離子交換實(shí)驗(yàn)

1、專業(yè)： 環(huán)境工程 姓名： 王 義 學(xué)號(hào)： 3071401071 日期： 2010-4-2 地點(diǎn)： 中心北樓513 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 水處理工程實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師： 胡宏 成績：_實(shí)驗(yàn)名稱： 離子交換實(shí)驗(yàn) 類型：_同組學(xué)生姓名： 陳巧麗、林蓓等 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵箅x子交換法是一種借助于離子交換劑上的離子和廢水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)而除去廢水中有害離子的方法。離子交換是一種特殊吸附過程，通常是可逆性化學(xué)吸附；其特點(diǎn)是吸附水中離子化物質(zhì)，并進(jìn)行等

2、電荷的離子交換。裝 訂 線離子交換劑分無機(jī)的離子交換劑如天然沸石，人工合成沸石，及有機(jī)的離子交換劑如磺化煤和各種離子交換樹脂。在應(yīng)用離子交換法進(jìn)行水處理時(shí)，需要根據(jù)離子交換樹脂的性能設(shè)計(jì)離子交換設(shè)備，決定交換設(shè)備的運(yùn)行周期和再生處理。通過本實(shí)驗(yàn)希望達(dá)到下述目的：1) 加深對(duì)離子交換基本理論的理解；學(xué)會(huì)離子交換樹脂的鑒別；2) 學(xué)會(huì)離子交換設(shè)備操作方法；3) 學(xué)會(huì)使用手持式鹽度計(jì)，掌握pH計(jì)、電導(dǎo)率儀的校正及測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理由于離子交換樹脂具有交換基因，其中的可游離交換離子能與水中的同性離子進(jìn)行等當(dāng)量交換。用酸性陽離子交換樹脂除去水中陽離子，反應(yīng)式如下：nRH + M+n RnM +

3、 nH+M陽離子n離子價(jià)數(shù)R交換樹脂用堿性陰離子交換樹脂除去水中的陰離子，反應(yīng)式如下：nROH + Yn RnY + nOH-Y陰離子離子交換法是固體吸附的一種特殊形式，因此也可以用解吸法來解吸，進(jìn)行樹脂再生。本實(shí)驗(yàn)采用自來水為進(jìn)水，進(jìn)行離子交換處理。因?yàn)樽詠硭泻休^多量的陰、陽離子，如Cl¯， NH4+，Ca2+，Mg2+，F(xiàn)e3+，Al3+，K+，Na+等。在某些工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、醫(yī)療衛(wèi)生等工作中所用的水，以及某些廢水深度處理過程中，都需要除去水中的這些離子。而采用離子交換樹脂來達(dá)到目的是可行的方法。本實(shí)驗(yàn)采用測(cè)量水中電導(dǎo)率值或鹽度的方法來間接地、近似地表示離子的去除情況。三、

4、主要儀器設(shè)備離子交換樹脂的鑒別：30ml試管數(shù)支、吸管1支、5ml移液管數(shù)支，廢液缸一個(gè)；1mol.L-1HCl溶液、5mol/L NH4OH溶液、1 mol.L-1NaOH溶液、10%CuSO4溶液，酚酞指示劑、甲基紅指示劑；離子交換樹脂對(duì)水中離子的交換作用：燒杯50ml 5只，METTLER TOLEDO 326電導(dǎo)率儀1臺(tái)、PHS-9V型酸度計(jì)一臺(tái)、手握式鹽度計(jì)一支，清水、模擬廢水，流量計(jì)，砂濾柱、陽樹脂柱、陰樹脂柱、混樹脂柱裝置一套。交換柱有效值：=9cm，h=100cm。圖1 離子交換實(shí)驗(yàn)裝置流程圖四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟Ø 離子交換樹脂的鑒別第一步：1) 取試樣樹脂2g，置

