：孔徑大，交換速度加快，能抗有機物的污染；交聯(lián)度大，抗氧化性好和機械強度高。污染；交聯(lián)度大，抗氧化性好和機械強度高。 v 缺點：是交換容量較低。缺點：是交換容量較低。第二代大孔型樹脂第二代大孔型樹脂1 1一一2020，第1

12、1頁，共54頁。四、離子交換樹脂的命名四、離子交換樹脂的命名v 根據(jù)國標(biāo)根據(jù)國標(biāo)GB 163179GB 163179離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型號離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型號制定。制定。v 1 1、全稱、全稱v 離子交換樹脂的全稱由分類名稱、骨架名稱、基本名稱依次排離子交換樹脂的全稱由分類名稱、骨架名稱、基本名稱依次排列組成。基本名稱為離子交換樹脂。大孔型樹脂在全稱前加列組成?；久Q為離子交換樹脂。大孔型樹脂在全稱前加“大孔大孔”兩字。分類屬酸性的在基本名稱前加兩字。分類屬酸性的在基本名稱前加“陽陽”字，分類字，分類屬堿性的在基本名稱前加屬堿性的在基本名稱前加“陰陰”字。字。v 2 2

13、、型號、型號v 離子交換樹脂產(chǎn)品的型號由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第一位數(shù)字離子交換樹脂產(chǎn)品的型號由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第一位數(shù)字代表產(chǎn)品分類，第二位數(shù)字表示骨架組成，第三位數(shù)字為順序代表產(chǎn)品分類，第二位數(shù)字表示骨架組成，第三位數(shù)字為順序號，用以區(qū)別活性基團或交聯(lián)劑的差異。號，用以區(qū)別活性基團或交聯(lián)劑的差異。第12頁，共54頁。代號代號0 01 12 23 34 45 56 6分類名稱分類名稱強酸性強酸性弱酸性弱酸性強堿性強堿性弱堿性弱堿性螯合性螯合性兩性兩性氧化還原氧化還原性性骨架名稱骨架名稱苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸丙烯酸系系酚醛系酚醛系環(huán)氧系環(huán)氧系乙烯吡啶乙烯吡啶系系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系第

14、四位數(shù)字代表交聯(lián)度（第四位數(shù)字代表交聯(lián)度（% %）聯(lián)結(jié)符號聯(lián)結(jié)符號第三位數(shù)字代表順序代號第三位數(shù)字代表順序代號第二位數(shù)字代表骨架代號第二位數(shù)字代表骨架代號第一位數(shù)字代表分類（活性第一位數(shù)字代表分類（活性基團）代號基團）代號第三位數(shù)字代表順序代號第三位數(shù)字代表順序代號第二位數(shù)字代表骨架代號第二位數(shù)字代表骨架代號第一位數(shù)字代表分類（活性基團）代第一位數(shù)字代表分類（活性基團）代號號大孔型代號大孔型代號凝膠型凝膠型大孔型大孔型0010017 7D301D301第13頁，共54頁。v 目前常用的四種交換樹脂全稱和型號分別為：目前常用的四種交換樹脂全稱和型號分別為：v 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，型號為

15、強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，型號為0010017 7；v 強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，型號為強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，型號為2012017 7；v 大孔型弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂，型號為大孔型弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂，型號為D113D113；v 大孔型弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，型號為大孔型弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，型號為D301D301。 v GB/T1631-2008GB/T1631-2008離子交換樹脂命名系統(tǒng)和基本規(guī)范離子交換樹脂命名系統(tǒng)和基本規(guī)范增加增加了專用符號：了專用符號：R-R-軟化器、軟化器、MB-MB-混床、混床、FC-FC-浮床、浮床、SC-SC-雙

16、層床、雙層床、MBP-MBP-凝結(jié)水混床、凝結(jié)水混床、P-P-凝結(jié)水單床、凝結(jié)水單床、TR-TR-三層混床用樹脂。三層混床用樹脂。第14頁，共54頁。五、離子交換樹脂性能五、離子交換樹脂性能1 1、物理性能、物理性能1 1）外觀）外觀v 顏色顏色。離子交換樹脂是一種。離子交換樹脂是一種透明或半透明的物質(zhì)透明或半透明的物質(zhì)，依其組成，依其組成的不同，呈現(xiàn)的顏色也各異：的不同，呈現(xiàn)的顏色也各異：苯乙烯系均呈黃色苯乙烯系均呈黃色，其他也有，其他也有黑及赤褐色的。樹脂的顏色和它的性能關(guān)系不大。一般地，黑及赤褐色的。樹脂的顏色和它的性能關(guān)系不大。一般地，交聯(lián)劑多的，原料中雜質(zhì)多的，制出的樹脂顏色稍深交聯(lián)

17、劑多的，原料中雜質(zhì)多的，制出的樹脂顏色稍深。樹脂。樹脂在使用中，由于可交換離子的轉(zhuǎn)換或受雜質(zhì)的污染等原因，在使用中，由于可交換離子的轉(zhuǎn)換或受雜質(zhì)的污染等原因，其顏色會發(fā)生變化，但這種變化不能確切表明它發(fā)生了什么其顏色會發(fā)生變化，但這種變化不能確切表明它發(fā)生了什么改變，所以只可以作為參考。改變，所以只可以作為參考。v 形狀形狀。離子交換樹脂一般均呈球形。樹脂呈球狀顆粒數(shù)占顆。離子交換樹脂一般均呈球形。樹脂呈球狀顆粒數(shù)占顆?？倲?shù)的百分率，稱為圓球率。對于交換柱水處理工藝來說，?？倲?shù)的百分率，稱為圓球率。對于交換柱水處理工藝來說，圓球率愈大愈好，有利于樹脂層中水流分布均勻和減小水流圓球率愈大愈好，有

