离子交换原理PPT课件

1、(1，3.2)离子交换。2 (2)概述，(1)一种特殊的吸附现象，其中离子交换剂上的离子与水中的离子交换。与其他吸附过程相比；主要吸附水中的离子物质；交换器上的离子和水中的离子进行“等效”交换。1805年，英国科学家发现了土壤中Ca2和NH4的交换。伦伯格在1876年揭示了离子交换的可逆性和化学计量。1935年，离子交换树脂被人工合成。它在1940年被应用于工业生产。中国于1951年开始合成树脂。(1)给水处理硬水软化脱盐。纯水和高纯水的制备。(2)废水处理废水中的金属离子：Zn2，Cu2，Cr6，Cr3 (3)工业产品的净化，3)应用。5，1去除率高，净化效果好；2 .能实现污染物的回收利用

2、；3.废水预处理要求高。4树脂再生液需要进一步处理。(4)特性，(6)第一节离子交换树脂及其性能，固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换性能的有机聚合物聚电解质。(1)离子交换树脂，(1)成分，(7)，(2)树脂分类根据选择性，根据结构，(8)，(9)，(10)，表分类代码，表骨架代码，例如：0017(凝胶型)苯乙烯强酸阳离子交换树脂，交联度为7。1104(凝胶型)丙烯酸弱酸阳离子交换树脂，交联度为4。D201大孔苯乙烯强碱性阴离子交换树脂。(1)外观和形状：透明或半透明球形珠。颜色：白色、浅黄色、赤褐色。(2)水分含量树脂孔隙中的水分含量一般为40% 69%。它与树脂的结合程度有

3、关，具有低交联度、高空隙率和高含水量。(3)密度干真密度：干燥状态下树脂材料本身的密度。湿真密度：湿树脂在水中完全膨胀后的密度。表观密度：树脂在水中完全膨胀后的体积密度(表观密度)。单位为毫克/升，(4)交联度交联度是树脂合成中交联剂的用量，一般为7%10%。交联度越高，孔隙率越低，密度越高，扩散速率越低，对半径较大的离子和水合离子的交换容量越小。浸入水中，变形小且稳定。(5)吸水膨胀后体积增大的现象。溶胀度用溶胀比来表示：溶胀的原因是水扩散到树脂交联网中溶胀；活性基团解离形成水合离子。影响因素：树脂交联度：交联度越高，溶胀率越低。活性基团：解离度越大，溶胀率越大；可交换离子：水合半径越大，溶

4、胀率越高。(1)有效酸碱度范围由于树脂的活性基团分为强酸、强碱、弱酸和弱碱，水的酸碱度必然会影响其交换容量。表：有效酸碱值范围，化学性质。15种不同类型的树脂，(2)每单位体积湿树脂(体积表示)或每单位重量干树脂(重量表示)交换的活性基团的交换容量数。容量表达式ev:毫摩尔/毫升，摩尔/升。重量表达式ew:毫摩尔/克，摩尔/千克。EV=EW湿比重(1-水分含量)总交换容量：单位体积或重量的树脂中可交换基团的总数。工作交换容量：在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。化学性质。(3)选择性对水中各种离子有不同的交换容量。选择性的一般顺序是：强酸性阳离子交换树脂Fe3

5、- al3- Ca2- Mg2- k- na- h弱酸性阳离子交换树脂h- Fe3- al3- Ca2- Mg2- k- na强碱性阴离子交换树脂so42- NO3- cl- oh- f-hco3- 3-弱碱性阴离子交换树脂oh-so42-no3-cl-HCO3-hsio 3-，化学性质，17、3、树脂选择，根据加工对象选择相应的树脂类型。注意水中离子的存在状态，例如，废水中Cr6的存在形式是Cr42-或Cr2O72- 72-。第二节离子交换原理，即离子交换反应，b (r-a) abba (r-b) bbaa，其特征是符合质量作用定律；等当量同性离子的交换反应；它是饱和的；树脂基体和固定离子不

6、变。离子交换平衡，b (r-a) abba (r-b) bbaa，其中：f是活度系数。离子交换选择性，平衡吸附速率，选择性系数k/c=k，21，22，选择性影响离子交换1常温稀溶液中的离子价态越高，与固定离子的静电引力越大，交换越优先。Cr3 Ca2 Napo 43 so42 cl-一价离子的原子数越大，与固定离子的静电引力越大。稀土元素则相反。2在高浓度溶液中，由于离子水合不足，水合离子的半径接近离子的半径。原子数越大，离子半径越大，离子表面电荷密度相对降低，与固定离子的静电引力越小。树脂的交联度：交联度越高，强酸(碱)和弱酸(碱)树脂交换溶液的温度和酸碱度越高，K值越高，离子和固定基团的交

