弱碱性阴离子交换树脂的再生动力学

1、第7卷豹4期1991年8月物理化学学报ACTA PHYSICO CHIMICA SINICAVol.7,No.4Aug.,1991485#弱碱性阴离子交换树脂的再生动力学王刚陶祖跆(兰州大学现代物理系，兰州 730001)关«1询1R犠性阴离子列阳再生层滋祝 胃敘弱纜性明离子树眉旳优点烧容易再生，但至今未见其禅生动力学研究的报道.Holl UJ 遽迂光学方法主测爲再生时树脂相内的动边界.从而肯定了用NaOH再生盐式弱做性阴离子 树脂是建守层进机理的.以前的研究工作肯定了可以根据滚液中反离子浹度的变化来 确定离子交换树腮的转换度，得到了适用于有限浴及离子交换剂颗检半径保持恒定或不断随

2、交换反应进行而变化条件下的速岌表达式.适用于不同条件的由巳反应层内的扩敵控制的层 进机理的离子交换反应的速度方程分别为：1. 无限浴及交换剂頼粒半径恒定条件下E<O = l-3(l-X),/, +2(1-X) 6ZD.cp/6Xr( 1 )2. 有限浴及交换剂颗粒半绘恒定条件下E<0 1 -3(1 -X)v, + 2(1 - X) = (6AD./lrJ)|Bdf( 2 )3. 有限浴及交换剂颗粒半径变化条件下(O = 1 - (1 - X),a + 1 - L1 + (Z -/(Z - 1)=<2ZD./CXrXo)J：Cb<U(3)式中A代表起始时存在于树脂中的NO

3、二Cl、SO厂，巧是起始时A在树脂相的浓度丿B代 *OH',兎和分别超溶液中B的赴始浓度和随时间而变的任一时刻的浓度：从。是起始时 骨脂颗粒的半径；是有效扩故系数；X是转换度,，是NaOH在钳脂相和溶液相之间的 分配系数，本文中与前文囘一样，假定为1, Z是<rBo/rAo)% rB0是B式树脂的半径.本文的目的是，测定用不同浓度NaOH溶液再生NO八CI SO式叔胺型大孔弱碱性 阴离子树脂的速度/提供再生过程的层进机理的进一步证据；求再生过程的有效扩敬系数实验部分所用树略为上海钳脂厂产的大孔叔铁型瑞妙性阴肉f交换树HS710A (乂名D301)树脂 经締分，并按常规方法处理后，

4、分別转成N(”、cr和£>-氏各氏树脂Kite和氯化的席液1990年3月8日收列初觸，1】月收封曙改務. #上达到恆蛋总，测得每竟恒重树脂所含反离子亳克当量数分别为3.39(C1)、3.35(NOJ、 3.33(SOr>用此恒重树脂进行实验.用与前文相同的方法鴻各式树腮完全沽胀树脂颗 粒的半径及体积交换客量.结果为，rN030 = 0.026±0.002, rclt =0.02810.002, r80<0 0.033±0.002, rOHO = 0.027 ±0.002,心以屋米为单位,=2.68 + 0.03,=2.66+0.03,聲

5、o, = l42±003, 以毫克当量亳升' 为缜位田此可见，在用 N&OH再生NO孑或C】式树脂时，可用式或处理数据而在再生SO：式树脂时，必 須用式(3)处理数据，Z=0.55与前文相比，大孔弱瞰性阴离子交换树脂从盐式转成 碱式时，比凝胶型弱酸性阳离子交换树脂从盐式转成酸式时的体积变化小得多采用三颈瓶法"测定再生速度，所用N.OH溶液体积为250亳升，树脂用量为3.W亳 克当量当反应开始后，在预定时间取样，并分析测定溶液中的池二CJPiSO【为敖度，由 此确定转换度.CL浓度用氯离子选择电极測定，SO：用比浊法決宅，NO?用酚二庶馥为显 色剂的光度法测定

6、.当再生用的N&OH的浓度呕仮时，也可左反应溶茨中境入坡璃电极，用 所鴻的pH值跟踪反应的进程，井琳此甫定转换度"0.主丁不断取样，溶液体积不断减 少，故所欄浓度6 8下弐挾正灯叭=250八十(ici - gc川/250式中砂为停次取样体积.所有实验均在25±059进行.所用化学试剂均为分析纯.结果和讨论1. NO7式树脂的再生分别选用浓度为0.616、0.097及0.0078molLT的三种N.OH溶液再生.对毎一种谱液用两种纜拌速度，即300及800 rP. m实验结果以X-C图表示 (图1由图可见：N.OH浓度增加，再生速度増加,在任一浓度下，搅拌速度均对再生

