離子交換與吸附樹脂_第1頁
離子交換與吸附樹脂_第2頁
離子交換與吸附樹脂_第3頁
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離子交換與吸附樹脂第1頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月第2頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月無機(jī)離子交換劑的缺點(diǎn):1、交換能力低2、化學(xué)穩(wěn)定性差3、機(jī)械穩(wěn)定性差有機(jī)離子交換劑的特點(diǎn):1、網(wǎng)狀結(jié)2、難溶(水、酸、堿、有機(jī)溶劑)3、穩(wěn)(熱、機(jī)械、化學(xué))4、含活性基團(tuán)(-SO3H、-COOH、≡NOH)第3頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月1、離子交換反應(yīng)與離子交換樹脂的結(jié)構(gòu).

離子交換分離法是通過試樣離子在離子交換劑(固相)和淋洗液(液相)之間的分配(離子交換)而達(dá)到分離的方法。分配過程是一離子交換反應(yīng)過程。第4頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月陽離子交換反應(yīng):Resin-SO3H+Na+=Resin-SO3Na+H+

Resin-SO3Na+H+=Resin-SO3H+Na+陰離子交換反應(yīng):Resin-N(CH3)3OH+Cl-=N(CH3)3Cl+OH-

Resin-N(CH3)3Cl+OH-=N(CH3)3OH+Cl-

第5頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月離子交換反應(yīng)發(fā)生在離子交換樹脂上的具有可交換離子的活性基團(tuán)上。離子交換樹脂是以高分子聚合物為骨架,反應(yīng)引入活性基團(tuán)構(gòu)成。高分子聚合物以苯乙烯-二乙烯苯共聚物小球常見,可引入各種特性的活性基團(tuán),使之具有選擇性。第6頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月-SO3H:活性基團(tuán):樹脂基體SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H第7頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月離子交換與吸附樹脂的組成離子交換樹脂出三部分組成:一是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子骨架.二是連接在骨架上的功能基團(tuán),三是和功能基帶相反電荷的可交換離子。三者互為依存、統(tǒng)一于每粒離子交換的珠體之中。離于交換樹脂作為商品,它在運(yùn)輸、貯藏和使用時(shí)往往部含一定量的水份,因此水分子充滿于每粒離子交換樹脂的骨架、功能基和反離子之間。第8頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月采用常規(guī)的懸浮聚合方法,可制得凝膠型的離子交換樹脂,產(chǎn)品一般是透明的、無孔的,樹脂吸水后樹脂相內(nèi)產(chǎn)生微孔。采用制孔技術(shù)可制得大孔型離子交換樹脂,它不同于凝膠樹脂,不論大孔樹脂是處于干態(tài)或濕態(tài)、收縮或溶脹,都存在著比凝膠型樹脂更多、更大的孔道,比表面也就更大,有利于離子的遷移擴(kuò)散,提高交換速率和工作效率第9頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月與離子交換樹脂相比較,吸附樹脂的組成中不存在功能基及功能基的反離子,它類似于不含功能基及功能基反離子的大孔樹脂,在制造時(shí)往往投入更多的交聯(lián)劑和更嚴(yán)格地選用致孔劑,以合成具有更大比表而積的不同孔徑、不同孔容和不同比表面積的吸附樹脂。第10頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月離子交換與吸附樹脂的分類依據(jù)樹脂骨架結(jié)構(gòu)不同,離子交換樹脂可分為凝膠型和大孔型兩大類。凝膠型離子交換樹脂又可依據(jù)交聯(lián)度不同分為低交聯(lián)度(交聯(lián)度<8)、標(biāo)推交聯(lián)度(交聯(lián)度=8)和高交聯(lián)度(交聯(lián)度>8)樹脂;大孔型樹脂又可分為一般大孔樹脂和高大孔樹脂,一般大孔樹脂的交聯(lián)度通常為8,而高大孔樹脂的交聯(lián)度則要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于8。第11頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)所帶的功能基的特性,離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和其它樹脂。帶有酸性功能基、并能與陽離子進(jìn)行交換的稱為陽離子交換樹脂,帶有堿性功能基并能與陰離子進(jìn)行交換的稱為陰離子交換樹脂?;诠δ芑纤?、堿有強(qiáng)弱之分,離子交換樹脂又可細(xì)分為強(qiáng)酸性(—SO3H)、中強(qiáng)酸(—PO(OH)2)及弱酸性(—COOH)、強(qiáng)堿(—N+R3Cl)、弱堿性(—NH2,—NRH,—NR2)離子交換樹脂。在強(qiáng)堿性離子交換樹脂中將含有[(N+(CH3)3Cl-)]的樹脂叫強(qiáng)堿Ⅰ型樹脂,含有[(N+(CH3)2(CH2CH20H)]的樹脂叫強(qiáng)堿Ⅱ型樹脂。帶有螯合基、氧化還原基、陽陰兩性基的樹脂;分別稱為螯合樹脂、氧化還原樹脂和兩性樹脂。上述樹脂通常都用酸、堿、鹽再生,而弱酸弱堿的兩性樹脂可用熱水再生,故弱酸弱堿的兩性樹脂又稱熱再生樹脂.第12頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月吸附樹脂可以大體上分為非極性吸附劑、中極性和強(qiáng)極性吸附劑三大類。非極性吸附樹脂是偶極矩很小的單體聚合制得并不帶任何功能基的吸附樹脂。苯乙烯——二乙烯苯體系的吸附劑是非極性吸附樹脂的代表。這類非極性吸附樹脂的孔表面的疏水性很強(qiáng),最適于從極性溶劑(如水)中吸附非極性的有機(jī)物。中極性吸附材脂是含酯基的吸附樹脂。例如,丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯與雙甲基丙烯酸乙二醇酯等交聯(lián)劑共聚的吸附劑,其孔表面疏水和親水部分共有,既可用于極性溶劑中吸附非極性物質(zhì),也可用于非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。強(qiáng)極性(或稱極性)吸附樹脂是指含酰氨基、氰基、酚羥基等極性功能基的吸附樹脂,它適用于非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。有時(shí),將含氮、氧、硫等配體的離子交換樹脂也稱為強(qiáng)極性吸附樹脂,因此,離子交換樹脂和強(qiáng)極性吸附樹脂之間沒有嚴(yán)格的界限。第13頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹脂的種類第14頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(1).陽離子交換樹脂強(qiáng)酸性:-SO3H應(yīng)用廣(酸、中、堿介質(zhì)均可用)例:國產(chǎn)732#樹脂弱酸性:-OH對(duì)H+親合力大(不宜在酸介質(zhì)中使用,但可用酸洗脫)例:國產(chǎn)724#樹脂第15頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(2).陰離子交換樹脂弱堿性:

N(叔胺基)對(duì)OH-的親和力大(不宜在堿介質(zhì)中使用),

=NH(仲胺基),

NH2(伯胺基)例:國產(chǎn)704#樹脂強(qiáng)堿性:

N

(季胺堿,如R-N(CH3)Cl)應(yīng)用廣(酸、中、堿介質(zhì)均可用)例:國產(chǎn)717#樹脂第16頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(3).螯合樹脂:-螯合功能團(tuán)選擇性高,制備成本高、難度大,交換容量低例:國產(chǎn)401#樹脂(具備EDTA的功能:第17頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(4).大孔樹脂:孔徑大(類似泡沫塑料),表面積大,交換速度快例:國產(chǎn)D202#鈉型大孔陽離子交換樹脂第18頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(5).氧化還原樹脂:-可逆的氧化還原基團(tuán)可發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng),但不引入雜質(zhì)例:國產(chǎn)D301#氯型大孔陰離子交換樹脂第19頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月離子交換與吸附樹脂的命名中國石油化學(xué)工業(yè)部在1977年制定的《離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型號(hào)》的部頒標(biāo)準(zhǔn).《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:離子交換樹脂的全稱由分類名稱,骨架(或基團(tuán))名稱,基本名稱(離子交換樹脂)排列組成。凡屬酸性的應(yīng)在基本名稱前加一“陽”字:凡屬堿性.在基本名稱前加—“陰”字。離于交換樹脂型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成,第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類,第二位數(shù)字代表骨架結(jié)構(gòu)的差異,第三位數(shù)字為順序號(hào).用以區(qū)別基團(tuán)、交聯(lián)劑等的不同第20頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹脂產(chǎn)品骨架分類代號(hào)