5、于20ml 試管中，用吸管吸去樹脂的附著水；2) 加入1mol.L-1HCl 5ml ，搖動(dòng)12 分鐘，將上部清液吸去，重復(fù)操作23次；3) 加入純水，搖動(dòng)后將上部清液吸去，重復(fù)操作23 次；4) 加入10%CuSO4 5ml，搖動(dòng)一分鐘，按 3)充分用純水清洗。第二步：經(jīng)第一步處理，如樹脂變?yōu)闇\綠色，加入5mol.L-1NH4OH 2ml，搖動(dòng)一分鐘，用純水充分清洗。如樹脂經(jīng)處理后，顏色加深（深藍(lán)）則為強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。如樹脂淺綠顏色不變，則為弱堿性陰離子交換樹脂。第三步：經(jīng)第一步處理后，如樹脂不變色，則：1) 加入1mol.L-1NaOH 5ml，搖動(dòng)一分鐘后用純水充分清洗干凈；2)

6、加入酚酞5 滴，搖動(dòng)一分鐘，用純水充分清洗；3) 經(jīng)此處理后，樹脂呈紅色，則為強(qiáng)堿性陰樹脂。第四步：經(jīng)第三步處理后，樹脂不變色，則：1) 加入1mol.L-1HCl 5ml，搖動(dòng)一分鐘，然后用純水清洗23 次；2) 加入5 滴甲基紅，搖動(dòng)一分種，用純水充分清洗；3) 經(jīng)處理后，樹脂呈桃紅色，則為弱酸性陽樹脂；如樹脂不變色，則該樹脂無離子交換能力。Ø 離子交換樹脂對(duì)水中離子的交換作用1、 熟悉離子交換柱的流程、閥門的位置和開閥的次序；2、 測(cè)定原水pH，電導(dǎo)率，記入表中；3、 打開進(jìn)水閥，分別調(diào)節(jié)在50L/h、20L/h的進(jìn)水流量下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；4、 在相應(yīng)的進(jìn)水流量分別穩(wěn)定30、55分鐘

7、后，分別取進(jìn)水水樣、陽柱出水水樣、陰柱出水水量、混合柱出水水樣各20ml。測(cè)定各水樣的pH、電導(dǎo)率，鹽度。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理表1 離子交換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)日期： 2010 年 4 月 2 日， 星期五 原水特性：溫度 15 pH 6.87.1 電導(dǎo)率 28.7µS/cm 鹽度 15ppm 出水水質(zhì)交換柱水流速度陽離子交換柱陰離子交換柱陰陽離子交換柱鹽度(ppm)pH電導(dǎo)率(µS/cm)鹽度(ppm)pH電導(dǎo)率(µS/cm)鹽度(ppm)pH電導(dǎo)率(µS/cm)50L/h253.9947.389.8912.708.701.120L/h293.9452

8、.5810.0717.408.480表2 離子交換實(shí)驗(yàn)鹽度去除率表出水水質(zhì)50L/h 20L/h 陽離子交換柱-66.7%-93.3%陰離子交換柱46.7%46.7%陰陽離子交換柱100%100%【規(guī)律觀察】由上圖2至圖6及表2可發(fā)現(xiàn)，同樣的模擬NaCl廢水，在水流速度分別為50L/h、20L/h時(shí)，依次經(jīng)過陽離子交換柱、陰離子交換柱及陰陽離子交換柱后，出水水質(zhì)的變化基本一致，各參數(shù)值相差也不大：pH值：模擬廢水的pH本值為6.8-7.1，屬于中性廢水；經(jīng)過陽離子交換柱后，pH均下降至3.9左右，出水呈現(xiàn)中酸性；再經(jīng)過陰離子交換柱后，出水的pH值均上升至10左右，呈現(xiàn)中堿性；最后經(jīng)過混離子交換