7、换电位越高。酸碱度：它影响某些离子的存在，Cr2O3 72-OH-=2CrO3 42-H影响弱酸和碱性树脂固定基团的电离。离子交换率，树脂颗粒，水膜，b，b，(1)，(2)，(3)，(a)，(4)，(5)，(6)，(a)，外扩散，膜扩散，内扩散，(1)交换过程，液膜扩散离子浓度，液膜扩散离子浓度低，当树脂交换容量大时，液膜扩散受阻。如果溶液离子浓度太高，树脂容易收缩，内部扩散受阻。水流速度增加，水膜变薄，液膜扩散增加。树脂颗粒的尺寸树脂颗粒小，比表面积增加，有利于液膜扩散。(2)影响汇率的因素。28岁。离子电荷越大，扩散系数越小，不利于液膜扩散。树脂的交联度越低，树脂的网孔越大，这有利于离子的

8、内部扩散。离子的水合程度离子的水合程度越大，水合离子的半径越大，这不利于离子的内部扩散。水溶液的温度提高了水温，同时加速了液膜的扩散和颗粒内的扩散；2.树脂颗粒内的扩散。29岁。第三部分采用离子交换树脂，选择(交换容量、原水水质、出水水质、水处理设备类型)储存(新：保持树脂的水分，防止树脂冻结或加热，防止树脂变质；旧：树脂转化、湿储存、防霉)新树脂投入使用前的预处理(不同的阴阳树脂)树脂填充的离子交换树脂的鉴定(阴阳强度、酸碱度)。30、离子交换树脂的选择、储存、使用和鉴定。选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺、投资和运行费用等因素。树脂保存树脂应在0 40下保存，通常强树脂以盐的

9、形式保存，弱酸树脂以氢的形式保存，弱碱树脂以游离胺的形式保存。树脂所用的树脂在使用前应经过适当的预处理以去除杂质。最好用水、5%盐酸和2% 4%氢氧化钠反复浸泡清洗，每次4 8h。31，未知树脂的鉴定，32，第4节离子交换树脂的改性、污染和回收，改性阳离子交换树脂的氧化强碱性阴离子树脂的降解、污染和回收(铁、铝、钙、硅、油、有机物)现象、原因、鉴定方法，树脂的回收，防止污染的方法，33，第5节离子交换过程，离子交换系统和应用离子交换过程1。固定床离子交换器的间歇工作过程2。连续离子交换器工程。34岁。离子交换系统及其应用。在实际应用中，应根据原水水质、出水要求、生产能力等确定合适的离子交换工艺

10、。1.在水软化中，钠离子交换软化法氢离子交换软化法氢钠主要用于串联和并联2。在除盐中，第一级双床除盐系统、多级双床除盐系统、混合床除盐系统3。在处理工业废水的多级阴阳离子交换系统中，碱度是指水吸收质子的能力。水中碱度的形成主要是由于碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物的存在，而硼酸盐、磷酸盐和硅酸盐也产生一定的碱度。此外，还有有机碱等。在离子交换过程中，树脂在床层渗透之前被分为饱和区、交换区和未使用区。唯一真正的工作是交换区中树脂交换区的厚度取决于所用的树脂、离子的类型和浓度以及工作条件。在进水的初始阶段，进水中使用的阳离子被交换为h，产生大量无机酸，并且流出物的酸度保持恒定。当跑到a点时，钠首先渗透并

11、迅速增加，而酸度降低。当钠泄漏增加到等于流入液中强酸阴离子的总含量时，流出液开始呈现碱性。当钠增加到等于流入阳离子含量的总和时，流出碱度也增加到等于流入碱度。此时，氢离子交换结束，交换器开始交换钠。在稳定运行到B点后，硬度离子开始渗透，流出物中的钠含量开始降低。最后，流出物的硬度接近入口硬度，出口钠接近入口钠，并且树脂层完全饱和。在离子交换柱操作期间，(f)在h型树脂与水中的Ca2、Mg2、Na交换期间，水质发生变化。39，2。通过树脂再生进行再生，一方面可以恢复树木凋落物的交换能力，另一方面可以回收有用的物质。固定床再生操作包括反洗、再生和正洗。有时需要在再生后转化树脂。影响再生效果和处理成