18、利于樹脂層中水流分布均勻和減小水流阻力，它一般應(yīng)達(dá)阻力，它一般應(yīng)達(dá)9090以上。以上。第15頁，共54頁。2 2）粒度）粒度 樹脂顆粒大小樹脂顆粒大小 樹脂顆粒的大小對水處理的工藝過程有較大的影響。樹脂顆粒的大小對水處理的工藝過程有較大的影響。顆粒大，顆粒大，交換速度就慢；交換速度就慢；顆粒小，顆粒小，水通過樹脂層的壓力損失就大。水通過樹脂層的壓力損失就大。 樹脂顆粒均勻性樹脂顆粒均勻性 顆粒不均勻?qū)λ幚淼墓に囘^程是不利的。顆粒不均勻?qū)λ幚淼墓に囘^程是不利的。首先首先是因為小顆是因為小顆粒堵塞了大顆粒間的孔隙，水流不勻和阻力增大；粒堵塞了大顆粒間的孔隙，水流不勻和阻力增大；其次其次在反在反

19、洗時流速過大會沖走小顆粒樹脂，而流速過小，又不能松動洗時流速過大會沖走小顆粒樹脂，而流速過小，又不能松動大顆粒。大顆粒。 樹脂的粒度樹脂的粒度 表示樹脂粒度的指標(biāo)有：表示樹脂粒度的指標(biāo)有：有效粒徑、均一系數(shù)、粒徑范圍有效粒徑、均一系數(shù)、粒徑范圍。 第16頁，共54頁。v 有效粒徑有效粒徑是指有是指有90%90%樹脂樹脂體積體積未能通過未能通過的篩孔孔徑（的篩孔孔徑（mmmm），用），用d d9090表示。表示。v 均一系數(shù)均一系數(shù)是指有是指有40%40%樹脂樹脂體積體積未能通過未能通過的篩孔孔徑（用的篩孔孔徑（用d d4040表示）表示）與與d d9090之比值，用之比值，用K K4040表示

20、。表示。v 均一系數(shù)越小，樹脂顆粒也越均勻。均一系數(shù)越小，樹脂顆粒也越均勻。v 粒徑范圍粒徑范圍一般為一般為0.3151.250mm0.3151.250mm。 v 注：樹脂通常是濕態(tài)下使用，所以在進行樹脂粒度分布測定時，注：樹脂通常是濕態(tài)下使用，所以在進行樹脂粒度分布測定時，是將完全水化的樹脂在濕態(tài)下進行篩分測定。是將完全水化的樹脂在濕態(tài)下進行篩分測定。第17頁，共54頁。3 3）密度）密度v 離子交換樹脂的密度是水處理工藝中的實用數(shù)據(jù)。離子交換離子交換樹脂的密度是水處理工藝中的實用數(shù)據(jù)。離子交換樹脂的密度有以下幾種表示法：樹脂的密度有以下幾種表示法：v (1)(1)干真密度。干真密度即在干燥

21、狀態(tài)下樹脂本身的密度：干真密度。干真密度即在干燥狀態(tài)下樹脂本身的密度：v 真體積是指樹脂的排液體積，不包括顆粒內(nèi)的孔隙和顆粒間真體積是指樹脂的排液體積，不包括顆粒內(nèi)的孔隙和顆粒間的空隙。求真體積時，用不會使樹脂溶脹的溶劑，如甲苯。的空隙。求真體積時，用不會使樹脂溶脹的溶劑，如甲苯。v 此值一般為此值一般為1.61.6左右，在實用上意義不大，常用在研究樹脂性左右，在實用上意義不大，常用在研究樹脂性能方面。能方面。g/ml干樹脂質(zhì)量干真密度樹脂的真體積第18頁，共54頁。(2)濕真密度。是指樹脂在水中經(jīng)充分膨脹后的真密度：這里的濕樹脂真體積，是指顆粒在濕狀態(tài)下的體積，即包括顆粒這里的濕樹脂真體積，

22、是指顆粒在濕狀態(tài)下的體積，即包括顆粒網(wǎng)孔的體積，但顆粒和顆粒間的孔隙不應(yīng)算入。網(wǎng)孔的體積，但顆粒和顆粒間的孔隙不應(yīng)算入。濕真密度和樹脂在水中的沉降性能有關(guān)，它是影響其實際應(yīng)用性能的一個指濕真密度和樹脂在水中的沉降性能有關(guān)，它是影響其實際應(yīng)用性能的一個指標(biāo)。此數(shù)值一般在標(biāo)。此數(shù)值一般在1.04-1.31.04-1.3之間。之間。陽樹脂常比陰樹脂的濕真密度大。陽樹脂常比陰樹脂的濕真密度大。(3)(3)濕視密度。是指樹脂在水中經(jīng)充分膨脹后的堆積密度：濕視密度。是指樹脂在水中經(jīng)充分膨脹后的堆積密度：濕視密度用來計算交換器中裝載樹脂時所需濕樹脂的質(zhì)量，此值一般在濕視密度用來計算交換器中裝載樹脂時所需濕樹

23、脂的質(zhì)量，此值一般在0.600.850.600.85之間。密度與骨架及交換基團性質(zhì)、交聯(lián)度等有關(guān)。之間。密度與骨架及交換基團性質(zhì)、交聯(lián)度等有關(guān)。g/ml濕樹脂質(zhì)量濕真密度濕樹脂的真體積g/ml濕樹脂質(zhì)量濕視密度濕樹脂的堆體積第19頁，共54頁。4 4）含水率）含水率v 樹脂的含水率通常是把濕樹脂表面的游離水除去后，樹脂的含水率通常是把濕樹脂表面的游離水除去后，用單位質(zhì)量濕樹脂顆粒網(wǎng)孔內(nèi)，所含水分的百分率來用單位質(zhì)量濕樹脂顆粒網(wǎng)孔內(nèi)，所含水分的百分率來表示，一般在表示，一般在50%50%左右。左右。v 它可以反映交聯(lián)度和網(wǎng)眼中的孔隙率。樹脂的含水率它可以反映交聯(lián)度和網(wǎng)眼中的孔隙率。樹脂的含水率愈