9、柱后，出水的pH值又降低至8.5左右，呈現(xiàn)弱堿性。電導(dǎo)率：原廢水的電導(dǎo)率為28.7µS/cm，經(jīng)過陽離子交換柱后，電導(dǎo)率均上升至50µS/cm左右；再經(jīng)過陰離子交換柱后，出水的電導(dǎo)率卻都下降至15µS/cm左右；最后經(jīng)過混離子交換柱后，出水的電導(dǎo)率又基本上降低至零。但是，仔細(xì)比較圖4、圖5，可發(fā)現(xiàn)不同水流速度下，電導(dǎo)率的變化相比而言有一定差別，就是50L/h水流速度時(shí)陽、陰離子交換柱的出水電導(dǎo)率都小于20L/h水流速度時(shí)對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率值；但陰陽離子交換柱出水卻是20L/h水流速度時(shí)的電導(dǎo)率更低。鹽度：模擬廢水的鹽度本底值為15ppm，經(jīng)過陽樹脂柱后，鹽度都出現(xiàn)了明顯

10、的增大，分別達(dá)到了25ppm、29ppm；再經(jīng)過陰離子交換柱后，鹽度卻呈現(xiàn)出明顯的減小，且均比原模擬廢水的鹽度小，降到了8ppm；最后經(jīng)過混樹脂柱后，鹽度都降到了零。鹽度去除率：模擬廢水的鹽度值基本保持不變，因而鹽度去除率的變化趨勢(shì)基本等同于出水鹽度變化趨勢(shì)；廢水經(jīng)過陽樹脂柱后，鹽度都明顯增大使鹽度去除率為負(fù)，再經(jīng)陰樹脂柱，出水鹽度減小到比原模擬廢水的鹽度還要小，鹽度去除率是正值，最后經(jīng)過混樹脂柱后，出水鹽度去除率都達(dá)到了100%。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析【離子交換樹脂的鑒別】鑒別各類離子交換樹脂的具體方法步驟與產(chǎn)生的反應(yīng)結(jié)果可由下圖表示：各步的反應(yīng)機(jī)理為：鑒定前加入1mol/L HCl約5ml，目

11、的是使樹脂再生，本實(shí)驗(yàn)小組使用的是新鮮樹脂，只需加入約1ml的鹽酸便可，搖動(dòng)后加入純水清洗，再加入10%CuSO4約2.5ml，搖動(dòng)再清洗，觀察顏色：1) 若為強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，由于Cu2+交換勢(shì)強(qiáng)于H+，加入的Cu2+會(huì)與H+發(fā)生離子交換，而Cu2+與樹脂結(jié)合后生成水合銅離子，清洗之后樹脂呈現(xiàn)淺綠色；2) 若為弱堿性陰離子交換樹脂，則水合銅離子與弱堿性陰離子交換樹脂固定基團(tuán)NH3OH、NH2OH及NHOH中的-N-H中的氮原子配位形成類似于銅氨絡(luò)離子的特殊結(jié)構(gòu)，從而使樹脂清洗后亦呈現(xiàn)淺綠色；3) 若為弱酸性陽離子交換樹脂（氫離子具有最強(qiáng)的交換勢(shì)）或強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，則不會(huì)有離子交換發(fā)

12、生，清洗后樹脂不會(huì)有顏色變化。若第一步處理后，樹脂呈現(xiàn)淺綠色，則樹脂可能是強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂或弱堿性陰離子交換樹脂，再加入5mol/LNH4OH約2ml，搖動(dòng)再清洗，觀察顏色變化：1) 若為強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，則原先生成的淺綠色水合銅離子會(huì)與NH4OH繼續(xù)反應(yīng)生成藍(lán)色的銅氨絡(luò)離子，樹脂顏色加深；2) 若為弱堿性陰離子交換樹脂，加入NH4OH后沒有反應(yīng)發(fā)生，無顏色變化，樹脂仍呈淺綠色。若第一步處理后，樹脂不變色，再加入1mol/L NaOH約2ml再生后，純水清洗，再加入2-3滴酚酞，充分搖動(dòng)后再清洗，觀察：1) 若為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，再生后樹脂上的OH-會(huì)與酚酞發(fā)生顯色反應(yīng)，呈現(xiàn)出紅色