第21頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月凡大孔型離于交換樹脂,在型號(hào)前加“大”字的漢語拼音首位字母“D”表示凝膠型離子交換樹脂.在型號(hào)后而用“×”號(hào)聯(lián)接阿拉伯?dāng)?shù)字表示交聯(lián)度。第22頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月離子交換與吸附樹脂的合成及結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)離于交換樹脂的合成一般是先制備母體(通俗為珠體)、然后通過化學(xué)反應(yīng)引入相應(yīng)的離子交換基團(tuán)。離子交換樹脂按其母體分類主要有聚苯乙烯、聚丙烯酸及酚醛三個(gè)系列。通過在聚合過程加入或不加入致孔劑的制備方法,可使得到的母體有大孔型或凝膠型的物理結(jié)構(gòu)。吸附樹脂的制備方法與大孔型離子交換樹指的母體相似第23頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月一、樹脂母體的合成1、懸浮聚合在大部分情況下,樹脂母體都是用懸浮聚合的方法制備,產(chǎn)物為具有一定粒度分布的珠體。第24頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月懸浮聚合是在機(jī)械攪拌下,使單體分散于與之不相溶的介質(zhì)中進(jìn)行聚合的一種方法。分散介質(zhì)可以是水,也可以是非水溶劑,由單體性質(zhì)所決定。絕大多數(shù)情況下,制備離子交換樹脂的單體是油溶性的,因此懸浮聚合一般都在水分散介質(zhì)中進(jìn)行。攪拌條件,包括攪拌速度、攪拌器形狀等是決定珠狀產(chǎn)物顆粒大小及粒徑分布的重要因素。但單純機(jī)械攪拌的分散過程是可逆的。隨著聚合反應(yīng)進(jìn)行,單體液珠粘度增加,會(huì)發(fā)生液珠的粘結(jié)和聚集。因此,懸浮聚合必須在分散劑的存在下進(jìn)行。第25頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月懸浮分散劑有二類,一類是水溶性高分子,常用的有聚乙烯醇(醇解度86%左右)、明膠、苯乙烯一順丁烯二酸酐共聚物(鈉鹽)及某些纖維素的衍生物等;另一類是非水溶性的細(xì)粉狀無機(jī)物,如碳酸鈣、磷灰石、硅藻土、新沉淀的氫氧化鎂等。高分子分散劑和無機(jī)分散劑可單獨(dú)使用,也可協(xié)同使用。影響聚合物粒徑的重要因素是機(jī)械攪拌的速度、分散劑的種類和用量,及分散介質(zhì)與單體的比例。攪拌速度愈快,分散劑用量愈多,分散介質(zhì)與單體的比值愈大,得到的聚合物的粒徑就愈小。用懸浮聚合法制備的聚合物粒徑可在很大范圍內(nèi)變化??捎糜谥苽涑R?guī)的離子交換樹脂,其粒徑范圍為0.2—1.2um;也可用于制備色譜擔(dān)體類細(xì)顆粒樹脂,粒徑范圍為10--40um第26頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月2、凝膠型樹脂母體的制備(1)聚苯乙烯型樹脂母體聚苯乙烯樹脂母體—般那是采用二乙烯苯作交聯(lián)劑,通過懸浮共聚反應(yīng)得到的第27頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(2)聚丙烯酸型樹脂母體制備聚丙烯酸型樹脂母體常用的單體是丙烯酸甲酯。也可用甲基丙烯酸甲酯或直接用丙烯酸、甲基丙烯酸作單體,但前者得到的交聯(lián)共聚物水解比較困難,后者因單體的水溶性大,制備有—定難度。作為交聯(lián)劑.用得較多的還是二乙烯苯。同樣,使用二乙烯苯交聯(lián)劑時(shí),因單體活性不同,也存在共聚產(chǎn)物交聯(lián)結(jié)構(gòu)不均勻的問題,對(duì)樹脂的性能造成影響。除二乙烯苯外,可用作聚丙烯酸型樹脂母體交聯(lián)劑的還有衣康酸烯丙酯,二甲型丙烯酸乙二醇酯,甲基丙烯酸烯丙酯及三聚異氰酸三烯丙酯等。第28頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(3)縮聚型樹脂母體的制備除這兩種系列的離子交換樹脂外.還有一些類型的離子交換樹脂,如酚醛、環(huán)氧系列樹脂,是通過縮聚反應(yīng)制備的,在縮聚過程形成母體骨架的同時(shí),也導(dǎo)入了交換基團(tuán)。第29頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月3、大孔型樹脂母體的制備大孔型樹脂母體主要是通過在共聚單體中添加致孔劑的方法制備的。一般合成過程如下

