废水的物理化学处理法离子交换

第四章废水的物理化学处理法第二节离子交换法2.1离子交换概述离子交换法是利用离子交换剂来分离废水中有害物质的方法目前已广泛应用于水处理方面。它能有效去除废水中重金属离子(如Cu、Ni、Zn、Hg等)和磷酸、硝酸、有机物和放射性物质等。离子交换反应就是利用离子交换剂上可游离交换的离子与水中同性离子间的交换过程，它也是一种特殊的化学吸附过程。由于离子交换剂带有电荷，可与反离子相吸引，离子交换的反离子与溶液中符号相同的反离子在两相之间进行再分配。这就是离子交换动力学的一种扩散过程。离子交换剂具有选择性，它对某些离子具有更高的亲和性，所以离子交换过程又与一般的扩散过程有所不同。2.1离子交换概述（续）离子交换是在功能基上进行的一种可逆的过程离子交换严格按照化学当量进行若以R代表基体，则阴、阳离子交换过程可以表示为：

离子交换过程通常分为五个阶段待交换离干从溶液扩散通过颗粒表面外层的液膜——扩散；进入颗粒．在颗粒内部孔隙内进行扩散——粒扩散；达到交换位置后进行交换——交换反应；交换下来的离子经过微孔扩散达到交换剂颗粒外表面——粒扩散；从交换剂表面穿过液膜而扩散进入溶液中——膜扩散。上述过程中，交换速度是很快的，因此整个过程的速率主要决定于扩散速率。2.2离子交换剂离子交换树脂：是一种具有多孔性海绵状结构的物质，带有可交换离子（阳离子或阴离子）的不溶性固体物，由固体母体和交换基团两部分组成，交换基团内含有可游离交换的离子。天然和合成的沸石高岭土、蒙脱石无机离子交换剂的缺点：1、交换能力低2、化学稳定性差3、机械稳定性差有机离子交换剂的特点：1、网状结构2、难溶（水、酸、碱、有机溶剂）3、稳（热、机械、化学）4、含活性基团（-SO3H、-COOH、≡NOH）2.3人工合成离子交换树脂离子交换树脂是一类具离子交换功能的高分子，由交联结构的高分子基体、基体上的交换基团、与交换基团以离子键结合的反离子三部分组成。树脂基体通常是由具有线型结构的高分子有机化合物——聚苯乙烯和—定数量的二乙烯苯所组成．二乙烯苯也称交联剂，它的作用是使线状聚合物之间相互交联，成立体网状结构。活性基团由固定离子和活动离子组成，固定离子固定在树脂的网状骨架上．活动离子(又称交换离子）则依靠静电引力与固定离子结合在一起．二者电性相反，电荷数相等离子交换树脂类型根据交换基团的性质，可将离子交换树脂分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、和两性交换树脂。阳离子交换树脂还可进一步分为强酸型（-SO3H）、中酸型（-PO(OH)2）、弱酸型（-COOH）；阴离子交换树脂还可分为强碱型（-N(CH3)3OH)、弱碱型（-NH3OH,-NH2OH,-NHOH)；两性交换树脂：既含有酸性交换基团，也含有碱性交换基团。按基体聚合物单体的不同，可分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯基吡啶系等树脂。目前，应用最广泛的树脂为苯乙烯系列离子交换树脂。

这种交联结构的高分子，实际上是一种凝胶体，因此，此类树脂也称之为凝胶型树脂。由于凝胶型交换树脂易受有机物的污染，60年代初，又发展了另一类大孔型树脂，它是在合成树脂时加入某些致孔剂，使合成的树脂不论在干态还是在湿态，都存在永久性的空隙（平均20-100nm左右），使树脂不但具交换功能，还具备了吸附作用。

离子交换树脂的合成

离子交换树脂主要通过加聚和缩聚合成。前一种方法通过加聚使具有双键的单体与带有两个以上双键的交联剂共聚，然后在此基体中引入化学基团而成离子交换树脂。后一种方法是由具某种化学基团的低分子化合物通过缩聚反应形成离子交换树脂，或将缩聚高聚物进行化学反应以引入化学基团。合成离子交换树脂中最常用的单体是苯乙烯，最常用的交联剂是二乙烯苯。

单体通过悬浮聚合而制成球状颗粒，即普通的凝胶树脂。若在悬浮共聚时，在单体相中加入一种作为共聚体的沉淀剂的有机溶剂一起进行共聚，则可形成大孔型球粒树脂。上述合成的树脂通过化学反应引入化学基团，即可制得阳、阴、两性树脂。

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