13、；2) 若為弱酸性陽離子交換樹脂或樹脂沒有離子交換能力，加入酚酞之后都不會(huì)有顯色反應(yīng)的進(jìn)行，樹脂都不會(huì)有顏色變化。經(jīng)第三步處理后，若樹脂仍不變色，再加入1mol/L HCl約5ml再生后純水清洗，再加入甲基紅2-3滴，充分搖動(dòng)后再清洗，觀察：1) 若為弱酸性陽離子交換樹脂，再生后，樹脂上的H+會(huì)與加入的甲基紅發(fā)生顯色反應(yīng)，樹脂呈桃紅色；2) 若樹脂沒有離子交換能力，再生后加入甲基紅，樹脂不會(huì)有顏色變化。本次實(shí)驗(yàn)中，我們小組鑒別的是D號(hào)樹脂，鑒定步驟及各步的反應(yīng)結(jié)果如右圖示，鑒定結(jié)果為：D樹脂是強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂?！静煌x子交換柱出水性質(zhì)變化探討分析】廢水在陽離子交換柱中，水中陽離子（本實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

14、擬廢水中主要是Na+）與H+發(fā)生如下離子交換：RSO3-H+ + Na+ RSO3-Na+ + H+由此易知陽離子交換柱出水的pH值會(huì)因水中H+的大量增加而降低；原廢水的電導(dǎo)率及鹽度的主要貢獻(xiàn)者就是Na+、Cl-，而H+的電導(dǎo)率、遷移率均比Na+的高，不是因?yàn)镠+的離子半徑較小，而是因?yàn)椤癆 hydrogen ion, H+(or OH-), could make a new bond with a nearby water molecule. The water molecule then releases a new hydrogen ion off its other side, res

15、ulting in the apparent motion of a hydrogen ion without any single ion actually moving. This process continues through the solution, resulting in high conductivities for H+ and OH¯”，因而等量H+與Na+離子交換后，陽離子交換柱出水的電導(dǎo)率會(huì)明顯增大；又電導(dǎo)率與鹽度存在一定的正相關(guān)性（見水樣鹽度與電導(dǎo)率關(guān)系分析），則其出水鹽度也會(huì)出現(xiàn)明顯的增大。陰離子交換柱中，水樣中陰離子（本實(shí)驗(yàn)?zāi)M廢水中主要是Cl-）與

16、OH-發(fā)生離子交換，進(jìn)入水樣中的OH-立即會(huì)與廢水流經(jīng)陽離子交換柱產(chǎn)生的H+反應(yīng)，促進(jìn)了離子交換的進(jìn)行，因而陰離子交換柱的出水呈堿性，pH大于7；雖然導(dǎo)電機(jī)制類似，但是OH-的電導(dǎo)率、遷移率均比H+的低，且水樣中OH-、H+濃度都很低，“The most important fact for measuring seawater salinity is that anything that is not present at relatively high concentrations just doesnt contribute significantly to the total. Eve

17、n H+ and OH¯, with their high inherent conductivities, do not contribute much because they are present at very low concentrations”，故此時(shí)陰離子交換柱出水的電導(dǎo)率和鹽度都下降，且比原廢水還要小。流經(jīng)陰陽離子混合柱后，水樣中Na+、Cl-進(jìn)一步與H+、OH-發(fā)生離子交換，相互促進(jìn)直至水樣中Na+、Cl-基本被交換完畢，之前陰離子交換柱出水中的OH-被部分中和，混合柱出水的pH下降至接近中性，也因其基本只含很少量的H+、OH-，故電導(dǎo)率及鹽度下降至幾近于0?！?/p>

