陰陽(yáng)離子交換器-課件

離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂概述離子交換法是指某些材料遇水時(shí)，能將本身具有的離子與水中帶同類(lèi)電荷的離子進(jìn)行交換的方法，這些材料稱(chēng)為離子交換劑。在離子交換技術(shù)被應(yīng)用的初期，采用的只是天然的和無(wú)機(jī)質(zhì)的交換劑，目前普遍應(yīng)用于水處理中的離子交換劑是合成的離子交換樹(shù)脂。1ppt課件離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂概述1ppt課件交換樹(shù)脂的組成離子交換樹(shù)脂是由以下三部分組成：1單體。單體是聚合成高分子化合物的低分子有機(jī)物。它是樹(shù)脂的主要成分，又稱(chēng)母體。2交聯(lián)劑。交聯(lián)劑是固定樹(shù)脂形狀和增強(qiáng)樹(shù)脂機(jī)械強(qiáng)度的成分。常用的交聯(lián)劑是二乙烯苯。3交換集團(tuán)是由連接在單體上的具有活性離子的基團(tuán)。它是通過(guò)磺化反應(yīng)引入磺酸基—SO3H,通過(guò)胺化引入氨基，如季氨基—N+（CH3)32ppt課件交換樹(shù)脂的組成離子交換樹(shù)脂是由以下三部分組成：2ppt課件離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)骨架活性基團(tuán)酚醛樹(shù)脂聚乙烯樹(shù)脂交聯(lián)劑酸性基團(tuán)堿性基團(tuán)—SO3H—N+R3特殊基團(tuán)3ppt課件離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)骨架活性基團(tuán)酚醛樹(shù)脂聚乙烯樹(shù)脂交聯(lián)劑酸性基離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)1按活性基團(tuán)的性質(zhì)分類(lèi)根據(jù)離子交換樹(shù)脂所帶活性基團(tuán)的性質(zhì)，可分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂。按活性基團(tuán)上H+和OH-電離的強(qiáng)弱程度，又可以分為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換和弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂和弱堿性陰離子交換樹(shù)脂，此外按活性基團(tuán)的性質(zhì)還可分為螯合性、兩性以及氧化還原樹(shù)脂。4ppt課件離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)1按活性基團(tuán)的性質(zhì)分類(lèi)4ppt課件強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類(lèi)樹(shù)脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹(shù)脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3－，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。這兩個(gè)離子交換樹(shù)脂反應(yīng)使樹(shù)脂中的H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng)酸性樹(shù)脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類(lèi)樹(shù)脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基－COOH，能在水中離解出H+而呈酸性。樹(shù)脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO－（R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用。這種樹(shù)脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中（如pH5～14）起作用。這類(lèi)樹(shù)脂亦是用酸進(jìn)行再生（比強(qiáng)酸性樹(shù)脂較易再生）。

