陰離子交換樹(shù)脂課件

離子交換樹(shù)脂什么是離子交換樹(shù)脂?離子: 帶有負(fù)電荷可水解的物質(zhì)

交換: 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程

樹(shù)脂: 高聚物可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的功能高分子 離子交換樹(shù)脂什么是離子交換樹(shù)脂?1離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)有機(jī)合成高聚物,如.苯乙烯-丁二烯

粒子結(jié)構(gòu)：凝膠型，大孔型

粒徑分布：?jiǎn)畏稚?，多分散官能團(tuán)：酸性（強(qiáng)或弱），堿性（強(qiáng)或弱）

離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)2交聯(lián)度=二乙烯基苯在基體中的摩爾分?jǐn)?shù)交聯(lián)度SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HOO其它交聯(lián)劑交聯(lián)度范圍:0.5-80%典型值:4-20%交聯(lián)使得樹(shù)脂能夠保持穩(wěn)定的形態(tài)在非氧化性介質(zhì)中樹(shù)脂不溶解在不同極性的溶劑中樹(shù)脂或溶脹或收縮氧化劑:雙氧水,液氯，三價(jià)鐵，氧氣

氧化劑使交聯(lián)鍵斷裂交聯(lián)度交聯(lián)度SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H3SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H解交聯(lián)機(jī)理HHO-OHHO.

+

.OHSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HO2SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HOOHSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HOOHSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO4樹(shù)脂形態(tài)基體:二乙烯基苯交聯(lián)聚苯乙烯結(jié)構(gòu)微孔:<2nm

孔徑(凝膠型)中等孔:2-50nm

孔徑大孔:>50nm

1nm=10-9m凝膠微孔結(jié)構(gòu)局部凝膠整體大孔結(jié)構(gòu)樹(shù)脂形態(tài)結(jié)構(gòu)微孔:<2nm孔徑(凝膠型)5凝膠結(jié)構(gòu)凝膠型樹(shù)脂粒子透明無(wú)內(nèi)表面微孔孔徑3nm外表面積200-400cm2/g凝膠結(jié)構(gòu)凝膠型樹(shù)脂粒子6凝膠結(jié)構(gòu)(透明)均勻的微孔分布便于均相離子交換典型交聯(lián)度:4-10%微孔均勻的官能團(tuán)分布SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H凝膠結(jié)構(gòu)(透明)均勻的微孔分布便于均相離子交換典型交聯(lián)度:7大孔結(jié)構(gòu)大孔型樹(shù)脂粒子不透明內(nèi)表面積800m2/g微孔孔徑2nm大孔孔徑100nm外表面積200-400cm2/g凝膠相有大的表面積大孔，空穴使得水或反應(yīng)物在粒子內(nèi)的擴(kuò)散更加迅速大孔結(jié)構(gòu)大孔型樹(shù)脂粒子凝膠相有大的表面積大孔，空穴使得水或8大孔結(jié)構(gòu)(不透明)大孔大孔大孔聚合反應(yīng)時(shí)存在惰性溶劑(致孔劑)，反應(yīng)結(jié)束后使溶劑揮發(fā)，大孔便形成了典型交聯(lián)度:12-20%微孔大孔結(jié)構(gòu)(不透明)大孔大孔大孔聚合反應(yīng)時(shí)存在惰性溶劑(致9SO3H強(qiáng)酸NR2弱堿NR3+

X-強(qiáng)堿CO2H弱酸CH2CO2HNCH2CO2H螯合樹(shù)脂NHCH2PO3H2螯合樹(shù)脂NH-C-NH2S螯合樹(shù)脂

Resingroup鈀摻雜樹(shù)脂官能化SO3H強(qiáng)酸NR2弱堿NR3+X-強(qiáng)堿CO2H弱酸CH2C10離子交換樹(shù)脂的離子基團(tuán)鍵和在高聚物基體上:結(jié)構(gòu)

陽(yáng)離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 -SO3-

弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

-COO-

陰離子交換樹(shù)脂

強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂 -NR3+

弱堿性陰離子交換樹(shù)脂

-NH2/-NR2

離子交換樹(shù)脂的離子基團(tuán)鍵和在高聚物基體上:結(jié)構(gòu)11溶液中的離子交換動(dòng)力學(xué)強(qiáng)酸型SO3-H+完全電離選擇性Na>H耐斯特層(快速膜滲透動(dòng)力學(xué))H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+Na+Na+Na+Na+Na+穿過(guò)帶電荷的膜快速擴(kuò)散完全電離SAC,SBA溶液中的離子交換動(dòng)力學(xué)強(qiáng)酸型耐斯特層H+H+H+H+H+H12溶液中的離子交換動(dòng)力學(xué)耐斯特層(快速膜滲透動(dòng)力學(xué))H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+Na+Na+Na+Na+Na+快速的離子交換完全電離SAC,SBA溶液中的離子交換動(dòng)力學(xué)耐斯特層H+H+H+H+H+H+H+13溶液中的離子交換動(dòng)力學(xué)耐斯特層(快速膜滲透動(dòng)力學(xué))H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+Na+Na+Na+Na+Na+粒子內(nèi)部達(dá)到平衡狀態(tài)Na泄漏發(fā)生當(dāng)粒子內(nèi)平衡速率(H+