18、不同流量對(duì)交換柱出水性質(zhì)的影響探討】廢水流量增大則交換柱水流速度增大，會(huì)導(dǎo)致兩方面的變化：廢水在離子交換柱內(nèi)的停留時(shí)間減少；交換柱內(nèi)水流的湍動(dòng)程度增大，進(jìn)而使廢水中陰陽離子擴(kuò)散速度增大。離子交換的總速度取決于離子擴(kuò)散速度，因?yàn)殡x子交換的反應(yīng)速度比較大，因而廢水流量的增大可在一定程度上增大離子交換的總速度。由圖4圖6可看出，廢水流量不同，停留時(shí)間不同，雖然出水水質(zhì)的變化基本一致，各參數(shù)值相差也不大，但總體來講，陽、陰離子交換柱出水的主導(dǎo)離子濃度，不論是H+或OH-，20L/h流量時(shí)總要大于50L/h流量時(shí)，因而出水的pH比較會(huì)如圖4所示，電導(dǎo)率和鹽度也是20L/h流量時(shí)大于50L/h流量時(shí)；而在

19、流經(jīng)混合柱后20L/h流量的出水pH更接近中性且其電導(dǎo)率更低。由此可知，停留時(shí)間（廢水與離子交換柱的接觸時(shí)間）是離子交換量的主要影響因素之一。【水樣鹽度與電導(dǎo)率關(guān)系分析】 提取本實(shí)驗(yàn)中各水樣的電導(dǎo)率、鹽度測(cè)定數(shù)據(jù)，以水樣電導(dǎo)率（µS/cm）為橫坐標(biāo)，水樣鹽度（ppm）為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)后可發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)大致呈直線分布，線性擬合后可得到線性回歸方程Y=0.544X-0.280，相關(guān)系數(shù)R高達(dá)0.997，且達(dá)到了極顯著水平（P<0.0001），相關(guān)性好，因而一定濃度范圍內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)廢水的含鹽量與電導(dǎo)率呈正相關(guān)，用水樣電導(dǎo)率值衡量水樣鹽度大小是準(zhǔn)確的。因此對(duì)本實(shí)驗(yàn)類型的廢水，用標(biāo)準(zhǔn)溶液的電導(dǎo)率

20、、鹽度數(shù)據(jù)確定回歸方程后，用電導(dǎo)法測(cè)定水樣鹽度不失為一種簡(jiǎn)便、快速且準(zhǔn)確的方法；但必須強(qiáng)調(diào)和指出的是，電導(dǎo)率受離子濃度、離子組成、離子遷移率、溶液溫度和電導(dǎo)池常數(shù)的影響，根據(jù)上述方法而得到的標(biāo)準(zhǔn)回歸線有其適用的閾值范圍（本實(shí)驗(yàn)為鹽度0-47ppm），不宜外延，否則可能會(huì)產(chǎn)生失誤。【誤差分析】本實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)誤差主要出現(xiàn)在離子交換樹脂對(duì)水中離子的交換作用取樣、測(cè)定：1) 本實(shí)驗(yàn)中廢水流量是通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)來控制，實(shí)驗(yàn)溫度為15而液體轉(zhuǎn)子計(jì)刻度是用20的水進(jìn)行標(biāo)定的，因而廢水的實(shí)際流量與記錄值間存在一定誤差；2) 實(shí)驗(yàn)過程中廢水流量總在不停波動(dòng)，出水取樣也會(huì)對(duì)后續(xù)離子交換柱的運(yùn)行產(chǎn)生一定影響；且系統(tǒng)穩(wěn)定