5ppt課件5ppt課件強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂這類(lèi)樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基（亦稱(chēng)四級(jí)胺基）－NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能在水中離解出OH－而呈強(qiáng)堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿（如NaOH）進(jìn)行再生。弱堿性陰離子樹(shù)脂這類(lèi)樹(shù)脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基（亦稱(chēng)一級(jí)胺基）-NH2、仲胺基（二級(jí)胺基）-NHR、或叔胺基（三級(jí)胺基）-NR2，它們?cè)谒心茈x解出OH－而呈弱堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液離子交換樹(shù)脂中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件（如pH1～9）下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。6ppt課件6ppt課件2按離子交換樹(shù)脂的孔型分類(lèi)（1）凝膠型樹(shù)脂。這種樹(shù)脂是由苯乙烯和二乙烯苯混合物在引發(fā)劑存在下進(jìn)行懸浮聚合得到的具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物，因?yàn)檫@種聚合物呈透明或半透明的凝膠結(jié)構(gòu)，所以稱(chēng)為凝膠型樹(shù)脂。凝膠型樹(shù)脂的網(wǎng)孔通常很小，平均孔徑約1~2nm，且大小不一。在干態(tài)下，這種網(wǎng)孔并不存在，當(dāng)浸入水中呈濕態(tài)時(shí)，它們才能顯示出來(lái)。因?yàn)槟z型樹(shù)脂孔徑小，不利于離子運(yùn)動(dòng)，直徑較大的分子通過(guò)時(shí)，容易堵塞網(wǎng)孔，再生時(shí)也不易洗脫下來(lái)，所以凝膠型樹(shù)脂易受到有機(jī)物污染。（2）大孔型樹(shù)脂。這類(lèi)樹(shù)脂的制備方法與凝膠型樹(shù)脂的不同不同點(diǎn)在于制備大孔結(jié)構(gòu)高分子聚合物骨架時(shí)加入了致孔劑，待聚合反應(yīng)完成后，再將致孔劑抽提出來(lái)，這樣便留下了永久性網(wǎng)孔7ppt課件2按離子交換樹(shù)脂的孔型分類(lèi)7ppt課件大孔型樹(shù)脂的特點(diǎn)是在整個(gè)樹(shù)脂內(nèi)部無(wú)論干或濕、收縮或膨脹都存在比凝膠型樹(shù)脂更大更多的孔（孔徑一般在20~100nm)，因此比表面積大，所以它具有抗有機(jī)物污染的能力，被截留在網(wǎng)孔中的有機(jī)物容易在再生過(guò)程中洗脫下來(lái)。大孔型樹(shù)脂占據(jù)一定的空間，離子交換基團(tuán)含量相對(duì)減少，所以交換容量比凝膠型樹(shù)脂低一些。（3）按單體種類(lèi)分類(lèi)按合成樹(shù)脂的交聯(lián)度種類(lèi)不同，離子交換樹(shù)脂還可以分為苯乙烯系，丙烯酸系等。此外，還有酚醛系、環(huán)氧系、乙烯吡啶系和尿醛系等，但未在水處理領(lǐng)域中應(yīng)用。8ppt課件8ppt課件離子交換樹(shù)脂的命名方法離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品的型號(hào)是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1631—1979《離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品分類(lèi)、命名及型號(hào)》制定的。1名稱(chēng)離子交換樹(shù)脂的全名稱(chēng)由分類(lèi)名稱(chēng)、骨架名稱(chēng)、基本名稱(chēng)依次排列組成。基本名稱(chēng)為離子交換樹(shù)脂。大孔型樹(shù)脂在全名稱(chēng)前加“大孔”兩字。分類(lèi)屬酸性的在基本名稱(chēng)前加“陽(yáng)”字，屬堿性的在基本名稱(chēng)前加“陰”字。9ppt課件離子交換樹(shù)脂的命名方法離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品的型號(hào)是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)G2型號(hào)離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品的型號(hào)以三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，第一位數(shù)字代表產(chǎn)品分類(lèi)，第二位數(shù)字代表骨架組成，第三位數(shù)字為順序號(hào)，用來(lái)區(qū)別活性基團(tuán)或交聯(lián)劑的差異。代號(hào)數(shù)字的見(jiàn)下表。凡屬大孔型樹(shù)脂，在樹(shù)脂前加“大”字的漢語(yǔ)拼音首字母“D”；凡屬于凝膠型樹(shù)脂在型號(hào)前不加任何字母，交聯(lián)度可在型號(hào)后用“x”符號(hào)連接阿拉伯?dāng)?shù)字表示。10ppt課件2型號(hào)10ppt課件11ppt課件11ppt課件離于交換樹(shù)脂型號(hào)圖解如下：12ppt課件離于交換樹(shù)脂型號(hào)圖解如下：12ppt課件離子交換樹(shù)脂的性能一物理性能①外觀樹(shù)脂是一種透明或半透明的物質(zhì)，因其組成不同，顏色各異，如苯乙烯樹(shù)脂呈黃色，也有呈黑色和赤褐色的，但對(duì)性能影響不大。一般情況下，原料雜質(zhì)多或交聯(lián)劑多，樹(shù)脂的顏色稍深（但樹(shù)脂在運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)楦鞣N原因有時(shí)顏色也會(huì)變化）。樹(shù)脂外形呈球狀，要求圓球率達(dá)到90%以上。②粒度樹(shù)脂顆粒的大小將影響交換速度、壓力損失、反洗效果等。顆粒大小不能相差太大。用于水處理的離子交換樹(shù)脂的顆粒以0.3~1.2mm目為宜。粒度的表示方法以有效粒徑和不均勻系數(shù)來(lái)表示。③密度關(guān)系到水處理工藝和樹(shù)脂裝填量。密度的表示方法有：干真密度（一般1.6g/cm3左右）、濕真密度（一般1.04～1.30g/cm3之間）、濕視密度（一般在0.60～0.80g/cm3之間）。④含水率樹(shù)脂的含水率越大，表示孔隙率越大，交聯(lián)度越小。⑤溶脹率樹(shù)脂浸水之后要溶脹，它與交聯(lián)度、活性基團(tuán)、交換容量、水中電解質(zhì)密度、可交換離子的性質(zhì)等有關(guān)。樹(shù)脂在交換與再生過(guò)程中會(huì)發(fā)生脹縮現(xiàn)象，多次脹縮樹(shù)脂易碎裂。⑥耐磨性反映樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度。它應(yīng)保證每年樹(shù)脂耗量不超過(guò)7%。⑦溶解性樹(shù)脂內(nèi)含有低聚合物要逐漸溶解，在樹(shù)脂使用過(guò)程中也會(huì)發(fā)生膠溶。⑧耐熱性陽(yáng)樹(shù)脂耐溫100℃左右，強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂可耐60℃，弱堿性陰樹(shù)脂可耐溫80℃。但在低于或等于0℃時(shí)，易結(jié)冰而破碎。⑨導(dǎo)電性干樹(shù)脂不導(dǎo)電，濕樹(shù)脂可電導(dǎo)。13ppt課件離子交換樹(shù)脂的性能一物理性能13ppt課件二、化學(xué)性能離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)有：離子交換、催化、絡(luò)鹽形成等。其中用于電廠水處理的，主要是利用它的離子交換性質(zhì)。所以，這里僅介紹離子交換反應(yīng)的可逆性、選擇性和表示交換能力大小的交換容量。（一）離子交換反應(yīng)的可逆性。當(dāng)離子交換樹(shù)脂遇到水中的離子時(shí)，能發(fā)生離子交換反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果，樹(shù)脂的骨架不變，只是樹(shù)脂中交換基團(tuán)上能解離的離子與水中帶同種電荷的離子發(fā)生交換。例如，用8%左右的食鹽水，通過(guò)RH樹(shù)脂后，出水中的H+濃度增加，Na+濃度減小。這說(shuō)明食鹽水通過(guò)RH樹(shù)脂時(shí)，樹(shù)脂中的H+進(jìn)入水中，食鹽水中的Na+交換到樹(shù)脂上。這一反應(yīng)為：