24、大，表示它的孔隙率愈大，交聯(lián)度愈小。愈大，表示它的孔隙率愈大，交聯(lián)度愈小。第20頁，共54頁。5 5）溶脹性）溶脹性v 當(dāng)干的離子交換樹脂浸入水中時，其體積會膨脹，這種現(xiàn)當(dāng)干的離子交換樹脂浸入水中時，其體積會膨脹，這種現(xiàn)象稱為象稱為溶脹溶脹。溶脹是高分子材料在某些溶劑中常表現(xiàn)出的。溶脹是高分子材料在某些溶劑中常表現(xiàn)出的現(xiàn)象。一是現(xiàn)象。一是不可逆不可逆的，即新樹脂經(jīng)溶脹后，如重新干燥，的，即新樹脂經(jīng)溶脹后，如重新干燥，它不再恢復(fù)到原來的大?。涣硪环N是它不再恢復(fù)到原來的大??；另一種是可逆可逆的，即當(dāng)樹脂浸的，即當(dāng)樹脂浸入水時就會溶脹，干燥時又會恢復(fù)。影響溶脹的因素有：入水時就會溶脹，干燥時又會恢復(fù)

25、。影響溶脹的因素有：交聯(lián)度交聯(lián)度，交聯(lián)度越大，溶脹性越小。，交聯(lián)度越大，溶脹性越小?；钚曰鶊F，此基團越容易電離，樹脂溶脹性越強；此基團活性基團，此基團越容易電離，樹脂溶脹性越強；此基團越多，交換容量越大，吸水性越強，溶脹性越強。越多，交換容量越大，吸水性越強，溶脹性越強。溶液濃度，溶液中離子濃度越大，樹脂溶脹性越小。溶液濃度，溶液中離子濃度越大，樹脂溶脹性越小。第21頁，共54頁?？山粨Q離子，可交換離子價可交換離子，可交換離子價數(shù)越高，溶脹性越差數(shù)越高，溶脹性越差；水；水合合能力越強，溶脹性越強能力越強，溶脹性越強，對于強酸和強堿性離子交換樹，對于強酸和強堿性離子交換樹脂，溶脹率大小的次序為：

26、脂，溶脹率大小的次序為：v H H+ +NaNa+ +NHNH4 4+ +K K+ +AgAg+ +v OHOH- -HCOHCO3 3- -COCO3 32-2-SOSO4 42-2-C1C1- -v 當(dāng)樹脂當(dāng)樹脂由一種離子型轉(zhuǎn)為另一種離子型時由一種離子型轉(zhuǎn)為另一種離子型時，其體積就會，其體積就會發(fā)生變化，此時樹脂體積改變的百分?jǐn)?shù)稱為發(fā)生變化，此時樹脂體積改變的百分?jǐn)?shù)稱為樹脂轉(zhuǎn)型體樹脂轉(zhuǎn)型體積改變率。積改變率。v 由于離子交換樹脂具有這樣的性能，因而在其交換相再由于離子交換樹脂具有這樣的性能，因而在其交換相再生的過程中會發(fā)生脹縮現(xiàn)象，多次的脹縮就容易促使樹生的過程中會發(fā)生脹縮現(xiàn)象，多次的脹縮

27、就容易促使樹脂顆粒碎裂脂顆粒碎裂。第22頁，共54頁。6 6）機械強度）機械強度v 樹脂在使用過程中，由于相互摩擦、擠壓及周期性的轉(zhuǎn)型使樹脂在使用過程中，由于相互摩擦、擠壓及周期性的轉(zhuǎn)型使其體積脹縮等，都可能致使樹脂顆粒的破裂，影響樹脂的正其體積脹縮等，都可能致使樹脂顆粒的破裂，影響樹脂的正常使用。因此，離子交換樹脂必須具有良好的機械強度。常使用。因此，離子交換樹脂必須具有良好的機械強度。v 樹脂機械強度的指標(biāo)，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的樹脂機械強度的指標(biāo)，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的磨后圓球率磨后圓球率和和滲滲磨圓球率磨圓球率。v 磨后圓球率：按規(guī)定稱取一定量的磨后圓球率：按規(guī)定稱取一定量的濕樹脂濕樹脂，放入

28、裝有瓷球的，放入裝有瓷球的滾筒中滾磨，磨后的滾筒中滾磨，磨后的樹脂圓球顆粒占樣品總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)樹脂圓球顆粒占樣品總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。v 滲磨圓球率：將樹脂用滲磨圓球率：將樹脂用酸堿反復(fù)轉(zhuǎn)型酸堿反復(fù)轉(zhuǎn)型，然后用前述方法測得，然后用前述方法測得的樹脂磨后圓球率。表示的樹脂磨后圓球率。表示樹脂耐滲透壓能力樹脂耐滲透壓能力。新標(biāo)準(zhǔn)用新標(biāo)準(zhǔn)用此法表示凝膠和大孔樹脂機械強度。此法表示凝膠和大孔樹脂機械強度。第23頁，共54頁。7 7）耐熱性）耐熱性v 各種樹脂所能承受的溫度都有限度，超過此溫度，各種樹脂所能承受的溫度都有限度，超過此溫度，樹脂熱樹脂熱分解的現(xiàn)象就很嚴(yán)重。分解的現(xiàn)象就很嚴(yán)重。由于各種樹脂的耐

29、熱性能不一，所由于各種樹脂的耐熱性能不一，所以對每種樹脂能承受的最高溫度，應(yīng)由鑒定試驗來確定。以對每種樹脂能承受的最高溫度，應(yīng)由鑒定試驗來確定。v 一般規(guī)律是：一般規(guī)律是：陽樹脂陽樹脂比陰樹脂耐熱性強。比陰樹脂耐熱性強。鹽型樹脂鹽型樹脂要比游離酸或堿型樹脂耐熱性強。要比游離酸或堿型樹脂耐熱性強。I I型型強堿樹脂比強堿樹脂比IIII型強堿樹脂耐熱性強。型強堿樹脂耐熱性強。弱堿性基團弱堿性基團比強堿性基團耐熱性強。比強堿性基團耐熱性強。苯乙烯系苯乙烯系強堿性樹脂比丙烯酸性強堿性樹脂耐熱性強。強堿性樹脂比丙烯酸性強堿性樹脂耐熱性強。v 一般苯乙烯系磺酸型陽樹脂可耐一般苯乙烯系磺酸型陽樹脂可耐100