21、所需時(shí)間不可知但是實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，估計(jì)的穩(wěn)定時(shí)間有誤差；3) 燒杯等實(shí)驗(yàn)器材潔凈度，取樣所用的燒杯雖經(jīng)過蒸餾水清洗，但學(xué)校提供的蒸餾水鹽度為2，故燒杯的不夠干凈會(huì)對(duì)電導(dǎo)率、鹽度測(cè)定結(jié)果造成影響；4) 離子交換柱出水取樣應(yīng)該同始同終且等量進(jìn)行，小組配合實(shí)驗(yàn)?zāi)茏龅酵瑫r(shí)開始取樣，但未能取到相當(dāng)體積的水樣且同時(shí)停止取樣；5) 本實(shí)驗(yàn)中水樣的pH、電導(dǎo)率測(cè)定前都需要進(jìn)行校正，如電導(dǎo)率儀校正時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)溶液的電導(dǎo)率和待測(cè)液的電導(dǎo)率相差很大等，這對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度有一定的影響；6) 實(shí)驗(yàn)中所使用的各類儀器設(shè)備本身帶入的誤差，如鹽度計(jì)、酸度計(jì)及電導(dǎo)率儀等。七、討論、心得u 本實(shí)驗(yàn)中水樣鹽度、電導(dǎo)率及pH值的測(cè)定是本

22、實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵；離子交換樹脂鑒別中要特別注意清洗及搖動(dòng)充分，為減少各操作步驟帶入的實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)注意如下事項(xiàng)：1) 為保證離子交換樹脂鑒別的準(zhǔn)確性，不可忘記樹脂的再生，且加入某試劑后要注意充分搖動(dòng)再純水充分清洗，清洗如果不干凈，加入的試劑本身的顏色或發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)會(huì)干擾判定；2) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制廢水流量的準(zhǔn)確性有限，實(shí)驗(yàn)中要經(jīng)常關(guān)注其讀數(shù)變化，確保廢水流量的穩(wěn)定；3) 離子交換達(dá)到穩(wěn)定需要一定時(shí)間，取樣前要保證足夠的穩(wěn)定時(shí)間；4) 取樣用的燒杯要盡量確保其足夠潔凈，減少測(cè)定誤差；5) 小組實(shí)驗(yàn)要注意協(xié)調(diào)，特別是取樣要盡量同始、同終、等量且足量，進(jìn)行水樣的鹽度、電導(dǎo)率及pH值的測(cè)定時(shí)要充分?jǐn)嚢?，?zhǔn)確記

23、錄數(shù)據(jù)。u 應(yīng)用離子交換法進(jìn)行水處理時(shí)，處理水質(zhì)對(duì)交換樹脂的交換能力有直接的、不可忽視的影響：A. 懸浮物、油脂：廢水中的懸浮物會(huì)堵塞樹脂孔隙，油脂會(huì)包住樹脂顆粒，這些都會(huì)使交換能力下降，因此當(dāng)這些物質(zhì)含量較多時(shí)，應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理的方法有過濾、吸附等。B. 有機(jī)物廢水中某些高分子有機(jī)物與樹脂活性基團(tuán)的固定離子結(jié)合力很大，一旦結(jié)合就很難進(jìn)行再生，降低了樹脂的再生率和交換能力。為減少樹脂的有機(jī)污染，可選用低交聯(lián)度的樹脂或者進(jìn)行預(yù)處理。C. 高價(jià)金屬離子：廢水中Fe3+、Cr3+、Al3+等高價(jià)金屬離子可能引起樹脂中毒，如樹脂受鐵中毒時(shí)，樹脂顏色會(huì)變深。另外，高價(jià)金屬離子易被樹脂吸附，再生時(shí)難于

24、把它洗脫下來，大大降低了樹脂的交換能力；為了恢復(fù)樹脂的交換能力，可用高濃度酸長時(shí)間浸泡。D. pH值：強(qiáng)酸和強(qiáng)堿樹脂活性基團(tuán)的電解能力很強(qiáng)，交換能力基本上與pH值無關(guān)；但弱酸樹脂在低pH值時(shí)不電離或部分電離，在堿性條件下才能得到較大的交換能力，而弱堿性樹脂在酸性溶液中才能得到較大的交換能力。螯合樹脂對(duì)金屬的結(jié)合力與pH值有很大關(guān)系，對(duì)每種金屬都有適宜的pH值。另外，有些雜質(zhì)在廢水中存在的狀態(tài)與pH值有關(guān)。E. 水溫：水溫高時(shí)可加速離子交換的擴(kuò)散，但各種離子交換樹脂都有一定的允許使用溫度范圍。水溫超過允許溫度時(shí)，會(huì)使樹脂交換基團(tuán)被分解破壞，降低樹脂的交換能力。F. 氧化劑：廢水中如果含有氧化劑(

