8
树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类,它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类,阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类(或再分出中强酸和中强碱性类)。离子交换树脂根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂,及根据树脂的物理结构分为凝胶型和大孔型。离子交换树脂的品种很多,因化学组成和结构不同而具有不同的功能和特性,适应于不同的用途。应用树脂要根据工艺要求和物料的性质选用适当的类型和品种。
如果被纯化的物质是氨基酸类的分子,则分子上的净电荷取决于氨基酸的等电点和溶液的pH值,所以当溶液的pH值较低,氨基酸分子带正电荷,它将结合到强酸性的阳离子交换树脂上;随着通过的缓冲液pH逐渐增加,氨基酸将逐渐失去正电荷,结合力减弱,被洗下来。由于不同的氨基酸等电点不同,这些氨基酸将依次被洗出,被洗出的是酸性氨基酸,如aparticacid和glutamicacid(在约pH3~4时),随后是中性氨基酸,如glycine和alanine。碱性氨基酸如arginine和lysine在pH值很高的缓冲液中仍带有正电荷,因此这些在约pH值高达10~11时才出现。
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。