7、速 度没有明显影响.由此可推断，NOF式弱碱性树脂的再生过程由已反应层内扩散所控制.这 是因为由盐式树脂转为弱解离的啟式树脂，不可能由化学反应控制速度,乂因为搅拌速度不 影响再生速度，所以相对來说，液膜扩散的阻力小得多.为J进一步证实这一推断，将M0HSI NO$式调關性树扇的科生速度Fig.l The rales of regeneration for the weak base resin in NO, form纵度为0.616mol-L-咐的数据以E对l作图 (图2),浓度为0.097niolL时的数据以E 对J：%Hdf作图(图3，由图可见，都那到 了相当好的直线.而将0.0078n&

8、gt;ol.L->时的 数据，以E对I作图则不能得到直 尖.由此得出结论：在较高的N&0H浓度下, 再生速度由已反应层内的扩敢所控制,在较 低浓度下，则不能完全忽略液膜扩散的阻 力.询文中曽冯出类似的结论.分别按 式(1)及(2),由直线斜卓，以及硝-及 rNo,求曲有效旷战系数D-给果列丁表 1488%3 MKitWAff 生的&图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图和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树脂的再生 分別选用浓度为0,616. 0.100. 0.0100mobL-« =种NaOH溶 液再生，同样用300及800p. m.两种搅拝速度.X7图（图4）表明】浓度增加，再生加 快,攬拌加快无明显形响从而可作出与NO亍式树脂再生一样的推断.同梯，对NaOH浓度为0.616及010001。1"|

10、时的数跖 分别作E 7及EJoHdf图（图2及3）由图可见，也得 到了相当好的直线.而用0.0100mol.L-«的数据作图时，却不能得到宜线.从而可得出同样 的结论.井同法求出有效扩散系数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厂 form 5.03.9(0.103)04 Cl-itWW性轲朋的禅生孫度F<SU The

11、rates of regeneration for the wjak base resin in Cl* formO300 r. p. mr800 r. p.m.3. SO；式树脂的再生分别选用淡度为0.616及0.103mu|.L-»的N&01I溶液,再对生毎一溶液用300及800 r. P.叽两种搅拌速度.作X-f图（图5）.与图I、4相比看出，£ 相同或很相近的woh浓度下，so；-式树脂的再生速度比nox cr式树脂慢得多.根据不 同搅拌速度下的实脸点落在同一曲线上，故可作出相同的推断.但由于再生过程中，树脂的 体积编小明显，所以必須用式（3）处理数据，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以皮对域f：C0H<n作图（图2和3）由 图可见，在达两种浓度下，均得相当好的直 线.因而再次成功地应用了我们在前玄 导出的理伦方程，说明该式昱广泛适周的. 由直线斜率等玫輕旳有效扩散議较也列于衷 le由表可界，对十任何一种盐式树脂在用 NaGH再生时，右效扩故系数均射拧NaOII浓 度的降低而略右降低.这与询文所得规 律-致.比较表1中各离子式树脂再生时的 有效扩敢系数

13、可看出，对于NO,和C1 氏来 说，两者在实验溟差范麵内是一致的，浙对 于so：式来说，右效扩散系数低得多，大约只是NO：和cr式时的l/4由此说明有效扩散系数是一表征互扩散性质的矗数，不仅反映了 非交换吸入的反应物B从请液相扩散穿过已反应层到达未反应区的速度，而且还反映了生成 物A从未反应区农面扩散穿过已反应层进入悔液相的速度.很可能正是由于二价离子sor 在树脂相中扩散速度比一价离子的NOj和C1慢得多，从而造成有效扩敵系数低得纟结论 用NaOH再生NO二Cl式弱碱性阴蛊子树朋的速度相近，SO：式树脂的再生速 度慢得多.增加NOH浓度，再生速度增加.在较jftN.OH浓度下，再生过程按已反

14、应层内扩 敝控制的层进机理进行.用NaOll再生NO C1 式弱縄性阴离子树脂的有效扩敬系数大约是 再生SO： 式树脂的4倍.为文狀1 J Hdll# W Hactiv19B4* 2» 93»2 Hclfferioh, J. P*,>.1965» 69» 1178C3邢正.陈見察.化鼻学报.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】赵佟文功.檢化学与敷射化学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