致孔劑通常是一類不參與聚合,能與單體混溶,使交聯(lián)共聚物溶脹或沉淀的有機(jī)溶劑。聚合過程中,致孔劑分布在單體及已聚合的共聚物中。隨著聚合轉(zhuǎn)化率提高,油珠逐漸固化。聚合反應(yīng)完成后,用水蒸氣蒸餾或溶劑提取方法除去致孔劑,結(jié)果留下孔穴,形成具大孔結(jié)構(gòu)的球狀樹脂母體第30頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月每個(gè)大孔珠體中孔結(jié)構(gòu)形形成過程為:形成過程分三個(gè)階段。第一階段,聚合反應(yīng)達(dá)某一轉(zhuǎn)化率時(shí),溶解在油珠中的共聚物形成微凝膠核而從溶液中沉淀析出(相分離)。這些含有大量單體的微凝膠核進(jìn)而聚集成為微凝膠球。第31頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月作為致孔劑,可以是良溶劑,也可以是不良溶劑。前者既能與單體混溶,又能使交聯(lián)共聚物溶脹;后者能與單體混溶,但不能使交聯(lián)共聚物溶脹。良溶劑與不良溶劑也可混合使用。同時(shí),還可將某些線性聚合物用作致孔劑。(1)不良溶劑致孔能用作致孔劑的不良溶劑有庚烷、異辛烷、汽油、異戊醇,2-乙基己酸等。當(dāng)苯乙烯二乙烯苯共聚物的制備用不良溶劑致孔時(shí),第32頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(2)良溶劑致孔能用作致孔劑的良溶劑有甲苯、二甲苯、二乙苯等。當(dāng)苯乙烯—二乙烯苯共聚物的制備用良溶劑致孔時(shí),相分離的出現(xiàn)要比不良溶劑致孔時(shí)遲得多。由于生成的高分子鏈?zhǔn)冀K處于伸展?fàn)顟B(tài),鏈間很少纏結(jié),因此在提取致孔劑時(shí),聚合物網(wǎng)絡(luò)缺乏足夠的剛性,容易發(fā)生孔塌縮現(xiàn)象。塌縮的程度取決于交聯(lián)度和致孔劑用量。第33頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(3)混合溶劑致孔使用由良溶劑和不良溶劑組成的混合溶劑作致孔劑,可在更大的范圍調(diào)節(jié)樹脂的孔結(jié)構(gòu)。與單一不良溶劑比較,混合溶劑使孔度和平均孔徑變小,比表面積增加,孔徑分布變窄。在良溶劑和不良溶劑配比合適的情況下,增加混合溶劑的用量可同時(shí)增加大孔共聚物的孔容和比表面積。第34頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(4)以線型聚合物為致孔劑能與單體混溶的聚合物也可用于制備大孔樹脂。當(dāng)單體的聚合達(dá)一定轉(zhuǎn)化率時(shí),溶解在單體中的線型聚合物與交聯(lián)共聚物—起發(fā)生相分離。聚合完成后,用溶劑提出線型聚合物、即得到具大孔結(jié)構(gòu)的樹脂產(chǎn)物。第35頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月4、吸附樹脂的制備高分子吸附樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)與上述凝膠型或大孔型離子交換樹脂母體相同。其大孔結(jié)構(gòu)也與上述大孔型樹脂母體類似。盡管作為高分子吸附樹脂需具有較高的比表而積、較大的孔體積及更為合適的孔徑分布,但其制備方法與大孔型離子交換樹脂母體是相類似的。(1)加入致孔劑的方法(2)后交聯(lián)的方法第36頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月二、離子交換功能基團(tuán)的導(dǎo)入1、強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂一般以交聯(lián)聚苯乙烯為母體,磺酸基—SO3H)為交換基團(tuán),是通過在苯環(huán)上的磺化反應(yīng)而導(dǎo)入的:第37頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月2、弱酸性陽離子交換樹脂弱酸性陽離子交換樹脂一般以羧酸基(—COOH)作為離子交換基因。此外還有磷酸基(—PO3H2)、砷酸基(—AsO3H2)等。磷酸基的酸性介于磺酸基與羧酸基之間。多數(shù)情況下,以羧酸基作為交換基團(tuán)的弱酸樹脂以丙烯酸酯的交聯(lián)共聚物水解得到:第38頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月縮聚型弱酸樹脂可通過羥基苯甲酸與甲醛縮合來制備第39頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月3、強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂強(qiáng)堿性陰離了交換樹脂邵以交聯(lián)的聚苯乙烯為鐘,季銨鹽基=N+X-為交換團(tuán)。首先將交聯(lián)聚苯乙烯母體氯甲基化,然后進(jìn)行胺化以導(dǎo)入季銨基團(tuán):第40頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月4、弱堿性陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂的骨架結(jié)構(gòu)可以是聚苯乙烯型或聚丙烯酸型n此外,縮聚型弱堿交換樹脂也有生產(chǎn)。首先是交聯(lián)聚苯乙烯母體的氯甲基化,然后經(jīng)胺化導(dǎo)入弱堿性交換基團(tuán),但所用的胺化試劑是伯胺或仲胺。第41頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月第42頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月交聯(lián)丙烯酸酯類母體可通過胺解反應(yīng)導(dǎo)人弱堿交換基團(tuán),聚合物骨架通過酰胺鍵與弱堿交換基團(tuán)連結(jié)第43頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月縮聚型弱堿樹脂大致有兩條合成路線。一是間苯二胺或苯酚和脂肪多胺及甲醛縮聚;二是多胺與環(huán)氧氯丙烷的縮聚。兩條路線都可通過反相懸浮聚合得到球狀樹脂。第44頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月5、螯合樹脂螯合樹脂種類繁多,按配位原子分類,有以下六種類型”:(1)N,O配位基螯合樹脂;(2)N,N配位基螯合樹脂;(3)O,O配位基螯合樹脂;(4)含硫螯合樹脂;(5)含磷螯合樹脂;(6)冠醚型螯合樹脂。這些整合樹脂的結(jié)構(gòu)一般較離子交換樹脂復(fù)雜,但合成方法與離子交換樹脂大致相似,即先合成樹脂母體,然后通過功能基反應(yīng)導(dǎo)人配位基團(tuán)。也可以先制備帶配位基的單體,然后聚合而得到螯合樹脂。第45頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月6、離子交換膜離子交換膜就其化學(xué)組成而言幾乎與離子交換樹脂相同,但它們的形狀不同。離子交換膜的種類有異相膜、半均相膜、均相膜等。這些膜的母體大多數(shù)是苯乙烯——二乙烯苯共聚物,也有聚乙烯、聚丙烯等。作為功能基,陽離子交換膜主要是磺酸基,陰離子交換膜主要是季銨基。第46頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月三、離子交換與吸附樹脂的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)離子交換樹脂由聚合物骨架及離子交換基團(tuán)組成,其性能不僅受到交換基團(tuán)種類和數(shù)景的影響,而且受到聚合物骨架,即樹脂母體的結(jié)構(gòu)的影響。吸附樹脂的構(gòu)成中不帶交換基團(tuán),其性能更依賴于樹脂母體的結(jié)構(gòu)本身。第47頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月l、粒度離子交換及吸附樹脂一般都是球狀體,粒度范圍在0.2--1.2mm之間。工業(yè)上常用“目數(shù)”表示樹脂粒徑的大小。2、密度、孔容和孔度多孔物質(zhì)或大孔樹脂的密度有三種:(1)堆積密度ρ堆:是指包括粒間空隙在內(nèi)的單位體積樹脂的密度(2)表現(xiàn)密度ρ表:是指不包括粒間空隙的單位體積樹脂的密度(3)真密度ρ真;是指樹脂骨架本身的密度孔容P孔容是指單位重量干樹脂內(nèi)孔洞的體積(ml/g)孔度P孔度是指樹脂內(nèi)孔洞體積占樹脂(干)本身體積的百分?jǐn)?shù)第48頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月3、比表面積比表面積是指每克樹脂所具有的內(nèi)、外表面積的總和,單位m2/g4、孔徑及孔分布已知大孔樹脂的孔容V孔容和比表面積S后,可按下式計(jì)算樹脂的平均孔徑d:

除平均孔徑外,孔徑分布也是被用來描述大孔樹脂孔結(jié)構(gòu)特性的重要參數(shù)??讖椒植际侵缚左w積按孔徑分布的狀況,—般用微分或積分曲線表示。第49頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月5、含水量樹脂含水量是指達(dá)溶脹或吸收平衡時(shí)樹脂所含水量的百分?jǐn)?shù),它由樹脂的交聯(lián)度、孔度及功能基的性質(zhì)和數(shù)量所決定6、離子交換容量離子交換容量是指一定數(shù)量離子交換樹脂所帶有的可交換的離子的數(shù)量.一般用單位重量(克)或體積(毫升)樹脂所含的可交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù)表示。根據(jù)樹脂所用的計(jì)量單位不同(重量或體積),交換容量有重量交換量(毫克當(dāng)量/克)和體積交換量(毫克當(dāng)量/毫升)之分。由于離子交換樹脂的交換容量隨條件不同而改變,為應(yīng)用方便起見,通常把交換容量分為總交換容量、工作交換容量和再生交換容量。第50頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月總交換容量表示單位量(重量或體積)樹脂中所具有的可交換離子的總數(shù),它反映了離子交換樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。工作交換容量是指離子交換樹脂在一定工作條件下表現(xiàn)出的交換量,它是離子交換樹脂實(shí)際交換能力的量度。樹脂的工作交換量不僅同其結(jié)構(gòu)有關(guān),而且同溶液組成、流速、溫度、流出液組成及再生條件等因素有關(guān)。在一定的工作條件下,交換基團(tuán)可能未完全電離,故工作交換量一般小于總交換量。一種樹脂的工作交換量可在模擬離子交換樹脂實(shí)際工作條件下測(cè)得。顯然,在表示樹脂工作交換量時(shí),有必要指明工作條件和貫流點(diǎn)。再生交換量是離子交換樹脂在指定再生劑用量條件下的交換容量。第51頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月一般情況下,總交換量、工作交換量和再生交換量三者問的關(guān)系如下;再生交換量=o.5—1.o總交換員工作交換量=o.3一o.9再生交換量工作交換量/再生交換量為離子交換樹脂的利用率第52頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月3.離子交換與吸附樹脂的性能