30、100或更高的溫度；苯乙或更高的溫度；苯乙烯系陰樹脂，強堿性的約可耐烯系陰樹脂，強堿性的約可耐6060，弱堿性的可耐，弱堿性的可耐8080以以上，丙烯酸系強堿陰樹脂的使用溫度應(yīng)低于上，丙烯酸系強堿陰樹脂的使用溫度應(yīng)低于38 38 。第24頁，共54頁。8 8）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性v 干燥的離子交換樹脂不導(dǎo)電，濕樹脂因有離解的離子干燥的離子交換樹脂不導(dǎo)電，濕樹脂因有離解的離子可以導(dǎo)電，陽樹脂的導(dǎo)電率比陰樹脂大，這一點可用可以導(dǎo)電，陽樹脂的導(dǎo)電率比陰樹脂大，這一點可用在混合樹脂分離的檢測上。樹脂的導(dǎo)電性在離子交換在混合樹脂分離的檢測上。樹脂的導(dǎo)電性在離子交換膜的應(yīng)用上也很重要。膜的應(yīng)用上也很重要。第25

31、頁，共54頁。2 2、化學(xué)性能、化學(xué)性能1 1）可逆性）可逆性v 離子交換反應(yīng)是可逆的，例如當(dāng)以含有硬度的水通過離子交換反應(yīng)是可逆的，例如當(dāng)以含有硬度的水通過H H型離型離子交換樹脂時，其反應(yīng)如下式：子交換樹脂時，其反應(yīng)如下式：2RH+Ca2RH+Ca2+2+RR2 2Ca+2HCa+2H+ + v 當(dāng)反應(yīng)進行到失效后，為了恢復(fù)離子交換樹脂交換能力，當(dāng)反應(yīng)進行到失效后，為了恢復(fù)離子交換樹脂交換能力，就可以利用離子交換反應(yīng)的可逆性，用硫酸或鹽酸溶液通就可以利用離子交換反應(yīng)的可逆性，用硫酸或鹽酸溶液通過此失效的離子交換樹脂，以恢復(fù)其交換能力，其反應(yīng)如過此失效的離子交換樹脂，以恢復(fù)其交換能力，其反應(yīng)

32、如下式：下式：R R2 2Ca+2HCa+2H+ + 2RH+Ca 2RH+Ca2+2+ v 離子交換反應(yīng)的可逆性，是離子交換樹脂可以反復(fù)使用的離子交換反應(yīng)的可逆性，是離子交換樹脂可以反復(fù)使用的重要性質(zhì)。重要性質(zhì)。第26頁，共54頁。2 2）酸、堿性）酸、堿性v H H型陽離子交換樹脂和型陽離子交換樹脂和OHOH型陰離子交換樹脂的性能與電解質(zhì)型陰離子交換樹脂的性能與電解質(zhì)酸、堿相同。在水中有電離出酸、堿相同。在水中有電離出H H+ +和和OHOH- -的能力。因此，根據(jù)此的能力。因此，根據(jù)此能力的大小可以有強弱之分。例如：能力的大小可以有強弱之分。例如：v 強酸性陽樹脂：磺酸型強酸性陽樹脂：磺

33、酸型RSORSO3 3H H；v 弱酸性陽樹脂：羧酸型弱酸性陽樹脂：羧酸型RCOOHRCOOH；v 強堿性陰樹脂：季銨型強堿性陰樹脂：季銨型RNOHRNOH；v 弱堿性陰樹脂：伯胺型弱堿性陰樹脂：伯胺型R-NHR-NH3 3OHOH，仲胺型，仲胺型R RNHNH2 2OHOH， 叔胺型叔胺型RNHOHRNHOH。v 也有些離子交換樹脂介于上述強弱之間，例如也有些離子交換樹脂介于上述強弱之間，例如RPORPO3 3H H2 2（膦酸（膦酸基）型離子交換樹脂就是中等酸性的?；┬碗x子交換樹脂就是中等酸性的。第27頁，共54頁。3 3）中和與水解）中和與水解v 離子交換樹脂的中和與水解的性能和通常的

34、電解質(zhì)一樣。離子交換樹脂的中和與水解的性能和通常的電解質(zhì)一樣。H H型離子交換樹脂和堿溶液會進行中和反應(yīng)，如下式：型離子交換樹脂和堿溶液會進行中和反應(yīng)，如下式：RSORSO3 3H+NaOHRSOH+NaOHRSO3 3Na+HNa+H2 2O Ov 因此，因此，H H型離子交換樹脂酸性的強弱，和一種化合物酸性的型離子交換樹脂酸性的強弱，和一種化合物酸性的強弱一樣。可用測定滴定曲線的辦法來求得。強弱一樣。可用測定滴定曲線的辦法來求得。v 它的水解反應(yīng)也和通常電解質(zhì)的水解反應(yīng)一樣，當(dāng)水解產(chǎn)物它的水解反應(yīng)也和通常電解質(zhì)的水解反應(yīng)一樣，當(dāng)水解產(chǎn)物有弱酸或弱堿時，水解度就較大如下式：有弱酸或弱堿時，水

35、解度就較大如下式：RCOONa + HRCOONa + H2 2ORCOOH+NaOHORCOOH+NaOHRNHRNH3 3Cl+HCl+H2 2ORNHORNH3 3OH+HCl OH+HCl v 所以，具有弱酸性基團和弱堿性基團的離子交換樹脂的鹽型，所以，具有弱酸性基團和弱堿性基團的離子交換樹脂的鹽型，容易水解。容易水解。第28頁，共54頁。4 4）選擇性）選擇性v 離子交換樹脂吸著各種離子的能力不一，有些離子易被交換離子交換樹脂吸著各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸著，但吸著后要把它置換下來就比較困難；而另一些樹脂吸著，但吸著后要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，