RH+NaCl→RNa+HCl或 RH+Na+→RNa+H+如果用4%左右的鹽酸通過(guò)已經(jīng)變成RNa的樹(shù)脂后，出水中的Na+濃度增加，H+濃度減小。說(shuō)明樹(shù)脂中的Na+進(jìn)入水中，而鹽酸中的H+交換到樹(shù)脂上。這一反應(yīng)為：

RNa+HCl→RH+NaCl或 RNa+H+→RH+Na+對(duì)照兩個(gè)反應(yīng)我們知道：離子交換反應(yīng)是可逆的。這種可逆反應(yīng)，可用可逆反應(yīng)式表示：

RH+NaCl←RNa+HCl或 RH+Na+RNa+H+14ppt課件二、化學(xué)性能14ppt課件（二）離子交換反應(yīng)的選擇性。這種選擇性是指樹(shù)脂對(duì)水中某種離子所顯示的優(yōu)先交換或吸著的性能。同種交換劑對(duì)水中不同離子選擇性的大小，與水中離子的水合半徑以及水中離子所帶電荷大小有關(guān)；不同種的交換劑由于交換基團(tuán)不同，對(duì)同種離子選擇性大小也不一樣。下面介紹四種交換劑對(duì)離子選擇性的順序：1．強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑，對(duì)水中陽(yáng)離子選擇順序：

Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>H+2.弱酸性陽(yáng)離子交換劑，對(duì)水中陽(yáng)離子的選擇順序：

H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+從上述選擇順序來(lái)看，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑對(duì)H+的吸著力不強(qiáng)；而弱酸性陽(yáng)離子交換劑則容易吸著H+。所以，實(shí)際應(yīng)用中，用酸再生弱酸性陽(yáng)離子交換劑比再生強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑要容易得多。15ppt課件（二）離子交換反應(yīng)的選擇性。15ppt課件3.強(qiáng)堿性陰離子交換劑，對(duì)水中陰離子的選擇順序：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3-4.弱堿性陰離子交換劑，對(duì)水中陰離子的選擇順序：

