工業(yè)水處理技術(shù)-第11章離子交換樹脂及離子交換基本原理課件

浙江師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)課程工業(yè)水處理技術(shù)林紅軍hjlin@浙江師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院2013年·金華IndustrialWaterTreatmentTechnology浙江師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)課程林紅軍2013年·金華Indus第一篇水及工業(yè)用水預(yù)處理第一章水及工業(yè)用水第二章工業(yè)用水預(yù)處理第二篇循環(huán)冷卻水處理第三章循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及其水處理概況第四章循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的沉積物及其控制第五章循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕及其控制第六章循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的微生物及其控制第七章冷卻水系統(tǒng)的清洗和預(yù)膜第八章循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的日常運(yùn)行第九章冷卻水系統(tǒng)中腐蝕、沉積物和微生物的現(xiàn)場監(jiān)測目錄第三篇鍋爐水處理第十章鍋爐及其水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)第十一章離子交換樹脂及離子交換基本原理第十二章離子交換水處理第十三章膜法除鹽水處理第十四章凝結(jié)水的凈化第十五章鍋內(nèi)加藥處理第十六章熱力設(shè)備系統(tǒng)的腐蝕與控制第十七章鍋爐的清洗第四篇工業(yè)水處理中的分析與監(jiān)測第十八章水質(zhì)的分析第十九章沉積物的分析第二十章常用水處理劑的分析第一篇水及工業(yè)用水預(yù)處理目錄第三篇鍋爐水處理第三篇鍋爐水處理第十一章離子交換樹脂及離子交換基本原理第三篇鍋爐水處理第十一章離子交換樹脂及離子交換基本原第一節(jié)離子交換樹脂及其性能第二節(jié)離子交換基本原理第三節(jié)離子交換樹脂層的工作過程第四節(jié)離子交換樹脂的使用第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇第十一章離子交換樹脂及離子交換基本原理第一節(jié)離子交換樹脂及其性能第十一章離子交換樹脂及離子交一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（一）離子交換樹脂的組成離子交換樹脂主要由以下三個(gè)部分組成單體交聯(lián)劑交換基團(tuán)它是能聚合成高分子化合物的低分子有機(jī)物，是離子交換樹脂的主要成分，所以也稱為母體能在線性結(jié)構(gòu)分子縮聚時(shí)起架橋作用，而使其分子中的基團(tuán)相互鍵合成不溶的網(wǎng)狀體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)連接在單體上的具有活性離子（可交換離子）的基團(tuán)一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（一）離子交一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子交換樹脂的合成以苯乙烯系磺酸型陽離子交換樹脂的合成為例高分子骨架的合成用苯乙烯為單體，二乙烯苯為交聯(lián)劑，合成聚苯乙烯樹脂，作為苯乙烯系離子交換樹脂的骨架，需要將聚苯乙烯用濃流酸處理而引入活性基團(tuán)磺酸基交換基團(tuán)的引入一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子交一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（三）離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為三部分高分子骨架由交聯(lián)的高分子聚合物組成，如交聯(lián)的聚苯乙烯、聚丙烯酸等離子交換基團(tuán)孔它是在干態(tài)和濕態(tài)的離子交換樹脂中都存在的高分子結(jié)構(gòu)中的孔（凝膠孔）和高分子結(jié)構(gòu)之間的孔（毛細(xì)孔）一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（三）離子交一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（四）離子交換樹脂的分類交換基團(tuán)的性質(zhì)陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（四）離子交一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（四）離子交換樹脂的分類離子交換樹脂的孔型凝膠型樹脂大孔型樹脂凝膠型樹脂這種樹脂是均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)，所以統(tǒng)稱凝膠型離子交換樹脂大孔型樹脂在制造過程中，由于加入了致孔劑，因而形成大量的毛細(xì)孔道一