当前课程知识点:水处理工程-物化技术 > 第6章 离子交换 > 6-1 离子交换树脂 > 6-1 离子交换树脂
同学们好!从今天开始我们介绍第6章,离子交换
离子交换法是一种借助于固相离子交换剂上的功能基团中的可交换离子
与水中的离子进行交换反应
以达到离子的置换、分离、去除、浓缩等目的的方法
在给水处理中,离子交换法通常用于软化除盐
由于在工业生产中,通常需要低硬度的软化水和低含盐量的脱盐水
因此,离子交换法作为水软化除盐中最常用的方法之一
在工业用水处理中,占有十分重要的地位
在废水处理中,离子交换法主要用于回收重金属,处理放射性废水等
离子交换法的特点是处理效率高、出水水质好
设备简单、管理方便、应用广泛
水处理中常用的离子交换剂有离子交换树脂、沸石、磺化煤等
目前使用最为广泛的是离子交换树脂
因此,在这一章我们主要介绍应用离子交换树脂的水处理工艺
在第1节中,首先给大家介绍离子交换树脂
我们先来看看离子交换树脂的结构
离子交换树脂一般由树脂母体或称为骨架和活性基团两部分构成
树脂母体是由高分子化合物和交联剂经聚合反应生成的
具有空间网状多孔结构的共聚物
母体的单体材料通常有苯乙烯、丙烯酸、酚醛系列等
活性基团遇水电离成两部分,一部分是固定部分
仍与骨架牢固结合,不能自由移动,称为固定离子
另一部分为活动部分,能在一定空间内自由移动
并可以与周围溶液中的其他同性离子进行交换反应
具有交换性,称为可交换离子
以苯乙烯系树脂为例,如这个反应方程所示
苯乙烯和二乙烯苯交联剂聚合交联得到聚苯乙烯
但这种聚合物没有活性,称为白球
将白球在浓硫酸中加热磺化,聚苯乙烯中苯环上的部分H被置换为磺酸基团
这样就形成了强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂
这里的磺酸基团就是活性基团中的固定离子
而电离出的氢离子就是活性基团中的可交换离子
下面介绍离子交换树脂的种类
按照结构特征可以将离子交换树脂分成凝胶型、大孔型、等孔型等
也可以按照树脂母体的单体种类分为苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系等
另外可以按照树脂活性基团的性质分为
强酸和弱酸性、强碱和弱碱性
强酸和弱酸性通常为阳离子交换树脂
强碱和弱碱性通常为阴离子交换树脂
离子交换树脂的全名称包括分类名称、骨架名称以及基本名称
比如最常用的是强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂
商用的离子交换树脂都有相应的产品编号
对于凝胶型离子交换树脂,第1位代表分类号,第2位代表骨架号
第3位代表顺序号,最后一位代表交联度数值
对于大孔型离子交换树脂,前面常用D代表大孔型离子交换树脂
下面介绍离子交换树脂的基本性能
从外观来看,离子交换树脂呈不透明或半透明球状颗粒
颜色有乳白色、淡黄色或棕黑色等数种,粒径在0.3-1.2mm
离子交换树脂的密度有两种表示方式,湿真密度和湿视密度
湿真密度是指湿树脂质量和树脂颗粒本身所占体积的比值
主要用于确定树脂床的反冲洗强度、混合树脂床的分层程度
湿视密度是湿树脂质量和树脂堆积体积的比值
主要在离子交换树脂装置设计中用来计算树脂用量
下面给大家介绍离子交换树脂的交换容量
这是树脂最重要的性能指标,它定量地表示了树脂交换能力的大小
交换容量又可以分为全交换容量和工作交换容量
全交换容量是指树脂理论上总的交换能力
等于一定量树脂所具有的可交换离子的总数量
工作交换容量是在给定工作条件下实际上可利用的离子交换能力
只有全交换容量的60-80%左右,与实际运行条件有关
如再生条件、原水含盐量及其组成、水流速度等都会影响树脂的工作交换容量
对于全交换容量,可用采用滴定法测定
或从理论上根据树脂单元结构式进行计算
以强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为例,其分子结构如这个图所示
分子量是184.2,即在184.2g树脂中,含有1g,即1mol的可交换离子
这里的可交换离子是H离子
如果扣去交联剂所占份量8%,全交换容量计算结果为4.99mmol/g
在交换容量的计算中,不论哪种树脂,阳离子如H型、Na型,阴树脂如OH型