擴(kuò)散到表面)小于Na+穿過(guò)膜擴(kuò)散速率達(dá)到工作交換量后發(fā)生離子泄漏完全電離SAC,SBA溶液中的離子交換動(dòng)力學(xué)耐斯特層H+H+H+H+H+H+H+14R-SO3HR-SO3-+H+R-COOHR-COO-+H+陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的電解:解離(弱酸性):解離(強(qiáng)酸性):結(jié)構(gòu)R-SO3HR-SO3-+H15失效(弱酸性):2R-CO2H

+

CaSO42R-CO2H

+

CaHCO3R-CO2H

+

NaOHR-CO2Na

+

HOH2R-CO2Ca

+

HOH+CO22R-CO2Ca

+

H2SO4弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的反應(yīng):結(jié)構(gòu)失效(弱酸性):2R-CO2H+CaSO42R16R-SO3Na+HClR-SO3H

+

NaCl2R-CO2Ca+H2SO42R-CO2H

+

CaSO4陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生再生(弱酸性):再生(強(qiáng)酸性):結(jié)構(gòu)reversibleR-SO3Na+HClR-SO3H+NaCl17強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇性Al3+>Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+

>Ni2+>Cd2+>Cu2+>Co2+>Zn2+>Fe2+>Mg2+>Mn2+>Ag+>K+>NH4+>Na+

>Li+>H+Na+

Al3+Ca2+H+Na+進(jìn)水產(chǎn)品強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇性Al3+>Ba2+>Pb18什么是離子?Cl-Na+通直流電鹽:(NaCl)當(dāng)酸，堿，鹽(電解質(zhì))溶于水中時(shí),它們以等摩爾量的正電荷粒子與負(fù)電荷粒子的形式進(jìn)入水中（電離）。電解質(zhì)在水中不會(huì)以分子狀態(tài)存在。

帶電粒子在水中無(wú)規(guī)分布并可以自由移動(dòng)。這些帶電粒子被稱(chēng)為離子。陽(yáng)離子

陰離子Na+Cl-

K+NO3-NH4+SO42-Ca2+HCO3-Mg2+SiO2

+-陽(yáng)極陰極什么是離子?Cl-Na+通直流電鹽:當(dāng)酸，19各種水及其來(lái)源-地表水(溪流，河，池塘，湖，

海水，鹽水，水庫(kù))-地下水(泉水，井水)-降水(雨，雪，冰雹)-自來(lái)水

-廢水(民用，商業(yè)，

工業(yè)

)各種水及其來(lái)源-地表水(溪流，河，池塘，湖，海水，鹽20工業(yè)用水-洗衣店,紡織,制革-水泥，混凝土-造紙-玻璃陶瓷-橡膠-金屬加工-攝像-發(fā)電-重工業(yè)工業(yè)用水-洗衣店,紡織,制革21在飲用水上的應(yīng)用-家庭-游泳池-釀酒廠,蒸餾車(chē)間-罐裝食品,食用油與人造奶油工廠-糖及淀粉廠,乳制品,面包店-醫(yī)藥工業(yè)-農(nóng)業(yè)-飲料行業(yè)(可口可樂(lè)，百事可樂(lè))在飲用水上的應(yīng)用-家庭22工業(yè)水處理使用離子交換樹(shù)脂處理水簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)，可以達(dá)到任何要求的純度（例如可以制取高純水）-發(fā)電站-煉油廠-石化/醫(yī)藥工業(yè)-造紙工業(yè)-食品-家用電器-醫(yī)療技術(shù)-電子工業(yè)待處理水的水源水質(zhì)決定了樹(shù)脂類(lèi)型與處理工藝工業(yè)水處理使用離子交換樹(shù)脂處理水簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)，可以達(dá)到23

SiO2SiO2CO2/H2O-->degasserSiO2SiO2

H2O

H2OHCO3-Mg2+H+NO3-Ca2+Cl-SO42+OrganicsOrganicsOrganicsOrganicsOrganicsDecationizationDemineralizationSBACl軟化處理后的水質(zhì)SACNaWACHformSACHformWBAFreebaseSBAOHform水處理Ca2+Mg2+HCO3-Cl-NO3-SiO2SO42+原水分析暫時(shí)硬度(以CNP80除去)永久硬度(以S100除去)TotalhardnessOrganicsSusp.MaterialNa+K+NH4+水的預(yù)處理-絮凝: -加入石灰 -Fe/Al鹽-機(jī)械過(guò)濾: -磺化煤 -砂礫-過(guò)濾: -活性炭 -吸附樹(shù)脂Ca2+Mg2+Cl-SiO2OrganicsNa+K+NH4+中性交換(除硝酸根)Na+K+NH4+Cl-NO3-SO42+CO2/H2O-->degasserCO2/H2O-->degasserDealkalizationNa+K+NH4+Cl-NO3-SO42+機(jī)械過(guò)濾脫鹽混床SiO2SiO2CO2/H2OSiO2SiO2HCO3-M24CO2AirSACSBASAC

進(jìn)水SAB化學(xué)品順流技術(shù)CO2AirSACSBASAC進(jìn)水SAB化學(xué)品順流技術(shù)25CO2Air

進(jìn)水浮床系統(tǒng)脫鹽水

SAC化學(xué)品

SBASACSBACO2Air進(jìn)水浮床系統(tǒng)脫鹽水SAC化學(xué)26懸浮固體有機(jī)物SiO2Na+K+NH4+Mg2+Ca2+SO42-NO3-Cl-HCO32-總硬度碳酸鹽硬度永久