OH->SO42->NO3->Cl->HCO3-

從陰離子交換劑的選擇性來(lái)看，用堿再生弱堿性陰離子交換劑比再生強(qiáng)堿性陰離子交換劑容易。但是弱堿性陰離子交換劑吸著HSiO3-很弱甚至不吸著。因此，弱堿性陰離子交換劑用于除掉水中強(qiáng)酸根離子。（三）交換劑的交換容量。交換容量是離子交換劑的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。它定量地表示出一種樹(shù)脂能交換離子的多少。交換容量分為全交換容量和工作交換容量。1.全交換容量。全交換容量是指離子交換劑能交換離子的總數(shù)量。這一指標(biāo)表示交換劑所有交換基團(tuán)上可交換離子的總量。同一種離子交換劑，它的全交換容量是一個(gè)常數(shù)，常用mmol/g來(lái)表示。2.工作交換容量。工作交換容量就是在實(shí)際運(yùn)行條件下，可利用的交換容量。在實(shí)際離子交換過(guò)程中，可能利用的交換容量比全交換容量小得多，大約只有全交換容量的60-70%。某種樹(shù)脂的工作交換容量大小和樹(shù)脂的具體工作條件有關(guān)，如水的pH值、水中離子濃度、交換終點(diǎn)的控制標(biāo)準(zhǔn)、樹(shù)脂層的高度和水的流速等條件，都影響樹(shù)脂的工作交換容量。工作交換容量常用mol/m3來(lái)表示。16ppt課件3.強(qiáng)堿性陰離子交換劑，對(duì)水中陰離子的選擇順序：16ppt陽(yáng)床內(nèi)外部結(jié)構(gòu)順流再生離子交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-進(jìn)水裝置；2-再生液分配裝置；3-樹(shù)脂層；4-排水裝置17ppt課件陽(yáng)床內(nèi)外部結(jié)構(gòu)順流再生離子交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)17ppt課件圖3-11順流再生離子交換器的外部結(jié)構(gòu)18ppt課件圖3-11順流再生離子交換器的外部結(jié)構(gòu)18ppt課件排水裝置壓脂層200mm進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹(shù)脂層1600mm逆流再生陽(yáng)離子交換器結(jié)構(gòu)圖19ppt課件排水裝置壓脂層200mm進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹(shù)脂層1進(jìn)水裝置的作用是均勻分布進(jìn)水于交換器的過(guò)水?dāng)嗝嫔?。另一個(gè)作用是均勻收集反洗排水。壓脂層的作用過(guò)濾掉水中的懸浮物及機(jī)械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過(guò)壓脂層均勻作用于樹(shù)脂層表面；防止樹(shù)脂在逆流再生中亂層。中間排液裝置的作用：中間排液裝置對(duì)逆流再生離子交換器運(yùn)行效果有較大影響，其作用是均勻排出再生液，防止樹(shù)脂亂層、流失外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，安裝時(shí)應(yīng)保證在交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)，排水裝置的作用是均勻收集處理好的水；另一個(gè)作用是均勻分配反洗進(jìn)水。20ppt課件進(jìn)水裝置的作用是均勻分布進(jìn)水于交換器的過(guò)水?dāng)嗝嫔?。另一個(gè)作用圖3-13逆流再生離子交換器外部結(jié)構(gòu)21ppt課件圖3-13逆流再生離子交換器外部結(jié)構(gòu)21ppt課件陽(yáng)床除鹽原理當(dāng)水通過(guò)強(qiáng)酸性H型陽(yáng)交換器時(shí)，水中所有的陽(yáng)離子都被強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂吸收，活性基團(tuán)上的H+被置換到水中，與水中的陰離子組合生成酸。其反應(yīng)式：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換反應(yīng)1/2Ca1/2SO41/2Ca1/2H2SO4

1/2MgNO3+RH→R1/2Mg+HNO3CIHCINa

HCO3

Na1/2H2CO3陽(yáng)離子交換器的出水是酸性水。但當(dāng)交換器運(yùn)行失效時(shí)，其出水中就會(huì)有其它陽(yáng)離子的泄漏，而在諸多的陽(yáng)離子中，首先漏出的陽(yáng)離子是Na+，故習(xí)慣上稱(chēng)之為漏鈉。當(dāng)出水中的Na+超過(guò)一個(gè)給定的極限值時(shí)，陽(yáng)離子交換器被判失效，需停運(yùn)再生后才能投入運(yùn)行。22ppt課件陽(yáng)床除鹽原理當(dāng)水通過(guò)強(qiáng)酸性H型陽(yáng)交換器時(shí)，水中所有的陽(yáng)離子都陽(yáng)床工作特性交換器不斷進(jìn)水，隨離子交換的不斷進(jìn)行，由于水中的Ca2+比Mg2+、Na2+與樹(shù)脂的親合力更大，更易被樹(shù)脂吸收，所以水中的Ca2+-離子可和已吸收了Mg2+的樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)，使Ca型樹(shù)脂層向下擴(kuò)展，而被置換下來(lái)的Mg2+一起與Na+型樹(shù)脂發(fā)生交換，使Mg2+型樹(shù)脂層下移而Na+的交換區(qū)域也逐漸下移。在運(yùn)行過(guò)程中，這三層不同型態(tài)的交換劑的高度在不斷地向下擴(kuò)展，如圖3.7.2所示。陽(yáng)床整個(gè)制水周期(運(yùn)行開(kāi)始到交換器失效這段時(shí)間)中電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化可用圖3.7.3表示。開(kāi)始通水正洗時(shí)隨水的不斷通入，水質(zhì)越來(lái)越好。因而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降（a點(diǎn)前）。在ab為穩(wěn)定制水過(guò)程，b點(diǎn)后樹(shù)脂開(kāi)始失效。此時(shí)水中鈉增加，氫離子減少而氫氧根增加，使酸度下降，電導(dǎo)率下降。23ppt課件陽(yáng)床工作特性交換器不斷進(jìn)水，隨離子交換的不斷進(jìn)行，由于水中的ab強(qiáng)酸H型陽(yáng)離子交換器典型出水曲線(xiàn)圖3.7.2交換器中離子分布情況