25、如Cl2、O2、H2Cr2O7等)時(shí)，會(huì)使樹脂氧化分解，如強(qiáng)堿性陰樹脂易被氧化劑氧化，使交換基團(tuán)變成非堿性物質(zhì)，完全喪失交換能力；氧化作用還會(huì)影響交換樹脂的母體進(jìn)而加速樹脂的老化，使其交換能力降低?？蛇x用交聯(lián)度大的樹脂或者加入適當(dāng)?shù)倪€原劑減輕氧化劑對(duì)樹脂的影響；用離子交換樹脂處理高濃度電解質(zhì)廢水時(shí)，由于滲透壓的作用會(huì)使樹脂發(fā)生破碎現(xiàn)象，處理這種廢水一般選用交聯(lián)度大的樹脂。u 關(guān)于離子交換法及離子交換劑的簡(jiǎn)單介紹：離子交換法是水處理中軟化和除鹽的主要方法之一，是一種借助于離子交換劑上的離子和廢水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)而除去廢水中有害離子的方法，其實(shí)質(zhì)是不溶性離子化合物（離子交換劑）上的交換離子與溶

26、液中的其他同性離子的交換反應(yīng)。離子交換是一種特殊吸附過程，通常是可逆性化學(xué)吸附。其特點(diǎn)是吸附水中離子化物質(zhì)，并進(jìn)行等電荷的離子交換。離子交換是可逆反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)RA+B+ RB+A+，平衡狀態(tài)下，樹脂及溶液中反應(yīng)物濃度符合關(guān)系：式中： RB、RA樹脂中A+、B+的離子濃度；A+、B+溶液中A+、B+的離子濃度；K平衡選擇系數(shù)（同一種樹脂對(duì)不同離子交換反應(yīng)的平衡選擇系數(shù)不同，選擇系數(shù)大于1說明該樹脂對(duì)B+的親和力大于對(duì)A+的親和力，即有利于進(jìn)行B+交換反應(yīng)）離子交換劑分無機(jī)的離子交換劑如天然沸石及有機(jī)的離子交換劑如磺化煤、各種離子交換樹脂?；腔菏且蕴烊幻簽樵稀釮2SO4磺化處理制成，交換容量

27、低、機(jī)械強(qiáng)度差、化學(xué)穩(wěn)定性較差，已逐漸為離子交換樹脂取代；工業(yè)應(yīng)用中，離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復(fù)再生使用，工作壽命長，運(yùn)行費(fèi)用較低(雖然一次投入費(fèi)用較大)；以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù)，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等各具獨(dú)特的功能，可以進(jìn)行各種特殊的工作，是其他方法難以做到的，離子交換技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還在迅速發(fā)展之中。離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體（又稱母體或骨架）和活性基團(tuán)兩部分組成。生產(chǎn)離子交換劑的樹脂母體最常見的是苯乙烯的聚合物，是線性結(jié)構(gòu)的高分子有機(jī)化合物。在原料中，常加上一定數(shù)量的二乙烯苯作交