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（四）離子交一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（五）離子交換樹脂的型號221×8一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（五）離子交一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（五）離子交換樹脂的型號一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（五）離子交一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（五）離子交換樹脂的型號一、離子交換樹脂概述第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（五）離子交二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（一）離子交換樹脂的物理性能外觀粒度（1）顏色離子交換樹脂依其組成不同，呈現(xiàn)的顏色也各不相同：苯乙烯系均呈黃色，其他有赤褐色、黑色等。一般交聯(lián)劑多的，原料中雜質(zhì)多的，其制出的樹脂顏色就深些。凝膠型樹脂呈透明或半透明狀態(tài)；大孔型樹脂由于毛細(xì)孔道對光的折射，則呈不透明狀態(tài)。（2）形狀離子交換樹脂均制成球形，且要求樹脂的圓球率（球狀顆粒數(shù)占總顆粒數(shù)的百分率）應(yīng)達(dá)到90%以上。對離子交換水處理而言，樹脂的圓球率愈高愈好，這樣的樹脂通水性好，即水流阻力小，且球形樹脂在一定容積內(nèi)裝載量最大。二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（一）離子二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（一）離子交換樹脂的物理性能外觀粒度密度干態(tài)密度濕態(tài)密度濕真密度濕視密度二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（一）離子二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（一）離子交換樹脂的物理性能外觀粒度密度含水率轉(zhuǎn)型膨脹率耐磨性轉(zhuǎn)型膨脹率指離子交換樹脂從一種單一離子型轉(zhuǎn)為另一種單一離子型時(shí)體積變化的百分?jǐn)?shù)。例如，樹脂在交換和再生時(shí)，體積都會發(fā)生變化，經(jīng)長時(shí)間不斷的脹縮，樹脂會發(fā)生老化現(xiàn)象，從而影響樹脂的使用壽命。耐磨性指樹脂顆粒在使用中，由于相互摩擦和脹縮作用，會產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，所以耐磨性是影響其實(shí)用性能的指標(biāo)之一。一般，樹脂應(yīng)能保證每年的耗損不超過3%－7%二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（一）離子二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子交換樹脂的化學(xué)性能酸堿性選擇性交換容量熱穩(wěn)定性在常溫、低濃度水溶液中，各種離子交換樹脂對一些常見離子的選擇性順序分別為：交換容量表示離子交換樹脂的交換能力，即可交換離子量的多少，通常用單位質(zhì)量或單位體積的樹脂所能交換離子的摩爾數(shù)表示二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子交換樹脂的水力學(xué)性能樹脂層的水流阻力二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子交換樹脂的水力學(xué)性能樹脂層的水流阻力樹脂層反洗展開率二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子交換樹脂的水力學(xué)性能樹脂層的水流阻力樹脂層反洗展開率樹脂沉降速度二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能（二）離子二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能二、離子交換樹脂的性能第一節(jié)離子交換樹脂及其性能一、離子交換反應(yīng)第二節(jié)離子交換基本原理（一）可逆性一、離子交換反應(yīng)第二節(jié)離子交換基本原理（一）可逆性一、離子交換反應(yīng)第二節(jié)離子交換基本原理（二）強(qiáng)型樹脂的交換反應(yīng)強(qiáng)型樹脂是指強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。一、離子交換反應(yīng)第二節(jié)離子交換基本原理（二）強(qiáng)型樹脂的交換一、離子交換反應(yīng)第二節(jié)離子交換基本原理（三）弱型樹脂的交換反應(yīng)弱型樹脂指弱酸性陽離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。它們不能進(jìn)行中性鹽分解反應(yīng)。