12、本的因素如下：1)再生剂型强酸阳树脂用强酸如盐酸或硫酸、氯化钠和硫酸钠再生；弱酸阳树脂用盐酸和硫酸再生。强碱阴树脂用强碱如氢氧化钠和氯化钠再生，而弱碱阴树脂用氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等再生。2)树脂与再生剂的交换和再生应按照当量进行。理论上，再生剂可以恢复树脂的交换能力，但实际上再生剂的量远远大于理论值。实验证明，再生剂的量越高，再生效率越高。然而，当再生剂的量增加到一定值时，再生效率几乎不随再生剂的量而增加。因此，使用太多再生剂既不经济也没有必要。图8-4显示了用2%氢氧化钠与Cr6交换的强碱性树脂的再生。再生液体与水流方向相同。1.并流再生特性：1)再生程度越高，越低越差，越差越低；2)

13、再生剂用量大，当理论值为2-3倍时，效果仍不理想；3)出水残余硬度高；4)交换器早期失效，降低了工作效率，降低了工作交换能力；5)适用于硬度较低的场合；2)逆流再生特性：1)再生效果好。消耗量可降低20%以上；出水水质明显改善；扩大原水水质的适应范围；硬度较高的平台水仍能保证出水水质；再生废液中再生剂的有效浓度低；提高了工作交换能力；操作复杂，底部再生效果好，用量少；3.移动床：再生液向下流动，水向上流动；处理水量稳定，连续运行；树脂的再生，42；连续离子交换器的工作过程；固定床离子交换器的缺点：树脂饱和时不能再生；树脂层的厚度要大得多，43，第6节离子交换工艺和设备，2，动态交换(1)装置式

14、固定床系统单床、双床、混床移动床和流化床，1，离子交换操作方式静态交换动态交换，44，45，(2)工艺流程和操作流程工艺流程，操作流程，阳离子、阴离子的去除，46，三，树脂层离子交换法分层失效原理(1)只有一个离子B，(2)废水中有几种离子B1、B2、B3，交换容量B1 B2 B3离子交换能分离废水中的不同离子。(2)再生原理，b (r-a) abb a (r-b) bbaa，(2)影响再生的因素，h型阳树脂再生剂：再生剂HCl或H2SO4，HCl优于H2SO4。羟基型阴树脂：再生剂碳酸钠或氢氧化钠。再生剂的浓度为盐酸5-10%，氢氧化钠10-12%，再生剂的用量为树脂体积的1.2-3.0倍。

15、嘿。50、再生方式并流再生优点：工艺简单；操作方便可靠。缺点：重复交换和再生剂用量大；工作交换能力低。再生模式相对并流再生的优势：避免重复交换；再生剂的量很少。树脂底层再生干净，工作交换容量高。缺点：设备复杂。要求高控制技术。(1)根据废水质量和处理要求，选择离子交换器。(2)选择合适的再生剂并估计其剂量。(3)根据移除的对象确定工艺流程和工艺参数。1.工艺流程的确定2。主要工艺参数交换速度15 35m/h；反冲速度15m/h，再生剂流量10 15m/h，再生效率80%以上。53，(4)离子交换柱的尺寸决定了离子交换柱的高度HH=H1 H2 H3H 1树脂层的高度；H2-树脂层以上高度，膨胀率

16、40-80%；H3-底部配水区高度(0.4m)2交换柱内径d型：q-处理水量；(d3m)n-并联单元的数量；交换速度。(5)树脂用量的确定TQ(C0-C)=Negong FH1V=(N N)FH1公式：T-有效工作时间；q-水量；C0和碳-进水和出水浓度；e .工作-工作交流能力；f-交换塔的横截面积；v-树脂体积；n -备用单元的数量。(1)水质软化1Na离子交换软化系统2r-na ca(HCO 3)2=R2-ca 2na HCO 32r-na caso 4=R2-ca 2so 42r-na MGC L2=R2-mg 2na cl 2，56，2强酸性h离子交换脱碱软化系统2r-HCO 3(HCO 3)2=R2-ca2co 2 H2O 2 2r-HCl 2 2=R2-ca2hc l2r-hcnacl=r-na2hcl由氯化氢产生的CO2被CO2去除装置去除，氯化氢加碱中和。(2)水的除盐，工艺流程：用强酸RH去除CO2和强碱Roh，(1)用三重离子交换法处理工业废水，(58)当悬浮物或油类浓度大于5 10 mg/l时，废水处理中应注意的问题，应采用过滤或吸附法