36、但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的離子交換的選擇性選擇性。選擇性會影響到離子交換樹樹的。選擇性會影響到離子交換樹樹的交換和交換和再生再生過程，故在實際應(yīng)用中是一個很重要的問題。過程，故在實際應(yīng)用中是一個很重要的問題。v 離子交換樹脂的選擇性主要取決于離子交換樹脂的選擇性主要取決于被交換離子的結(jié)構(gòu)被交換離子的結(jié)構(gòu)。v 一是離子帶的電荷數(shù)，離子所一是離子帶的電荷數(shù)，離子所帶電荷數(shù)越多，則越易被吸著帶電荷數(shù)越多，則越易被吸著，這是因為離子電荷數(shù)越多，與活性基團固定離子間的靜電引這是因為離子電荷數(shù)越多，與活性基團固定離子間的靜電引力越大，

37、因而親和力也越大；力越大，因而親和力也越大；v 二是對于帶有相同電荷的離子，二是對于帶有相同電荷的離子，原子序數(shù)大者較易于被吸著原子序數(shù)大者較易于被吸著，這是因為原子序數(shù)大者，形成的水合離子半徑小，與活性基這是因為原子序數(shù)大者，形成的水合離子半徑小，與活性基團固定離子間的引力大。團固定離子間的引力大。v 此外離子交換樹脂的選擇性還與樹脂的交聯(lián)度、活性基團、此外離子交換樹脂的選擇性還與樹脂的交聯(lián)度、活性基團、可交換離子的性質(zhì)、水中離子濃度等因素有關(guān)可交換離子的性質(zhì)、水中離子濃度等因素有關(guān)。第29頁，共54頁。樹脂在常溫、稀溶液中對常見離子的選擇性順序如下：樹脂在常溫、稀溶液中對常見離子的選擇性順

38、序如下：v 強酸性陽離子交換樹脂：強酸性陽離子交換樹脂：v 弱酸性陽離子交換樹脂：弱酸性陽離子交換樹脂：v 強堿性陰離子交換樹脂：強堿性陰離子交換樹脂：v 弱堿性陰離子交換樹脂：弱堿性陰離子交換樹脂：33224FeAlCaMgKNHNaH33224HFeAlCaMgKNHNa24333SONOClOHHCOHSiO2433OHSONOClHCO第30頁，共54頁。5 5）交換容量）交換容量v 離子交換樹脂的交換容量表示離子交換樹脂交換能力大小離子交換樹脂的交換容量表示離子交換樹脂交換能力大小的一項性能指標(biāo)，指的是單位質(zhì)量或體積的離子交換樹脂的一項性能指標(biāo)，指的是單位質(zhì)量或體積的離子交換樹脂所具

39、有的（或發(fā)揮作用的）離子交換基團的數(shù)量。所具有的（或發(fā)揮作用的）離子交換基團的數(shù)量。v 其表示單位有以下兩種：其表示單位有以下兩種：v 一種是一種是質(zhì)量表示法質(zhì)量表示法，通常用，通常用mmolmmolg g表示；表示；v 另一種是另一種是體積表示法體積表示法，通常用，通常用mmolmmolL L表示，這里的體積指表示，這里的體積指濕狀態(tài)下樹脂的堆體積。濕狀態(tài)下樹脂的堆體積。v 今將常用的全交換容量、工作交換容量敘述如下。今將常用的全交換容量、工作交換容量敘述如下。第31頁，共54頁。（1 1）全交換容量）全交換容量v 此指標(biāo)表示離子交換樹脂中所有此指標(biāo)表示離子交換樹脂中所有活性基團上可交換離子

40、的總量活性基團上可交換離子的總量，對，對于同一種離子交換樹脂來說，它是常數(shù)。這種交換容量主要用于離子于同一種離子交換樹脂來說，它是常數(shù)。這種交換容量主要用于離子交換樹脂的研究方面。交換樹脂的研究方面。v 交換容量的質(zhì)量表示法和體積表示法之間的關(guān)系如下：交換容量的質(zhì)量表示法和體積表示法之間的關(guān)系如下：v 式中式中q qv v為體積交換容量，為體積交換容量，mmol/L(mmol/L(濕樹脂濕樹脂) )；q qm m為質(zhì)量交換容量，為質(zhì)量交換容量，mmol/g(mmol/g(干樹脂干樹脂) )；W W為含水率；為含水率；s s為濕視密度。為濕視密度。(1)vmsqqW第32頁，共54頁。（2 2）

41、工作交換容量）工作交換容量v 表示樹脂在給定的工作條件下，表示樹脂在給定的工作條件下，實際發(fā)揮的交換容量，單實際發(fā)揮的交換容量，單位用體積表示法位用體積表示法。所謂工作條件一般指在柱式交換中，一。所謂工作條件一般指在柱式交換中，一定濃度溶液以一定速度通過一定高度的樹脂層，至流出液定濃度溶液以一定速度通過一定高度的樹脂層，至流出液中被去除離子泄漏量得到一定值時，樹脂所表現(xiàn)出來的交中被去除離子泄漏量得到一定值時，樹脂所表現(xiàn)出來的交換能力。所以工作交換容量是一種工藝指標(biāo)。換能力。所以工作交換容量是一種工藝指標(biāo)。v 樹脂工作交換容量除了與樹脂本身性能有關(guān)外，還與工作樹脂工作交換容量除了與樹脂本身性能有

42、關(guān)外，還與工作條件有關(guān)，工作條件通常包括進水水質(zhì)，終點控制標(biāo)準(zhǔn)、條件有關(guān)，工作條件通常包括進水水質(zhì)，終點控制標(biāo)準(zhǔn)、樹脂層高、再生劑種類、再生劑用量、再生方式等。樹脂層高、再生劑種類、再生劑用量、再生方式等。第33頁，共54頁。6 6）化學(xué)穩(wěn)定性）化學(xué)穩(wěn)定性v 樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性主要是樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性主要是指活性基團的穩(wěn)定性指活性基團的穩(wěn)定性，以及，以及它的它的抗氧化性能抗氧化性能和和抗輻射性能抗輻射性能。v 各種氧化劑對樹脂都有氧化作用，會破壞樹脂的交聯(lián)各種氧化劑對樹脂都有氧化作用，會破壞樹脂的交聯(lián)及活性基團。樹脂耐氧化性能差別很大。通常，聚苯及活性基團。樹脂耐氧化性能差別很大。通常，聚苯乙烯系

