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离子交换树脂的类型
1、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。
树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成。
2、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pH=5~14)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)。
3、强碱性阴离子树脂
这类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH(R为碳氢基团),能在水中离解出OH-而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。
种树脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。
4、弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2,在水中能离解出OH-而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如=pH1~9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
5、离子树脂的转型
钠型树脂工作时放出Na+与溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附,除去这些离子。反应时没有放出H+,可避免溶液pH下降和由此产生的(如蔗糖转化和设备腐蚀等)。这种树脂以钠型运行使用后,可用盐水再生(不用强酸)。
氯型树脂工作时放出Cl-而吸附交换其他阴离子,它的再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转变为碳酸氢型(HCO3-)运行。
强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后,就不再具有强酸性及强碱性,但它们仍然有这些树脂的其他典型性能,如离解性强和工作的pH范围宽广等。
水溶液中的一些阳离子进入反离子层,而原来在反离子层中的阳离子进入水溶液,这种发生在反离子层与正常浓度处水溶液之间的同性离子交换被称为离子交换作用。离子交换主要发生在扩散层与正常水溶液之间,由于黏土颗粒表面通常带的是负电荷,故离子交换以阳离子交换为主,故又称为阳离子交换。离子交换严格服从当量定律,即进入反离子层的阳离子与被置换出反离子层的阳离子的当量相等。
早在1850年就发现了土壤吸收铵盐时的离子交换现象,但离子交换作为一种现代分离手段,是在20世纪40年代人工合成了离子交换树脂以后的事。离子交换操作的过程和设备,与吸附基本相同,但离子交换的选择性较高,更适用于高纯度的分离和净化。 [1]
作用编辑
离子交换主要用于水处理(软化和纯化);溶液(如糖液)的精制和脱色;从矿物浸出液中提取铀和稀有金属;从发酵液中提取抗生素以及从工业废水中回收贵金属等。 [2]
原理编辑
基本原理
离子交换是应用离子交换剂(常见的是离子交换树脂)分离含电解质的液体混合物的过程。离子交换过程是液固两相间的传质(包括外扩散和内扩散)与化学反应(离子交换反应)过程,通常离子交换反应进行得很快,过程速率主要由传质速率决定。
离子交换反应一般是可逆的,在一定条件下被交换的离子可以解吸(逆交换),使离子交换剂恢复到原来的状态,即离子交换剂通过交换和再生可反复使用。同时,离子交换反应是定量进行的,所以离子交换剂的交换容量(单位质量的离子交换剂所能交换的离子的当量数或摩尔数)是有限的。 [3]
树脂是软化水设备中常用的一种滤料,主要是用于纯水的制作,如原水硬度过大,就是通常的钙镁离子过高,或碳酸盐硫酸盐过高,可用树脂,进行化学反应,原理是树脂中的钠(NA+)离子把水中的钙镁离子进行置换。当树脂上的钙镁离子达到饱和状态时,用NACL(工业盐)进行还原再生。下面就跟着天宇的小编一下来了解一下阴、阳离子树脂的具体内容吧
一.阳离子树脂的分类
1. 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。强酸性阳离子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。
树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成。
2. 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。弱酸性阳离子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。弱酸性阳离子树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
二.阳离子交换树脂的预处理步骤
首先用清水对树脂进行冲洗(好为反洗),洗至出水清澈无混浊、无杂质为止。而后用4 ~5%的HCl和4 ~5%的NaOH在交换柱中依次交替浸泡2 ~4小时,在酸碱之间用大量清水淋洗(好用高纯度去离子水进行淋洗)至出水接近中性,如此重复2~3次,每次酸碱用量为树脂体积的2倍。后一次处理应用4~5%的HCl溶液进行,用量加倍效果更好。放尽碱液,用清水淋洗至中性即可待用。
三.阴离子交换树脂交换能力依其交换能力特征可分:
1. 强碱型阴离子交换树脂:主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之-N+(CH3)3,在氢氧形式下,-N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以*释出,以进行交换,强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除。
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。
树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,一般上使用盐酸以1:10的比例稀释后清洗,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成。
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