(a)開(kāi)始進(jìn)水時(shí)(b)交換器失效時(shí)24ppt課件ab強(qiáng)酸H型陽(yáng)離子交換圖3.7.2交換器中離子分布情況陽(yáng)床的再生無(wú)頂壓逆流再生的操作步驟：1）小反洗。只對(duì)壓脂層進(jìn)行反洗，沖洗掉積聚在壓脂層上的污染物。用水為該級(jí)交換器的進(jìn)口水，流速樹(shù)脂不亂層為宜，一直反洗至出水清澈為為止。2）放水。待樹(shù)脂顆粒下沉后，放掉中間排液裝置以上的水。3）進(jìn)再生液。將再生液放入交換器內(nèi)，嚴(yán)格控制其流速和濃度4）逆流再生。進(jìn)完再生液，關(guān)閉再生液計(jì)量箱出口閥，按再生液的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進(jìn)行沖洗，直至出水指標(biāo)合格為止。關(guān)閉進(jìn)水閥。5）小正洗。水從上部進(jìn)入，控制適當(dāng)?shù)牧魉?，洗去再生后壓脂層中殘留的再生廢液和雜質(zhì)。小正洗用水為運(yùn)行時(shí)的進(jìn)口水。6）正洗。用水自上而下進(jìn)行正洗，直到出水水質(zhì)合格，即可投入運(yùn)行。交換器經(jīng)過(guò)多周期運(yùn)行后，下部樹(shù)脂層也會(huì)受到一定程度的污染，必須定期對(duì)整個(gè)樹(shù)脂層進(jìn)行大反洗，大反洗前先進(jìn)行小反洗，在大反洗時(shí)流量應(yīng)由小到大，逐步增大。從下步進(jìn)水廢液由上部的反洗排水閥排出。25ppt課件陽(yáng)床的再生無(wú)頂壓逆流再生的操作步驟：25ppt課件逆流陽(yáng)離子交換器再生圖3-14逆流再生裝置操作過(guò)程示意（a）小反洗；(b)放水；(c)頂壓；(d)進(jìn)再生液；(e)逆流清洗；(f)小正洗；(g)正洗26ppt課件逆流陽(yáng)離子交換器再生圖3-14逆流再生裝置操作過(guò)程示意26離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂概述離子交換法是指某些材料遇水時(shí)，能將本身具有的離子與水中帶同類(lèi)電荷的離子進(jìn)行交換的方法，這些材料稱(chēng)為離子交換劑。在離子交換技術(shù)被應(yīng)用的初期，采用的只是天然的和無(wú)機(jī)質(zhì)的交換劑，目前普遍應(yīng)用于水處理中的離子交換劑是合成的離子交換樹(shù)脂。27ppt課件離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂概述1ppt課件交換樹(shù)脂的組成離子交換樹(shù)脂是由以下三部分組成：1單體。單體是聚合成高分子化合物的低分子有機(jī)物。它是樹(shù)脂的主要成分，又稱(chēng)母體。2交聯(lián)劑。交聯(lián)劑是固定樹(shù)脂形狀和增強(qiáng)樹(shù)脂機(jī)械強(qiáng)度的成分。常用的交聯(lián)劑是二乙烯苯。3交換集團(tuán)是由連接在單體上的具有活性離子的基團(tuán)。它是通過(guò)磺化反應(yīng)引入磺酸基—SO3H,通過(guò)胺化引入氨基，如季氨基—N+（CH3)328ppt課件交換樹(shù)脂的組成離子交換樹(shù)脂是由以下三部分組成：2ppt課件離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)骨架活性基團(tuán)酚醛樹(shù)脂聚乙烯樹(shù)脂交聯(lián)劑酸性基團(tuán)堿性基團(tuán)—SO3H—N+R3特殊基團(tuán)29ppt課件離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)骨架活性基團(tuán)酚醛樹(shù)脂聚乙烯樹(shù)脂交聯(lián)劑酸性基離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)1按活性基團(tuán)的性質(zhì)分類(lèi)根據(jù)離子交換樹(shù)脂所帶活性基團(tuán)的性質(zhì)，可分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂。按活性基團(tuán)上H+和OH-電離的強(qiáng)弱程度，又可以分為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換和弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂和弱堿性陰離子交換樹(shù)脂，此外按活性基團(tuán)的性質(zhì)還可分為螯合性、兩性以及氧化還原樹(shù)脂。30ppt課件離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)1按活性基團(tuán)的性質(zhì)分類(lèi)4ppt課件強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類(lèi)樹(shù)脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹(shù)脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3－，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。這兩個(gè)離子交換樹(shù)脂反應(yīng)使樹(shù)脂中的H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng)酸性樹(shù)脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類(lèi)樹(shù)脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基－COOH，能在水中離解出H+而呈酸性。樹(shù)脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO－（R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用。這種樹(shù)脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中（如pH5～14）起作用。這類(lèi)樹(shù)脂亦是用酸進(jìn)行再生（比強(qiáng)酸性樹(shù)脂較易再生）。

