《高分子復(fù)合材料》課件-5.29離子交換法

離子交換法離子交換法是廠礦、科研單位等廣泛應(yīng)用的純水制備方法。當(dāng)水流過裝有離子交換樹脂的交換器時(shí)，水中的雜質(zhì)離子被離子交換樹脂所截留。這是因?yàn)殡x子交換樹脂交換基中H+(陽離子交換樹脂常以R—SO3-H+表示)或OH-(陰離子交換樹脂常以R

N+OH-表示)與水中的雜質(zhì)離子，例如Ca2+、Na+或Cl-、SO42-

互換，從交換基換下來的H+與OH-結(jié)合為H2O。(式中R表示離子交換樹脂母體)兩次交換生成的H++OH-結(jié)合生成水：H++OH-=H2O上述離子交換反應(yīng)是可逆的，所以當(dāng)H+或OH-濃度增加到一定程度時(shí)，該反應(yīng)向相反的方向進(jìn)行，這就是離子交換樹脂再生所依據(jù)的原理。交換反應(yīng)可以下列式子表示：離子交換常用術(shù)語(1)離子交換容量指離子交換樹脂每單位體積(或在特種情況下每單位質(zhì)量)能固著離子的質(zhì)量。交換容量用每升密實(shí)的樹脂交換的摩爾表示。(2)總?cè)萘恐改軌蚪粨Q的離子最大質(zhì)量，這是給定樹脂的特性。(3)有效容量指上述總?cè)萘康目捎貌糠?，取決于具體應(yīng)用的水力和化學(xué)條件。(4)樹脂的交聯(lián)度指聚苯乙烯樹脂母體中交聯(lián)劑二乙烯苯含量的質(zhì)量百分比。(5)床容量指每小時(shí)處理液的體積與樹脂體積之比。(6)離子流量為床容量乘以水的含鹽量之積(即每小時(shí)每升樹脂處理的毫摩爾)。(7)再生率指再生單位體積交換材料所用的再生劑質(zhì)量。(8)泄漏率指液體中應(yīng)固著的離子處理后濃度與處理前濃度之比(以百分?jǐn)?shù)表示)。(9)磨耗指交換樹脂顆粒在使用過程中的機(jī)械磨損。凡是具有離子交換能力的物質(zhì)，一般都稱為離子交換劑。能與陽離子發(fā)生交換作用的交換劑稱為陽離子交換劑;能與陰離子發(fā)生交換作用的交換劑為陰離子交換劑。離子交換劑的分類如下：在選用離子交換樹脂時(shí)，應(yīng)當(dāng)符合下面幾個(gè)條件：(1)樹脂的形狀盡量選用球形樹脂，因?yàn)樗谋砻婀饣?，外形?guī)則，耐磨性好，內(nèi)應(yīng)力小，交換時(shí)的壓頭損失小，交換和再生較均勻。(2)樹脂的粒度樹脂粒度的大小直接影響著離子交換平衡所需要的時(shí)間、流速、壓頭損失、樹脂的逆洗展開率。若粒度過小，則壓頭損失大，機(jī)械強(qiáng)度降低，磨損增加;若粒度過大，則離子交換反應(yīng)達(dá)到的時(shí)間長(zhǎng)。因此，對(duì)純水生產(chǎn)來說，多選用粒度適中的樹脂，樹脂顆粒直徑為0.3～1.2mm比較適宜。(3)樹脂的交聯(lián)度若樹脂的交聯(lián)度過低(如1～4%)，則樹脂的滲透度高，含水量大(膨脹度大)，而濕樹脂的交換容量低，物理穩(wěn)定性低，選擇性差;若樹脂的交聯(lián)度過高(如12～16%)，其性能與上述相反。對(duì)于制造純水，多選用交聯(lián)度為8～12%(含水量為35～50%)的樹脂。(1)樹脂處理樹脂處理的目的是除去樹脂中水溶性雜質(zhì)、灰塵、色素等。如果市售的陽離子交換樹脂是鈉型，陰離子交換樹脂是氯型，則通過處理后轉(zhuǎn)為氫型和氫氧型方可使用。處理方法：1)水漂洗：將新樹脂放在盆中，用自來水反復(fù)漂洗，除去其中的色素、水溶性雜質(zhì)、灰塵等，直至洗出液不混濁為止，再用蒸餾水浸泡24h。2)醇浸泡：當(dāng)蒸餾水中無明顯混懸物時(shí)，將水排盡，加入乙醇(95%)浸沒樹脂層，攪拌搖勻浸泡24h，以除去醇溶雜質(zhì)。將乙醇排盡，再用自來水洗至無色，無醇味止。3)酸堿處理：陽離子交換樹脂，加入鹽酸(4～10%)，沒過樹脂，浸泡2～3h，排放鹽酸，用水洗至pH約為3～4止。再用氫氧化鈉(4～10%)同上法操作，用水洗至pH為9～10止。再用鹽酸(4～10%)浸泡4h，不時(shí)攪拌，浸泡以后，將鹽酸排盡，用蒸餾水反復(fù)洗至pH為4止。對(duì)于陰離子交換樹脂，加入氫氧化鈉(4～10%)，操作方法同陽離子交換樹脂，洗至pH為9～10止。再用鹽酸(4～10%)，同上法