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      離子交換樹脂的結構及交換原理

      發布時間:2020-06-24 09:51作者:亞潔環保點擊:

      一、離子交換樹脂的內部結構,如下圖所示。由三部分組成,分別是:
      1、高分子骨。
      由交聯的高分子聚合物組成;
      2、離子交換基團。
      它連在高分子骨架上,帶有可交換的離子(稱為反離子)的離子型官能團或帶有極性的非離子型官能團;
      3、孔。
      它是在干態和濕態的離子交換樹脂中都存在的高分子結構中的孔(凝膠孔)和高分子結構之間的孔(毛細孔)。
      在交聯結構的高分子基體(骨架)上,以化學鍵結合著許多交換基團。這些交換基團也是由兩部分組成:固定部分和活動部分。
      交換基團中的固定部分被束縛在高分子的基體上,不能自由移動,所以稱為固定離子;交換基團的活動部分則是與固定離子以離子鍵結合的符號相反的離子,稱為反離子或可交換離子。反離子在溶液中可以離解成自由移動的離子,在一定條件下,它能與符號相同的其他反離子發生交換反應。

        二、離子交換的基本原理:
      1、離子交換的選擇性定義:
      離子交換劑對于某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一,有些離子易被交換樹脂吸附,但吸著后要置換下來就比較困難;而另一些離子很難被吸著,但被置換下來卻比較容易,這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。
      離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說,離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對于同價離子,則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中,原子序數較大的離子其水合半徑較小,陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對于強酸性陽離子交換樹脂來說,它對一些離子的選擇性順序為:Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。離子交換反應是可逆反應,但是這種可逆反應并不是在均相溶液中進行的,而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。
      2、以001×7強酸陽離子交換樹脂為例說明:
      001×7強酸陽離子交換樹脂是一種凝膠型離子交換樹脂,其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道,孔道里面充滿了水分子,在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當原水當中的Ca2+Mg2+等陽離子-擴散到樹脂的孔道中時,由于該樹脂對Ca2+Mg2+等陽離子選擇性強于對H+的選擇性,所以H+就與進入樹脂孔道中的Ca2+Mg2+等陽離子發生快速的交換反應,Ca2+Mg2+等陽離子被固定到樹脂交換基團上面,被交換下來的H+向樹脂的孔道中-擴散,最終擴散到水中。
      (1)邊界水膜內的擴散  
      水中的Ca2+,Mg2+等陽離子向樹脂顆粒表面遷移,并擴散通過樹脂表面的邊界水膜層,到達樹脂表面;
      (2)交聯網孔內的擴散(或稱孔道擴散)
      Ca2+,Mg2+等陽離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔,并進行擴散,到達交換點;
      (03)離子交換
      Ca2+,Mg2+等陽離子與樹脂基團上的可交換的H+進行交換反應;
      (4)交聯網孔內的擴散
      被交換下來的H+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散。
      (5)邊界水膜內的擴散
      最終擴散到水中。
        三、離子交換樹脂的再生:
      鑒于離子交換樹脂反應的可逆性,反應后的樹脂通過處理,重新轉化為原來的離子交換樹脂,這樣又可以進入下一循環,其循環次數視所用樹脂類型不同而定。
       
            
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