31ppt課件5ppt課件強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂這類(lèi)樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基（亦稱(chēng)四級(jí)胺基）－NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能在水中離解出OH－而呈強(qiáng)堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿（如NaOH）進(jìn)行再生。弱堿性陰離子樹(shù)脂這類(lèi)樹(shù)脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基（亦稱(chēng)一級(jí)胺基）-NH2、仲胺基（二級(jí)胺基）-NHR、或叔胺基（三級(jí)胺基）-NR2，它們?cè)谒心茈x解出OH－而呈弱堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液離子交換樹(shù)脂中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件（如pH1～9）下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。32ppt課件6ppt課件2按離子交換樹(shù)脂的孔型分類(lèi)（1）凝膠型樹(shù)脂。這種樹(shù)脂是由苯乙烯和二乙烯苯混合物在引發(fā)劑存在下進(jìn)行懸浮聚合得到的具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物，因?yàn)檫@種聚合物呈透明或半透明的凝膠結(jié)構(gòu)，所以稱(chēng)為凝膠型樹(shù)脂。凝膠型樹(shù)脂的網(wǎng)孔通常很小，平均孔徑約1~2nm，且大小不一。在干態(tài)下，這種網(wǎng)孔并不存在，當(dāng)浸入水中呈濕態(tài)時(shí)，它們才能顯示出來(lái)。因?yàn)槟z型樹(shù)脂孔徑小，不利于離子運(yùn)動(dòng)，直徑較大的分子通過(guò)時(shí)，容易堵塞網(wǎng)孔，再生時(shí)也不易洗脫下來(lái)，所以凝膠型樹(shù)脂易受到有機(jī)物污染。（2）大孔型樹(shù)脂。這類(lèi)樹(shù)脂的制備方法與凝膠型樹(shù)脂的不同不同點(diǎn)在于制備大孔結(jié)構(gòu)高分子聚合物骨架時(shí)加入了致孔劑，待聚合反應(yīng)完成后，再將致孔劑抽提出來(lái)，這樣便留下了永久性網(wǎng)孔33ppt課件2按離子交換樹(shù)脂的孔型分類(lèi)7ppt課件大孔型樹(shù)脂的特點(diǎn)是在整個(gè)樹(shù)脂內(nèi)部無(wú)論干或濕、收縮或膨脹都存在比凝膠型樹(shù)脂更大更多的孔（孔徑一般在20~100nm)，因此比表面積大，所以它具有抗有機(jī)物污染的能力，被截留在網(wǎng)孔中的有機(jī)物容易在再生過(guò)程中洗脫下來(lái)。大孔型樹(shù)脂占據(jù)一定的空間，離子交換基團(tuán)含量相對(duì)減少，所以交換容量比凝膠型樹(shù)脂低一些。（3）按單體種類(lèi)分類(lèi)按合成樹(shù)脂的交聯(lián)度種類(lèi)不同，離子交換樹(shù)脂還可以分為苯乙烯系，丙烯酸系等。此外，還有酚醛系、環(huán)氧系、乙烯吡啶系和尿醛系等，但未在水處理領(lǐng)域中應(yīng)用。34ppt課件8ppt課件離子交換樹(shù)脂的命名方法離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品的型號(hào)是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1631—1979《離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品分類(lèi)、命名及型號(hào)》制定的。1名稱(chēng)離子交換樹(shù)脂的全名稱(chēng)由分類(lèi)名稱(chēng)、骨架名稱(chēng)、基本名稱(chēng)依次排列組成?；久Q(chēng)為離子交換樹(shù)脂。大孔型樹(shù)脂在全名稱(chēng)前加“大孔”兩字。分類(lèi)屬酸性的在基本名稱(chēng)前加“陽(yáng)”字，屬堿性的在基本名稱(chēng)前加“陰”字。35ppt課件離子交換樹(shù)脂的命名方法離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品的型號(hào)是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)G2型號(hào)離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品的型號(hào)以三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，第一位數(shù)字代表產(chǎn)品分類(lèi)，第二位數(shù)字代表骨架組成，第三位數(shù)字為順序號(hào)，用來(lái)區(qū)別活性基團(tuán)或交聯(lián)劑的差異。代號(hào)數(shù)字的見(jiàn)下表。凡屬大孔型樹(shù)脂，在樹(shù)脂前加“大”字的漢語(yǔ)拼音首字母“D”；凡屬于凝膠型樹(shù)脂在型號(hào)前不加任何字母，交聯(lián)度可在型號(hào)后用“x”符號(hào)連接阿拉伯?dāng)?shù)字表示。36ppt課件2型號(hào)10ppt課件37ppt課件11ppt課件離于交換樹(shù)脂型號(hào)圖解如下：38ppt課件離于交換樹(shù)脂型號(hào)圖解如下：12ppt課件離子交換樹(shù)脂的性能一物理性能①外觀樹(shù)脂是一種透明或半透明的物質(zhì)，因其組成不同，顏色各異，如苯乙烯樹(shù)脂呈黃色，也有呈黑色和赤褐色的，但對(duì)性能影響不大。一般情況下，原料雜質(zhì)多或交聯(lián)劑多，樹(shù)脂的顏色稍深（但樹(shù)脂在運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)楦鞣N原因有時(shí)顏色也會(huì)變化）。樹(shù)脂外形呈球狀，要求圓球率達(dá)到90%以上。②粒度樹(shù)脂顆粒的大小將影響交換速度、壓力損失、反洗效果等。顆粒大小不能相差太大。用于水處理的離子交換樹(shù)脂的顆粒以0.3~1.2mm目為宜。粒度的表示方法以有效粒徑和不均勻系數(shù)來(lái)表示。③密度關(guān)系到水處理工藝和樹(shù)脂裝填量。密度的表示方法有：干真密度（一般1.6g/cm3左右）、濕真密度（一般1.04～1.30g/cm3之間）、濕視密度（一般在0.60～0.80g/cm3之間）。④含水率樹(shù)脂的含水率越大，表示孔隙率越大，交聯(lián)度越小。⑤溶脹率樹(shù)脂浸水之后要溶脹，它與交聯(lián)度、活性基團(tuán)、交換容量、水中電解質(zhì)密度、可交換離子的性質(zhì)等有關(guān)。樹(shù)脂在交換與再生過(guò)程中會(huì)發(fā)生脹縮現(xiàn)象，多次脹縮樹(shù)脂易碎裂。⑥耐磨性反映樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度。它應(yīng)保證每年樹(shù)脂耗量不超過(guò)7%。⑦溶解性樹(shù)脂內(nèi)含有低聚合物要逐漸溶解，在樹(shù)脂使用過(guò)程中也會(huì)發(fā)生膠溶。⑧耐熱性陽(yáng)樹(shù)脂耐溫100℃左右，強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂可耐60℃，弱堿性陰樹(shù)脂可耐溫80℃。但在低于或等于0℃時(shí)，易結(jié)冰而破碎。⑨導(dǎo)電性干樹(shù)脂不導(dǎo)電，濕樹(shù)脂可電導(dǎo)。39ppt課件離子交換樹(shù)脂的性能一物理性能13ppt課件二、化學(xué)性能離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)有：離子交換、催化、絡(luò)鹽形成等。其中用于電廠水處理的，主要是利用它的離子交換性質(zhì)。所以，這里僅介紹離子交換反應(yīng)的可逆性、選擇性和表示交換能力大小的交換容量。（一）離子交換反應(yīng)的可逆性。當(dāng)離子交換樹(shù)脂遇到水中的離子時(shí)，能發(fā)生離子交換反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果，樹(shù)脂的骨架不變，只是樹(shù)脂中交換基團(tuán)上能解離的離子與水中帶同種電荷的離子發(fā)生交換。例如，用8%左右的食鹽水，通過(guò)RH樹(shù)脂后，出水中的H+濃度增加，Na+濃度減小。這說(shuō)明食鹽水通過(guò)RH樹(shù)脂時(shí)，樹(shù)脂中的H+進(jìn)入水中，食鹽水中的Na+交換到樹(shù)脂上。這一反應(yīng)為：