43、樹脂比酚醛系樹脂耐氧化性好；乙烯系樹脂比酚醛系樹脂耐氧化性好；大孔型樹脂比大孔型樹脂比凝膠型樹脂抗氧化性好；交聯(lián)度高的樹脂抗氧化性好凝膠型樹脂抗氧化性好；交聯(lián)度高的樹脂抗氧化性好。交聯(lián)度增加，陽樹脂抗氧化能力明顯增加，但對陰樹交聯(lián)度增加，陽樹脂抗氧化能力明顯增加，但對陰樹脂不明顯。脂不明顯。第34頁，共54頁。六、離子交換樹脂的交換原理六、離子交換樹脂的交換原理v 離子交換樹脂具有凝膠狀結(jié)構(gòu)，其離子交換過程可用離子交換樹脂具有凝膠狀結(jié)構(gòu)，其離子交換過程可用雙雙電層理論電層理論解釋。解釋。v 雙電層理論認(rèn)為，樹脂分子上的可交換離子在水溶液中雙電層理論認(rèn)為，樹脂分子上的可交換離子在水溶液中能發(fā)生電

44、離，從而使樹脂活性基團上留有與可交換離子能發(fā)生電離，從而使樹脂活性基團上留有與可交換離子符號相反的電荷，形成符號相反的電荷，形成正電場或負(fù)電場正電場或負(fù)電場，在，在靜電引力和靜電引力和濃差擴散推動力濃差擴散推動力兩種相反力的作用下，形成雙電層結(jié)構(gòu)，兩種相反力的作用下，形成雙電層結(jié)構(gòu)，其情形與膠體的雙電層結(jié)構(gòu)相同。離子交換作用發(fā)生在其情形與膠體的雙電層結(jié)構(gòu)相同。離子交換作用發(fā)生在水溶液中的離子和雙電層中的反離子之間。水溶液中的離子和雙電層中的反離子之間。 第35頁，共54頁。如磺酸型陽樹脂能離解出可交換離子如磺酸型陽樹脂能離解出可交換離子，這種離子可在較大的范圍內(nèi)自由移，這種離子可在較大的范圍內(nèi)

45、自由移動，擴散到溶液中，同時，在溶液中動，擴散到溶液中，同時，在溶液中的同類電荷離子也能從溶液中擴散到的同類電荷離子也能從溶液中擴散到整個樹脂的網(wǎng)孔內(nèi)，在兩種離子之間整個樹脂的網(wǎng)孔內(nèi)，在兩種離子之間的濃度差推動力作用下，它們進行擴的濃度差推動力作用下，它們進行擴散和相互交換。改變離子交換環(huán)境條散和相互交換。改變離子交換環(huán)境條件，使樹脂上的可交換離子發(fā)生可逆件，使樹脂上的可交換離子發(fā)生可逆反應(yīng)反應(yīng)。第36頁，共54頁。v 、離子交換過程、離子交換過程v 離子交換過程不單是離子間交換位置，還包括離子在水溶液和離子交換過程不單是離子間交換位置，還包括離子在水溶液和樹脂顆粒內(nèi)部的擴散過程。以水溶液中離

46、子與樹脂中離子樹脂顆粒內(nèi)部的擴散過程。以水溶液中離子與樹脂中離子的交換反應(yīng)過程為例，實際包括個步驟，具體步驟如下：的交換反應(yīng)過程為例，實際包括個步驟，具體步驟如下： 主體水溶液中離子向樹脂表面擴散；主體水溶液中離子向樹脂表面擴散； 離子擴散通過樹脂表面邊界水膜；離子擴散通過樹脂表面邊界水膜； 離子在樹脂顆粒孔眼中擴散到達(dá)有效位置；離子在樹脂顆?？籽壑袛U散到達(dá)有效位置； 在交換位置上離子與離子進行交換反應(yīng)；在交換位置上離子與離子進行交換反應(yīng)； 被交換下來的離子在樹脂顆粒網(wǎng)孔中向顆粒表面擴散；被交換下來的離子在樹脂顆粒網(wǎng)孔中向顆粒表面擴散； 離子擴散通過樹脂表面邊界水膜；離子擴散通過樹脂表面邊界水

47、膜； 離子從樹脂表面擴散進入主體溶液。離子從樹脂表面擴散進入主體溶液。第二節(jié)離子交換速度第二節(jié)離子交換速度第37頁，共54頁。v 、均是離子的擴散過程，其均是離子的擴散過程，其中、步是離子在邊界中、步是離子在邊界水膜中的擴散，稱為膜擴水膜中的擴散，稱為膜擴散；散；v 、步是離子在樹脂顆粒、步是離子在樹脂顆粒內(nèi)網(wǎng)孔中的擴散，稱為顆粒內(nèi)網(wǎng)孔中的擴散，稱為顆粒內(nèi)擴散或內(nèi)擴散。內(nèi)擴散或內(nèi)擴散。第38頁，共54頁。、速度控制步驟、速度控制步驟v 由于水不斷在樹脂顆粒間流動，起到了一種混合或攪由于水不斷在樹脂顆粒間流動，起到了一種混合或攪拌的作用，這就使上述、兩個過程很快地完成而拌的作用，這就使上述、兩個

