離子交換技術(shù)說明
離子交換(Ion Exchange,簡(jiǎn)稱Ⅸ)技術(shù)是除去水中離子態(tài)物質(zhì)的水處理方法之一,采用離子交換法可制取軟水、純水和超純水,因而在水處理領(lǐng)域中曾被廣泛應(yīng)用。
*節(jié) 離子交換劑及分類
離子交換作用是用一種稱為離子交換劑的物質(zhì)來進(jìn)行的,這種物質(zhì)在溶液中能以所含的可交換離子與溶液中的同種符號(hào)的離子進(jìn)行交換,離子交換劑的種類很多,如表5—1所示。
早期使用的硅質(zhì)離子交換劑如海綠砂和合成沸石有許多缺點(diǎn),特別是在酸性條件下無(wú)法使用。磺化煤利用天然煤為原料,經(jīng)濃硫酸磺化處理后制成,但使用過程中暴露出交換容量低、機(jī)械強(qiáng)度差、化學(xué)穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn),已逐漸被離子交換樹脂所取代。
離子交換樹脂是一種高分子的聚合物,它與其他離子交換劑相比具有如下優(yōu)點(diǎn):a.交換容量高;b.外形大多為球狀顆粒,水流阻力?。籧機(jī)械強(qiáng)度高;d.化學(xué)穩(wěn)定性好。因此離子交換樹脂已成為目前zui普遍采用的離子交換材料。
第二節(jié) 離子交換樹脂
一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)和類型
離子交換樹脂與其他交換劑一樣,其結(jié)構(gòu)通常分為兩個(gè)部分。一部分稱為骨架,在交換過程中骨架不參與交換反應(yīng)。另一部分為連接在骨架上的活性基團(tuán),活性基團(tuán)所帶的可交換離子能與水中的離子進(jìn)行交換。離子交換樹脂外形大多呈珠狀顆粒,它既不溶于水,也不溶于酸堿和有機(jī)溶劑。從微觀來看,離于交換樹脂具有三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙部位分布著能提供可交換離子的活性基團(tuán)。以zui常見的苯乙烯系離子交換樹脂為例,苯乙烯和二乙烯苯共聚制得高分子化合物。
交聯(lián)聚苯乙烯:
在聚合反應(yīng)中,二乙烯苯起到將苯乙烯長(zhǎng)鏈交聯(lián)起來而形成網(wǎng)狀的作用,二乙烯苯在聚合中所用質(zhì)量占參與聚合單體的總質(zhì)量的百分率,稱為離子交換樹脂的交聯(lián)度。交聯(lián)度越高,樹脂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越緊密。此種聚苯乙烯沒有活性基團(tuán),因而通常稱為白球。將白球用濃硫酸磺化,可得磺酸型陽(yáng)離子交換樹脂(RH):
白球經(jīng)氯甲基化和胺化后,可得陰離子交換樹脂:
上述胺化反應(yīng)用叔胺處理,制得季銨型強(qiáng)堿性陰離于交換樹脂(R3NCl),若用仲胺(R2NH)或伯胺(RNH2)處理,則生成弱堿性陰離子交換樹脂,(分別為R2N·HCl或RNH·2Cl)。
強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂分I型和Ⅱ型,它們?cè)谥圃爝^程中胺化雖都用叔胺,但I(xiàn)型用的是*胺(CH3)2N,Ⅱ型則用二甲基乙醇胺,(CH3)2NC2H4OH,因此I型的堿性比Ⅱ型強(qiáng),但Ⅱ型的交換容量比較高。
按照樹脂骨架的結(jié)構(gòu)特征,離子交換樹脂可分為凝膠型和大孔型,它們的區(qū)別在于結(jié)構(gòu)中孔眼的大小,凝膠型樹脂不具有物理孔眼,只是在浸入水中時(shí)才顯示其分子鏈之間的網(wǎng)狀。
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