(一)物理性能

1、外觀。

2.穩(wěn)定性。

(1)化學(xué)穩(wěn)定性。

(2)熱穩(wěn)定性。

(3)力學(xué)穩(wěn)定性。第53頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)化學(xué)性能1.離子交換反應(yīng)。第54頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月第55頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月2、離子交換平衡離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng),它發(fā)生在固態(tài)的樹脂和水溶液(或親水有機(jī)溶劑)的界面間。第56頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月3、離子交換選擇性離子交換樹脂對(duì)溶液中各種離于有不同的交換能力,即對(duì)離子有選擇性吸附交換。樹脂對(duì)溶液中不同離子親合力大小的差異就是離于交換選擇性。它可用選擇系數(shù)來表征。若溶液中有A、B兩種離子.則離子交換樹脂的選擇系數(shù)為:式中KBA——樹脂的選擇系數(shù);[RA]——達(dá)到平衡時(shí)結(jié)合在樹脂上的A離子濃度[RB]——達(dá)到平衡時(shí)結(jié)合在樹脂上的B離子濃度:[A]——達(dá)到平衡時(shí)溶液中A離子濃度,[B]——達(dá)到平衡時(shí)溶液中B離子濃度。第57頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月若KBA>1,表明樹脂對(duì)B離子的選擇性高于A離子:KBA=1,則選擇性相同,此時(shí)A、B兩種離子無法用樹脂分離。離子交換樹脂的選系數(shù)受許多因素影響,包括離子交換樹脂功能基的性質(zhì)、樹脂交聯(lián)度的大小、溶液濃度、組成及溫度等。盡管如此,樹脂對(duì)不同離子的選擇性仍有一些經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。第58頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月在室溫下稀水溶液中,強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂總是優(yōu)先吸附多價(jià)離子:對(duì)同價(jià)離于而言,原子序數(shù)越大。選擇性越高第59頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月羧酸型弱酸性陽離子樹脂同樣對(duì)多價(jià)金屬離子選擇性高,但它對(duì)氫離于的選擇性更強(qiáng),所以用酸進(jìn)行處理很容易再生在常溫下用強(qiáng)堿性陰離子樹脂處理稀溶液時(shí),各離子的選擇性次序?yàn)椋旱?0頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年2月某些離子在陽離子樹脂上的選擇系數(shù)陽離子交聯(lián)度陽離子交聯(lián)度8%12%8%12%Li+1.001.00Mg2+3.293.51H+1.271.47Zn2+3.473.78Na+1.982.37Co2+3.743.81NH4

+2.553.34Cu2+3.854.46K+2.904.50Cd2+3.884.95Rb+3.164.62Ni2+3.934.99Cs+3.254.66Ca2+5.167.27Ag+8.5122.9Sr2+6.5110.1Tl+1.2428.5Pb2+9.9118.0UO2

2+2.453.34Ba2+11.520.8第61頁,課件共70頁,創(chuàng)作于2023年

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