48、過程很快地完成而不至影響交換速度。第步屬于離子間的化學(xué)反應(yīng)，不至影響交換速度。第步屬于離子間的化學(xué)反應(yīng)，通常是很快完成的。所以，控制離子交換速度的步驟通常是很快完成的。所以，控制離子交換速度的步驟通常是膜擴散或顆粒內(nèi)擴散過程。當(dāng)然，也有可能是通常是膜擴散或顆粒內(nèi)擴散過程。當(dāng)然，也有可能是兩種過程都影響交換速度的中間狀態(tài)。兩種過程都影響交換速度的中間狀態(tài)。第39頁，共54頁。、影響離子交換速度的工藝條件、影響離子交換速度的工藝條件v 離子交換速度受許多工藝條件的影響，如果速度控制離子交換速度受許多工藝條件的影響，如果速度控制步驟不同，則各種工藝條件對離子交換速度影響的差步驟不同，則各種工藝條件對

49、離子交換速度影響的差別也是很明顯的。下面討論離子交換柱運行工況對離別也是很明顯的。下面討論離子交換柱運行工況對離子交換速度的影響。子交換速度的影響。）溶液濃度）溶液濃度v 濃度梯度是離子擴散的推動力，所以溶液濃度是影響濃度梯度是離子擴散的推動力，所以溶液濃度是影響擴散速度的重要因素，濃度越大，擴散速度越快。水?dāng)U散速度的重要因素，濃度越大，擴散速度越快。水溶液中離子濃度對溶液中離子濃度對內(nèi)擴散和膜擴散內(nèi)擴散和膜擴散有不同程度的影響。有不同程度的影響。第40頁，共54頁。v 當(dāng)水溶液中離子濃度較大，在當(dāng)水溶液中離子濃度較大，在0.1mol/L0.1mol/L以上時，膜擴散以上時，膜擴散的速度已較快

50、，此時交換速度主要受內(nèi)擴散的支配，即的速度已較快，此時交換速度主要受內(nèi)擴散的支配，即內(nèi)擴散是決定性階段內(nèi)擴散是決定性階段，這相當(dāng)于水處理工藝中樹脂，這相當(dāng)于水處理工藝中樹脂再生再生時的情況。若水溶液中電解質(zhì)的濃度較小，在時的情況。若水溶液中電解質(zhì)的濃度較小，在0.003 0.003 mol/Lmol/L以下時，膜擴散的速度就變得非常慢，故以下時，膜擴散的速度就變得非常慢，故交換速交換速度受膜擴散支配度受膜擴散支配，這相當(dāng)于離子交換除鹽時的情況。當(dāng)，這相當(dāng)于離子交換除鹽時的情況。當(dāng)然，溶液中離子然，溶液中離子濃度變化濃度變化時，樹脂時，樹脂因膨脹或收縮也會影因膨脹或收縮也會影響到內(nèi)擴散響到內(nèi)擴散

51、。1nIn1nIn第41頁，共54頁。）流速和攪拌速率）流速和攪拌速率v 交換過程中的攪拌或提高水的流速，只能加快交換過程中的攪拌或提高水的流速，只能加快膜擴散膜擴散，但但不能影響內(nèi)擴散不能影響內(nèi)擴散。這是由于。這是由于邊界水膜厚度反比與流邊界水膜厚度反比與流速或攪拌速度速或攪拌速度，而顆粒，而顆粒內(nèi)擴散內(nèi)擴散過程基本上過程基本上不受流速或不受流速或攪拌速度變化影響。攪拌速度變化影響。v 在離子交換設(shè)備運行中，提高水的流速不僅可以提高在離子交換設(shè)備運行中，提高水的流速不僅可以提高設(shè)備出力還可以加快離子交換速度。當(dāng)然，水流速度設(shè)備出力還可以加快離子交換速度。當(dāng)然，水流速度也不是越快越好，也不是越

52、快越好，流速太大時流速太大時，水流，水流阻力阻力也會迅速也會迅速增增加，加，出水水質(zhì)可能惡化。通常，出水水質(zhì)可能惡化。通常，再生過程受顆粒內(nèi)擴再生過程受顆粒內(nèi)擴散控制散控制，因此，再生液流速的提高，因此，再生液流速的提高并不能加快交換速并不能加快交換速度，卻減少了再生液與樹脂的接觸時間，影響再生效度，卻減少了再生液與樹脂的接觸時間，影響再生效果，所以再生過程流速較低。果，所以再生過程流速較低。第42頁，共54頁。）水溫）水溫v 提高水溫能同時加快內(nèi)擴散和膜擴散，所以離子交換設(shè)提高水溫能同時加快內(nèi)擴散和膜擴散，所以離子交換設(shè)備運行時，一般將水溫保持在備運行時，一般將水溫保持在20-4020-40

53、。但也不能過高，。但也不能過高，因為水溫過高會影響到交換劑的熱穩(wěn)定性，特別是強堿因為水溫過高會影響到交換劑的熱穩(wěn)定性，特別是強堿性陰樹脂，不耐高溫。性陰樹脂，不耐高溫。）樹脂顆粒大小）樹脂顆粒大小v 由于膜擴散過程中，離子交換速度與樹脂顆粒粒徑成反由于膜擴散過程中，離子交換速度與樹脂顆粒粒徑成反比，而顆粒內(nèi)擴散過程中，離子交換速度則與樹脂顆粒比，而顆粒內(nèi)擴散過程中，離子交換速度則與樹脂顆粒粒徑的二次方成反比，所以樹脂顆粒越小，交換速度越粒徑的二次方成反比，所以樹脂顆粒越小，交換速度越快。但樹脂顆粒也不宜太小，因為太小會增大水流通過快。但樹脂顆粒也不宜太小，因為太小會增大水流通過樹脂層的阻力，且

54、在反洗運行時容易流失。樹脂層的阻力，且在反洗運行時容易流失。第43頁，共54頁。）樹脂的交聯(lián)度）樹脂的交聯(lián)度v 樹脂的交聯(lián)度越大，則其顆粒內(nèi)擴散越慢，交換速度樹脂的交聯(lián)度越大，則其顆粒內(nèi)擴散越慢，交換速度就越慢。當(dāng)水中有粒徑較大的離子存在時，對交換速就越慢。當(dāng)水中有粒徑較大的離子存在時，對交換速度的影響就更為顯著。度的影響就更為顯著。第44頁，共54頁。第三節(jié)第三節(jié) 動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程v 離子交換通常是在動態(tài)的條件下進行，即將交換劑裝入圓柱形離子交換通常是在動態(tài)的條件下進行，即將交換劑裝入圓柱形的離子交換柱，水在流動的狀態(tài)下完成離子交換過程，由于動的離子交換柱，水在流