28、聯(lián)劑，使線性聚合物之間相互交聯(lián)，成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。樹脂的外形呈球狀顆粒，粒徑為0.61.2mm（大粒徑樹脂）、0.30.6mm（中粒徑樹脂）、0.020.1mm（小粒徑樹脂）；樹脂本身不是離子化合物，并無離子交換能力，需經(jīng)適當(dāng)處理加上活性基團(tuán)，活性基團(tuán)由固定離子和活動(dòng)離子（或稱交換離子）組成。固定離子固定在樹脂的網(wǎng)狀骨架上，活動(dòng)離子則依靠靜電引力與固定離子結(jié)合在一起，二者電性相反電荷相等。u 關(guān)于離子交換樹脂的選用：因?yàn)槲鬯某煞謴?fù)雜，要求處理的程度各異，因此合理地選擇離子交換樹脂，在生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)上都有重大意義；嚴(yán)格地講，對(duì)不同的污水，應(yīng)通過一定試驗(yàn)確定合適的離子交換樹脂和采用的流程。Ø

29、 離子交換樹脂的有效pH范圍交換樹脂的活性基團(tuán)分為強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿和弱堿性，水的pH勢(shì)必對(duì)其造成影響：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性交換樹脂的活性基團(tuán)電離能力強(qiáng)，其交換能力基本上與pH無關(guān)；弱酸性交換樹脂在水pH低時(shí)不電離或僅部分電離，故只能在堿性溶液中才有較高的交換能力；弱堿性交換樹脂則在水pH高時(shí)不電離或僅部分電離，故只能在酸性溶液中才有較高的交換能力。Ø 交換容量交換容量定量地表示樹脂交換能力的大小，單位是mol/kg（干樹脂）或mol/L（濕樹脂）；可分為全交換容量與工作交換容量：前者指一定量的樹脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量，后者指樹脂在給定工作條件下實(shí)際的交換能力。樹脂的全交換容量

30、可由滴定法測(cè)定，理論上也可以依據(jù)樹脂的單元結(jié)構(gòu)式粗略地計(jì)算出來。Ø 關(guān)聯(lián)度樹脂合成時(shí)采用的交聯(lián)劑（如二乙烯苯）的用量，影響樹脂分子的交聯(lián)度。交聯(lián)度的改變將引起樹脂的交換容量、含水率、溶脹度、機(jī)械強(qiáng)度等性質(zhì)的改變。交聯(lián)度較高的樹脂孔隙率較低、密度較大、離子擴(kuò)散速率較低，對(duì)半徑較大的離子和水合離子的交換量較小。浸泡在水中時(shí)，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易碎裂。水處理中使用的離子交換樹脂，交聯(lián)度為7%10%。Ø 交換勢(shì)離子交換是可逆反應(yīng)，可利用化學(xué)中質(zhì)量作用定律解釋離子交換平衡規(guī)律。對(duì)同一種交換樹脂RH講，交換反應(yīng)的平衡選擇系數(shù)K隨交換離子M+而異。K值越大，交換離子越

31、容易取代樹脂上的可交換離子，即交換離子與樹脂之間的親和力越大，通常說這種離子的交換勢(shì)很大；反之，就說交換勢(shì)很小。當(dāng)含有多種離子的廢水同離子交換樹脂接觸時(shí)，交換勢(shì)大的離子必然最先同樹脂上離子進(jìn)行交換。關(guān)于不同離子的交換勢(shì)大小的解釋有多種理論，但由于影響的因素還不很清楚，因此關(guān)于離子交換勢(shì)的規(guī)律還需依靠實(shí)踐，下面介紹一些規(guī)律可供才考：1) 離子交換勢(shì)，除同它本身和離子交換樹脂的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，溫度和濃度的影響也很大；2) 常溫和低濃度水溶液中，陽離子的化合價(jià)越高，它的交換勢(shì)越大；等價(jià)陽離子一般是原子序數(shù)越高，交換勢(shì)越大，但稀土元素正好相反；3) H+對(duì)陽離子交換樹脂的交換勢(shì)，決定于樹脂的性質(zhì)：對(duì)強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，H+的交換勢(shì)介于Na+、Li+之間；對(duì)弱酸性陽離子交換樹脂，H+具有最強(qiáng)的交換勢(shì)，居于交換序列的首位。4) 常溫和低濃