一、離子交換反應(yīng)第二節(jié)離子交換基本原理（三）弱型樹脂的交換二、離子交換平衡和選擇性系數(shù)第二節(jié)離子交換基本原理（一）離子交換平衡選擇性系數(shù)對于兩種等價(jià)離子之間的交換反應(yīng)，可表示為二、離子交換平衡和選擇性系數(shù)第二節(jié)離子交換基本原理（一）離二、離子交換平衡和選擇性系數(shù)第二節(jié)離子交換基本原理（二）選擇性系數(shù)二、離子交換平衡和選擇性系數(shù)第二節(jié)離子交換基本原理（二）選三、離子交換速率第二節(jié)離子交換基本原理（一）離子交換速度的控制步驟有關(guān)的離子進(jìn)行擴(kuò)散和交換的過程。其動力學(xué)過程一般可分為如下的五步三、離子交換速率第二節(jié)離子交換基本原理（一）離子交換速度的三、離子交換速率第二節(jié)離子交換基本原理（二）離子交換速度的表達(dá)式三、離子交換速率第二節(jié)離子交換基本原理（二）離子交換速度的三、離子交換速率第二節(jié)離子交換基本原理（三）離子交換速度的影響因素三、離子交換速率第二節(jié)離子交換基本原理（三）離子交換速度的一、離子交換反應(yīng)第三節(jié)離子交換樹脂層的工作過程（一）離子交換樹脂層內(nèi)的交換過程樹脂層的變化可分為以下三個(gè)階段一、離子交換反應(yīng)第三節(jié)離子交換樹脂層的工作過程（一）離子交二、離子交換樹脂層內(nèi)的再生過程第三節(jié)離子交換樹脂層的工作過程再生能力，通常用再生劑耗（分別稱為鹽耗、酸耗或堿耗）、再生劑比耗表示。二、離子交換樹脂層內(nèi)的再生過程第三節(jié)離子交換樹脂層的工作過一、離子交換樹脂的選用第四節(jié)離子交換樹脂的使用（一）交換容量一般從以下幾方面考慮樹脂的選用另外，同類型樹脂的交換容量，一般隨著交聯(lián)度變小而增大，而樹脂的機(jī)械強(qiáng)度要降低些，這將導(dǎo)致樹脂會過早地?fù)p耗。因此，對于水處理用的離子交換樹脂，在盡可能選擇有高交換容量的同時(shí)，還要考慮樹脂有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。一、離子交換樹脂的選用第四節(jié)離子交換樹脂的使用（一）交換容一、離子交換樹脂的選用第四節(jié)離子交換樹脂的使用（二）原水的水質(zhì)一般從以下幾方面考慮樹脂的選用一、離子交換樹脂的選用第四節(jié)離子交換樹脂的使用（二）原水的一、離子交換樹脂的選用第四節(jié)離子交換樹脂的使用（三）出水的水質(zhì)一般從以下幾方面考慮樹脂的選用（四）水處理設(shè)備的類型一、離子交換樹脂的選用第四節(jié)離子交換樹脂的使用（三）出水的二、離子交換樹脂的保管第四節(jié)離子交換樹脂的使用（一）新樹脂的保管二、離子交換樹脂的保管第四節(jié)離子交換樹脂的使用（一）新樹脂二、離子交換樹脂的保管第四節(jié)離子交換樹脂的使用（二）舊樹脂的保管二、離子交換樹脂的保管第四節(jié)離子交換樹脂的使用（二）舊樹脂三、新樹脂投運(yùn)前的預(yù)處理第四節(jié)離子交換樹脂的使用（一）陽樹脂的預(yù)處理（二）陰樹脂的預(yù)處理三、新樹脂投運(yùn)前的預(yù)處理第四節(jié)離子交換樹脂的使用（一）陽樹四、離子交換樹脂的裝填第四節(jié)離子交換樹脂的使用（一）離子交換器的清理與檢查（二）離子交換樹脂的裝填四、離子交換樹脂的裝填第四節(jié)離子交換樹脂的使用（一）離子交一、離子交換樹脂的變質(zhì)第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇（一）陽離子交換樹脂的氧化1.陽樹脂氧化的原因和現(xiàn)象2.防止樹脂被氧化的方法一、離子交換樹脂的變質(zhì)第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇一、離子交換樹脂的變質(zhì)第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇（二）強(qiáng)堿性陰樹脂的降解1.降解的原因及過程2.防止強(qiáng)堿性陰樹脂降解的方法一、離子交換樹脂的變質(zhì)第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇（一）鐵對樹脂的污染陽、陰樹脂都可能發(fā)生鐵的污染，被鐵污染的樹脂的顏色明顯變深，甚至呈黑色；鐵污染會使樹脂床層的壓降增加和可能導(dǎo)致偏流；嚴(yán)重降低交換容量和再生效率；會使樹脂含水量增加；還會使陰樹脂加速降解。1.樹脂的復(fù)蘇2.防止鐵污染的方法二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇（二）鋁對樹脂的污染通常是采用鋁鹽進(jìn)行水的混凝處理時(shí)，因沉淀或過濾效果不好而進(jìn)入離子交換器內(nèi)所致1.樹脂的復(fù)蘇2.防止鋁污染的方法二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇（三）鈣對樹脂的污染1.樹脂的復(fù)蘇2.防止鈣污染的方法二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇（四）硅對樹脂的污染樹脂被硅污染后，其離子交換器出水中連續(xù)有二氧化硅泄漏，使除硅效率降低1.樹脂的復(fù)蘇2.防止硅污染的方法二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇第五節(jié)離子交換樹脂的變質(zhì)、污染與復(fù)蘇（五）油對樹脂的污染被油污染的樹脂其外觀顏色由棕變黑，在樹脂表面形成一層油膜。簡易的鑒別方法是將樹脂放入試管中，再向試管中注入兩倍于樹脂體積的水，經(jīng)激烈振蕩后，若水面出現(xiàn)“彩虹”即為油污染1.樹脂的復(fù)蘇二、離子交換樹脂的污染與復(fù)蘇