55、動的狀態(tài)下完成離子交換過程，由于動態(tài)離子交換處理水時交換反應(yīng)的生成物不斷被排出，因此交換態(tài)離子交換處理水時交換反應(yīng)的生成物不斷被排出，因此交換反應(yīng)能進行得較完全，出水水質(zhì)得以提高。反應(yīng)能進行得較完全，出水水質(zhì)得以提高。v 、RNaRNa與水中與水中CaCa2+2+的交換的交換v 這里研究的是只含有一種離子（這里研究的是只含有一種離子（CaCa2+2+）的被處理水通過裝有）的被處理水通過裝有RNaRNa樹脂交換柱時的交換過程。樹脂交換柱時的交換過程。v 水通過交換柱時水通過交換柱時v 1 1）初期，水中）初期，水中CaCa2+2+首先與上層樹脂中首先與上層樹脂中NaNa+ +進行交換，水中的一進

56、行交換，水中的一部分部分CaCa2+2+轉(zhuǎn)移到樹脂上，而樹脂上一部分轉(zhuǎn)移到樹脂上，而樹脂上一部分NaNa+ +轉(zhuǎn)移到水中。轉(zhuǎn)移到水中。第45頁，共54頁。v 2 2）隨著水繼續(xù)往下流動，這種交換不斷進行著，當(dāng)水流經(jīng)一定距）隨著水繼續(xù)往下流動，這種交換不斷進行著，當(dāng)水流經(jīng)一定距離時，水中原有的離時，水中原有的CaCa2+2+全部交換成全部交換成NaNa+ +。v 3 3）之后，繼續(xù)下流的水及其經(jīng)過的樹脂的組成均不再發(fā)生變化。）之后，繼續(xù)下流的水及其經(jīng)過的樹脂的組成均不再發(fā)生變化。交換柱出水中全為交換柱出水中全為Na+Na+，而，而CaCa2+2+含量為零，含量為零，如圖如圖a a。 v 4 4）

57、隨著水不斷流過交換柱，上部樹脂很快全部轉(zhuǎn)變成）隨著水不斷流過交換柱，上部樹脂很快全部轉(zhuǎn)變成R R2 2CaCa，失去了交，失去了交換能力。這時在交換柱中形成三個層區(qū)，換能力。這時在交換柱中形成三個層區(qū)，如圖如圖b b。v 上部上部ABAB層區(qū)為失效層，樹脂全為層區(qū)為失效層，樹脂全為R R2 2CaCa，水流經(jīng)這一層區(qū)時，其中的，水流經(jīng)這一層區(qū)時，其中的CaCa2+2+含量不變；含量不變；v 中部中部BCBC層區(qū)為交換帶（或稱工作層），在這一層區(qū)中，從層區(qū)為交換帶（或稱工作層），在這一層區(qū)中，從B B到到C C，R R2 2CaCa樹脂樹脂逐漸減少至零，逐漸減少至零，RNaRNa樹脂則逐漸增加到

58、樹脂則逐漸增加到100%100%。交換反應(yīng)就在這一層區(qū)中進。交換反應(yīng)就在這一層區(qū)中進行，水流經(jīng)交換帶后，其中行，水流經(jīng)交換帶后，其中CaCa2+2+全部被交換除去；全部被交換除去；v 下部下部CDCD層區(qū)為未交換層。層區(qū)為未交換層。第46頁，共54頁。v 5 5）隨著交換過程的進行，失效層逐漸增厚，交換帶）隨著交換過程的進行，失效層逐漸增厚，交換帶不斷下移，未交換層逐漸縮小。不斷下移，未交換層逐漸縮小。v 當(dāng)未交換帶縮小為零，即交換帶移到最下部的出水端時，當(dāng)未交換帶縮小為零，即交換帶移到最下部的出水端時，如圖如圖c c，出水中便開始有，出水中便開始有CaCa2+2+泄露，這稱為泄露，這稱為“穿

59、透穿透”。v 6 6）如交換柱繼續(xù)工作下去，出水中）如交換柱繼續(xù)工作下去，出水中CaCa2+2+會迅速增加，直會迅速增加，直到與進水中到與進水中CaCa2+2+含量相等，此時交換柱中樹脂全部為含量相等，此時交換柱中樹脂全部為R R2 2CaCa，如圖如圖d d。v 至此，樹脂不再具有交換能力。至此，樹脂不再具有交換能力。第47頁，共54頁。ABCDABCABCa2+Ca2+Ca2+Ca2+Na+Ca2+Na+Na+Ca2+a ab bc cd d青色青色R R2 2CaCa；黃色；黃色R R2 2Ca+RNaCa+RNa；白色；白色RNaRNa動態(tài)離子交換過程中樹脂層的變化動態(tài)離子交換過程中樹脂層的變化第48頁，共54頁。v 隨著交換柱中樹脂層態(tài)的變化，其出隨著交換柱中樹脂層態(tài)的變化，其出水水質(zhì)也相應(yīng)發(fā)生改變，如圖水水質(zhì)也相應(yīng)發(fā)生改變，如圖e e，此曲，此曲線通常稱為流出曲線。線通常稱為流出曲線。v 當(dāng)當(dāng)CaCa2+2+開始泄露時，即圖中開始泄露時，即圖中B B點，稱為點，稱為穿透點穿透點。進出水中。進出水中CaCa2+2+含量相等時，含量相等時，即圖中即圖中C C點，稱為點，稱為平衡點平衡點。v 工業(yè)上為了保證出水水質(zhì)，離子交換工業(yè)上為了保證出水水質(zhì)，離子交換柱是運行至柱是運行至B B點，而不是運行至點，而不