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离子交换是一种液固相反应过程,必然涉及物质在液相和固相中的扩散过程。在常温下,交换反应的速度很快,不是控制因素。如果进行交换的离子在液相中的扩散速度较慢,称为外扩散控制,如果在固相中的扩散较慢,则称为内扩散控制。
早期的研究系从斐克定律(见分子扩散)出发,所导出的速率方程式只适用于同位素离子的交换。实际上,离子交换过程至少有两种离子反向扩散。如果它们的扩散速率不等,就会产生电场,此电场必对离子的扩散产生影响。考虑到此电场的影响,F.G.赫尔弗里希导出相应的速率方程为:
离子交换
离子交换
式中N为物质通量;D为扩散系数;F为法拉*常数;φ为电极电位。
设备编辑
主要类型有:
①搅拌槽,适用于处理粘稠液体。当单级交换达不到要求时,可用多级组成级联。
②固定床离子交换器,也称离子交换柱,是用于离子交换的固定床传质设备,应用广。
③移动床离子交换器,是用于离子交换的移动床传质设备,由于技术上的困难尚未得到工业应用。
水处理中的应用编辑
EDI的工作原理
EDI(Electro-de-ionization)是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术(电渗析技术)相结合的纯水制造技术。该技术利用离子交换能深度脱盐来克服电渗析较化而脱盐不彻底,又利用电渗析较化而发生水电离产生H和OH离子实现树脂自再生来克服树脂失效后通过化学药剂再生的缺陷,是20世纪80年代以来逐渐兴起的新技术。经过十几年的发展,EDI技术已经在北美及欧洲占据了相当部分的纯水市场。
EDI装置包括阴/阳离子交换膜、离子交换树脂、直流电源等设备。其中阴离子交换膜只允许阴离子透过,不允许阳离子通过,而阳离子交换膜只允许阳离子透过,不允许阴离子通过。离子交换树脂充夹在阴阳离子交换膜之间形成单个处理单元,并构成淡水室。单元与单元之间用网状物隔开,形成浓水室。在单元组两端的直流电源阴阳电极形成电场。来水水流流经淡水室,水中的阴阳离子在电场作用下通过阴阳离子交换膜被清除,进入浓水室。在离子交换膜之间充填的离子交换树脂大大地提高了离子被清除的速度。同时,水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子,这些离子对离子交换树脂进行连续再生,以使离子交换树脂保持佳状态。EDI装置将给水分成三股独立的水流:纯水、浓水、和较水。纯水(90%-95%)为终得到水,浓水(5%-10%)可以再循环处理,较水(1%)排放掉。
EDI装置属于精处理水系统,一般多与反渗透(RO)配合使用,组成预处理、反渗透、EDI装置的纯水处理系统,取代了传统水处理工艺的混合离子交换设备。EDI装置进水要求为电阻率为0.025-0.5MΩ·cm,反渗透装置完全可以满足要求。EDI装置可生产电阻率高达15MΩ·cm以上的纯水。
EDI技术的应用
EDI技术在国外广泛的应用有十几年的时间,大多用于制药行业、微电子行业、发电工业和实验室。在表面清洗、表面涂装、电解工业和化工工业的应用也日趋广泛。在我国应用时间只有2-3年,主要用于医药和微电子工业的纯水的处理,而在发电行业化学水处理系统中的应用刚刚兴起。
AMBERJET均匀树脂系列
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均匀颗粒、高质量,用于工业设备,与AMBERJET 4200Cl配合亦可用于混床系统.经过 佳化 设计的颗粒的均匀性,可直接取代道统的凝胶型阳离子交换树脂
l 罗门哈斯树脂AMBERJET 1200H凝胶型强酸苯乙烯系阳树脂
均匀颗粒、高质量,用于工业设备,与AMBERJET 4200Cl配合亦可用于混床系统。经过 佳化 设计的颗粒的均匀性,可直接取代道统的
l 罗门哈斯树脂AMBERJET 1000 Na凝胶型强酸苯乙烯系阳树脂
均匀颗粒、高质量,用于工业设备,与AMBERJET 4000 Cl配合可用于2B3T系统。,可直接取代道统的凝胶型阳离子交换树脂.
l 罗门哈斯树脂AMBERJET 4200 CL凝胶型强碱苯乙烯系阴树脂
均匀颗粒、高质量,用于工业设备,与AMBERJET 1200Na配合亦可用于混床系统。经过 佳化 设计的颗粒的均匀性,可直接取代道统的凝胶型阳离子交换树脂.
l 罗门哈斯树脂AMBERJET 4000 CL凝胶型强碱苯乙烯系阴树脂
均匀颗粒、高质量,用于工业设备,与AMBERJET 1000 Na配合亦可用于2B3T系统。经过 佳化 设计的颗粒的均匀性,可直接取代道统的凝胶型阳离子交换树脂.
离子交换树脂是什么?
离子交换树脂是一种传统的水处理工艺,其中水中的各种阴离子和阳离子被阴离子交换树脂和阳离子交换树脂所取代。阴离子和阳离子交换树脂可以分别或按不同比例形成离子交换正床系统、离子交换负床系统和离子交换混合床系统,并且通常使用混合床系统。反渗透等水处理工艺是用来生产纯水、高纯水的终端工艺,它是用来制备纯水的一种**的手段。其出水电导率可低于0.2μS/cm以下,出水电阻率达到5MΩ.cm以上,根据不同的水质及使用要求,出水电阻率可控制在5~18MΩ.cm之间。被广泛应用在食品行业、医药行业、工业纯水、医药纯水、高纯水等领域上。
离子交换树脂种类:
强酸性阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团,如磺酸基-SO3H,*在溶液中离解出H+,故呈强酸性。树脂离解后,本体所含的负电基团,如SO3-,能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强,在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。
在使用一段时间后,离子交换树脂应做再生处理,即与化学药品发生相反方向的离子交换反应,使树脂使用状态恢复到原来的状态以供再利用。例如,用强酸再生阳离子树脂,此时树脂释放吸附的阳离子,然后与H+结合以恢复原始组成。
弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团,如羧基-COOH,能在水中离解出H+而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团,如R-COO-(R为碳氢基团),能与溶液中的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱,在低pH下难以离解和进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5~14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。