可交换离子均为1价离子,而水中被交换离子可以为1价或2价离子
因此,树脂交换容量可定义为树脂所能交换的物质的量n_B
除以树脂体积V或质量m
如果以树脂体积来表示交换容量
可以用q_v=n_B/V这个公式来进行计算
如果以树脂质量来表示交换容量,可以用q_m=n_B/m这个公式来进行计算
基于单位树脂体积的树脂交换容量q_v
和基于单位树脂质量的树脂交换容量q_m可以通过这个式子进行换算
其中B是指可交换离子的基本单位
等于离子式除以电荷数,即一律以当量粒子为基本单元
在这一讲,我们介绍了离子交换树脂及其基本性能
下一讲将介绍离子交换树脂的交换反应特性
-0-1 课程定位
--讨论题
-0-2 给水处理工艺
--讨论题
-0-3 废水处理工艺
--讨论题
-第0章 绪论 测试题
-1-1 概述
--1-1 概述
--讨论题
-1-2 胶体的主要性质
-- 1-2 胶体的主要性质
--讨论题
-1-3 水的混凝机理与过程
--讨论题
-1-4 混凝剂与絮凝剂
-- 1-4 混凝剂与絮凝剂
--讨论题
-1-5 混凝动力学
--讨论题
-1-6 混凝效果的主要影响因素
--讨论题
-1-7 混凝设备
--1-7 混凝设备
--讨论题
-第1章 混凝 测试题
-2-1 概述
--2-1 概述
--讨论题
-2-2 自由沉淀
--2-2 自由沉淀
--讨论题
-2-3 絮凝沉淀
--2-3 絮凝沉淀
--讨论题
-2-4 拥挤沉淀
--2-4 拥挤沉淀
--讨论题
-2-5 平流沉淀池
--讨论题
-2-6 平流沉淀池工艺计算
--讨论题
-2-7 竖流式与幅流式沉淀池
--讨论题
-2-8 斜板沉淀池
--讨论题
-2-9 澄清池
--2-9 澄清池
--讨论题
-三维交互式演示区
--竖流沉淀池
--浏览器设置方法
--机械搅拌澄清池
--辐流沉淀池
-第2章 沉淀 测试题
-第2章 沉淀 测试题2
-3-1 概述
--3-1 概述
--讨论题
-3-2 气浮理论基础
--讨论题
-3-3 加压溶气气浮
--讨论题
-第3章 气浮 测试题
-4-1 概述
--4-1 概述
--讨论题
-4-2 普通快滤池构成与工作过程
--讨论题
-4-3 滤池的水头损失
--讨论题
-4-4 滤池的过滤方式
--讨论题
-4-5 滤料
--4-5 滤料
--讨论题
-4-6 配水系统
--4-6 配水系统
--讨论题
-4-7 滤池冲洗
--4-7 滤池冲洗
--讨论题
-4-8 虹吸滤池
--4-8 虹吸滤池
--讨论题
-4-9 重力无阀滤池
--讨论题
-4-10 移动罩滤池
--讨论题
-三维交互式演示区
--普通快滤池
--浏览器设置说明
--虹吸滤池
--浏览器设置说明
-第4章 过滤 测试题
-5-1 概述
--5-1 概述
--讨论题
-5-2 消毒的影响因素
--讨论题
-5-3 氯消毒
--5-3 氯消毒
--勘误
--讨论题
-5-4 二氧化氯消毒
--讨论题
-5-5 紫外线消毒
--讨论题
-第5章 消毒 测试题
-6-1 离子交换树脂
--讨论题
-6-2 离子交换反应特性
--讨论题
-6-3 阳离子交换树脂特性
--讨论题
-6-4 阴离子交换树脂特性
--讨论题
-6-5 离子交换软化系统
--讨论题
-6-6 离子交换除盐系统
--讨论题
-6-7 离子交换设备
--讨论题
-6-8 离子交换法处理工业废水
--讨论题
-第6章 离子交换 测试题
-第1节 概述
--第1节 概述
--讨论题
-第2节 电渗析原理与过程
--讨论题
-第3节 电渗析器构造与组装
--讨论题
-第4节 电渗析工艺计算
--讨论题
-第5节 反渗透工艺原理与工作特征
--讨论题
-第6节 反渗透工艺计算
--讨论题
-第7节 超滤和微滤分离原理与过程
--讨论题
-第8节 超滤和微滤工艺计算
--讨论题
-第7章 膜分离 测试题
-8-1 氧化还原基础与分类
--讨论题
-8-2 臭氧氧化
--8-2 臭氧氧化
--讨论题
-8-3 光催化氧化
--讨论题
-8-4 超临界水氧化
--讨论题
-8-5 电解
--8-5 电解
--讨论题
-第8章 氧化还原 测试题
-9-1 概述
--9-1 概述
--讨论题
-9-2 吸附平衡与吸附等温线
--讨论题
-9-3 吸附穿透曲线
--讨论题
-第9章 吸附 测试题