《高分子复合材料》课件-5.29离子交换法

离子交换法离子交换法是厂矿、科研单位等广泛应用的纯水制备方法。当水流过装有离子交换树脂的交换器时，水中的杂质离子被离子交换树脂所截留。这是因为离子交换树脂交换基中H+(阳离子交换树脂常以R—SO3-H+表示)或OH-(阴离子交换树脂常以R

N+OH-表示)与水中的杂质离子，例如Ca2+、Na+或Cl-、SO42-

互换，从交换基换下来的H+与OH-结合为H2O。(式中R表示离子交换树脂母体)两次交换生成的H++OH-结合生成水：H++OH-=H2O上述离子交换反应是可逆的，所以当H+或OH-浓度增加到一定程度时，该反应向相反的方向进行，这就是离子交换树脂再生所依据的原理。交换反应可以下列式子表示：离子交换常用术语(1)离子交换容量指离子交换树脂每单位体积(或在特种情况下每单位质量)能固着离子的质量。交换容量用每升密实的树脂交换的摩尔表示。(2)总容量指能够交换的离子最大质量，这是给定树脂的特性。(3)有效容量指上述总容量的可用部分，取决于具体应用的水力和化学条件。(4)树脂的交联度指聚苯乙烯树脂母体中交联剂二乙烯苯含量的质量百分比。(5)床容量指每小时处理液的体积与树脂体积之比。(6)离子流量为床容量乘以水的含盐量之积(即每小时每升树脂处理的毫摩尔)。(7)再生率指再生单位体积交换材料所用的再生剂质量。(8)泄漏率指液体中应固着的离子处理后浓度与处理前浓度之比(以百分数表示)。(9)磨耗指交换树脂颗粒在使用过程中的机械磨损。凡是具有离子交换能力的物质，一般都称为离子交换剂。能与阳离子发生交换作用的交换剂称为阳离子交换剂;能与阴离子发生交换作用的交换剂为阴离子交换剂。离子交换剂的分类如下：在选用离子交换树脂时，应当符合下面几个条件：(1)树脂的形状尽量选用球形树脂，因为它的表面光滑，外形规则，耐磨性好，内应力小，交换时的压头损失小，交换和再生较均匀。(2)树脂的粒度树脂粒度的大小直接影响着离子交换平衡所需要的时间、流速、压头损失、树脂的逆洗展开率。若粒度过小，则压头损失大，机械强度降低，磨损增加;若粒度过大，则离子交换反应达到的时间长。因此，对纯水生产来说，多选用粒度适中的树脂，树脂颗粒直径为0.3～1.2mm比较适宜。(3)树脂的交联度若树脂的交联度过低(如1～4%)，则树脂的渗透度高，含水量大(膨胀度大)，而湿树脂的交换容量低，物理稳定性低，选择性差;若树脂的交联度过高(如12～16%)，其性能与上述相反。对于制造纯水，多选用交联度为8～12%(含水量为35～50%)的树脂。(1)树脂处理树脂处理的目的是除去树脂中水溶性杂质、灰尘、色素等。如果市售的阳离子交换树脂是钠型，阴离子交换树脂是氯型，则通过处理后转为氢型和氢氧型方可使用。处理方法：1)水漂洗：将新树脂放在盆中，用自来水反复漂洗，除去其中的色素、水溶性杂质、灰尘等，直至洗出液不混浊为止，再用蒸馏水浸泡24h。2)醇浸泡：当蒸馏水中无明显混悬物时，将水排尽，加入乙醇(95%)浸没树脂层，搅拌摇匀浸泡24h，以除去醇溶杂质。将乙醇排尽，再用自来水洗至无色，无醇味止。3)酸碱处理：阳离子交换树脂，加入盐酸(4～10%)，没过树脂，浸泡2～3h，排放盐酸，用水洗至pH约为3～4止。再用氢氧化钠(4～10%)同上法操作，用水洗至pH为9～10止。再用盐酸(4～10%)浸泡4h，不时搅拌，浸泡以后，将盐酸排尽，用蒸馏水反复洗至pH为4止。对于阴离子交换树脂，加入氢氧化钠(4～10%)，操作方法同阳离子交换树脂，洗至pH为9～10止。再用盐酸(4～10%)，同上法