RH+NaCl→RNa+HCl或 RH+Na+→RNa+H+如果用4%左右的鹽酸通過(guò)已經(jīng)變成RNa的樹(shù)脂后，出水中的Na+濃度增加，H+濃度減小。說(shuō)明樹(shù)脂中的Na+進(jìn)入水中，而鹽酸中的H+交換到樹(shù)脂上。這一反應(yīng)為：

RNa+HCl→RH+NaCl或 RNa+H+→RH+Na+對(duì)照兩個(gè)反應(yīng)我們知道：離子交換反應(yīng)是可逆的。這種可逆反應(yīng)，可用可逆反應(yīng)式表示：

RH+NaCl←RNa+HCl或 RH+Na+RNa+H+40ppt課件二、化學(xué)性能14ppt課件（二）離子交換反應(yīng)的選擇性。這種選擇性是指樹(shù)脂對(duì)水中某種離子所顯示的優(yōu)先交換或吸著的性能。同種交換劑對(duì)水中不同離子選擇性的大小，與水中離子的水合半徑以及水中離子所帶電荷大小有關(guān)；不同種的交換劑由于交換基團(tuán)不同，對(duì)同種離子選擇性大小也不一樣。下面介紹四種交換劑對(duì)離子選擇性的順序：1．強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑，對(duì)水中陽(yáng)離子選擇順序：

Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>H+2.弱酸性陽(yáng)離子交換劑，對(duì)水中陽(yáng)離子的選擇順序：

H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+從上述選擇順序來(lái)看，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑對(duì)H+的吸著力不強(qiáng)；而弱酸性陽(yáng)離子交換劑則容易吸著H+。所以，實(shí)際應(yīng)用中，用酸再生弱酸性陽(yáng)離子交換劑比再生強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑要容易得多。41ppt課件（二）離子交換反應(yīng)的選擇性。15ppt課件3.強(qiáng)堿性陰離子交換劑，對(duì)水中陰離子的選擇順序：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3-4.弱堿性陰離子交換劑，對(duì)水中陰離子的選擇順序：

OH->SO42->NO3->Cl->HCO3-

從陰離子交換劑的選擇性來(lái)看，用堿再生弱堿性陰離子交換劑比再生強(qiáng)堿性陰離子交換劑容易。但是弱堿性陰離子交換劑吸著HSiO3-很弱甚至不吸著。因此，弱堿性陰離子交換劑用于除掉水中強(qiáng)酸根離子。（三）交換劑的交換容量。交換容量是離子交換劑的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。它定量地表示出一種樹(shù)脂能交換離子的多少。交換容量分為全交換容量和工作交換容量。1.全交換容量。全交換容量是指離子交換劑能交換離子的總數(shù)量。這一指標(biāo)表示交換劑所有交換基團(tuán)上可交換離子的總量。同一種離子交換劑，它的全交換容量是一個(gè)常數(shù)，常用mmol/g來(lái)表示。2.工作交換容量。工作交換容量就是在實(shí)際運(yùn)行條件下，可利用的交換容量。在實(shí)際離子交換過(guò)程中，可能利用的交換容量比全交換容量小得多，大約只有全交換容量的60-70%。某種樹(shù)脂的工作交換容量大小和樹(shù)脂的具體工作條件有關(guān)，如水的pH值、水中離子濃度、交換終點(diǎn)的控制標(biāo)準(zhǔn)、樹(shù)脂層的高度和水的流速等條件，都影響樹(shù)脂的工作交換容量。工作交換容量常用mol/m3來(lái)表示。42ppt課件3.強(qiáng)堿性陰離子交換劑，對(duì)水中陰離子的選擇順序：16ppt陽(yáng)床內(nèi)外部結(jié)構(gòu)順流再生離子交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-進(jìn)水裝置；2-再生液分配裝置；3-樹(shù)脂層；4-排水裝置43ppt課件陽(yáng)床內(nèi)外部結(jié)構(gòu)順流再生離子交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)17ppt課件圖3-11順流再生離子交換器的外部結(jié)構(gòu)44ppt課件圖3-11順流再生離子交換器的外部結(jié)構(gòu)18ppt課件排水裝置壓脂層200mm進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹(shù)脂層1600mm逆流再生陽(yáng)離子交換器結(jié)構(gòu)圖45ppt課件排水裝置壓脂層200mm進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹(shù)脂層1進(jìn)水裝置的作用是均勻分布進(jìn)水于交換器的過(guò)水?dāng)嗝嫔?。另一個(gè)作用是均勻收集反洗排水。壓脂層的作用過(guò)濾掉水中的懸浮物及機(jī)械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過(guò)壓脂層均勻作用于樹(shù)脂層表面；防止樹(shù)脂在逆流再生中亂層。中間排液裝置的作用：中間排液裝置對(duì)逆流再生離子交換器運(yùn)行效果有較大影響，其作用是均勻排出再生液，防止樹(shù)脂亂層、流失外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，安裝時(shí)應(yīng)保證在交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)，排水裝置的作用是均勻收集處理好的水；另一個(gè)作用是均勻分配反洗進(jìn)水。46ppt課件進(jìn)水裝置的作用是均勻分布進(jìn)水于交換器的過(guò)水?dāng)嗝嫔稀Ａ硪粋€(gè)作用圖3-13逆流再生離子交換器外部結(jié)構(gòu)47ppt課件圖3-13逆流再生離子交換器外部結(jié)構(gòu)21ppt課件陽(yáng)床除鹽原理當(dāng)水通過(guò)強(qiáng)酸性H型陽(yáng)交換器時(shí)，水中所有的陽(yáng)離子都被強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂吸收，活性基團(tuán)上的H+被置換到水中，與水中的陰離子組合生成酸。其反應(yīng)式：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換反應(yīng)1/2Ca1/2SO41/2Ca1/2H2SO4

1/2MgNO3+RH→R1/2Mg+HNO3