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    实验室超纯水机之离子交换剂
    点击次数:    发布时间:[2016-12-12 15:08]
     
    什么叫离子交换剂?可分哪几类?
      凡是能够与溶液中的阳离子或阴离子具有交换能力的物质都称为离子交换剂。
      离子交换剂分无机质类和有机质类两大类。无机质类又可分天然的——如海绿砂;人造的——如合成沸石。有机质类又分碳质和合成树脂两类。其中碳质类如磺化煤等;合成树脂类分阳离子型——如强酸性和弱酸性树脂;阴离子型——如强碱性(I、Ⅱ型)和弱碱性树脂;其他类型的有氧化还原型树脂、两性树脂和螯合树脂等类。
    二、离子交换树脂发展的简况怎样?
        离子交换现象早在18世纪中期就为汤普森(Thompson)所发现。直至1935年亚当斯(Aclams)和霍姆斯(Holmes)研究合成了具有离子交换功能的高分子材料,即第一批离子交换树脂——聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂。离子交换树脂的大发展主要是在第二次世界大战以后。当时美国和英国一些公司成功地地合成了聚苯乙烯系阳离子交换树脂,在此基础上又陆续开发了交换容量高、物理-化学稳定性好的其他聚苯乙烯系离子树脂,相继又开发了聚丙烯酸系阳离子树脂。20世纪60年代,离子交换树脂的发展又取得了重要突破,美国罗姆-哈斯公司(Rohm anes Hass)和德国拜耳公司(Bayer)合成了一系列物理结构和过去完全不同的大孔结构离子交换树脂。这类树脂除具有普通离子交换树脂的交换基团外,同时还有像无机和碳质吸附剂及催化剂那样的大孔型毛细孔结构,使离子交换树脂兼具了离子交换和吸附的功能,为离子交换树脂的广泛应用开辟了新的前景。
      离子交换树脂和它的应用技术的发展一直是相互促进、互相依赖的。承受离子交换树脂的发展,树脂应用技术也在不断改善,开始是间歇式工艺,很快就发展到固定床工艺,20世纪60年代后逆流技术及连续式离子交换工艺,双层床技术等获得了很快的发展,这些新的应用技术和工艺的开发,使离子交换树脂在许多领域的应用更加有效的经济。20世纪70年代后,人们正以极大的兴趣,注意着热再生离子交换技术的发展。
     三、什么叫离子交换?
        所谓离子交换,就是水中的离子和离子交换树脂上的离子,所进行的等电荷摩尔量的反应。
        离子交换的反应过程可以用H型阳离子交换树脂HR和水中Na+交换反应过程为例:
    HR(R表示离子交换树脂的交换基团)Na+      NaR+H+
        从上式可知:在离子交换反应中,水中的阳离子(如Na+)被转移到树脂上去了,而离子交换树脂上的一个可交换的H+转入水中。Na+从水中转移到树脂上的过程中离子的置换过程。而树脂上的H+交换到水中的过程称游离过程。因此,由于置换和游离过程的结果,使得Na+与H+互换位置,这一变化,就称为离子交换。
     四、什么叫离子交换反应的可逆性?
        离子交换树脂主要的化学性质这一就是能进行离子交换反应,并且这个反应是可塑的。
        当含有Na+的水与H型树脂相遇时,即产生下述反应:
    RH+Na+→RNa+H+
        这个反应实际上是离子交换的制水过程,这个过程是遵循“等电荷摩尔量”(即等当量)进行的;反之,当用盐酸(或硫酸)通过Na型树脂时,则会有下面的反应:
    Rna+H+→RH+Na+
        这个反应实际上是阳离子树脂失效后的再生反应。
        需要说明的是,上述两个反应向哪个方向进行,决定于当时水中各种离子的浓度。
        将上述两个反应式合并表示如下:
                                          运行
    RH+Na+ →RNa+H+
                                          再生
      离子交换反应的可逆性是离子交换树脂能够反复使用的重要原因。


       五、失效树脂为什么可以通过再生重新获得交换能力?
        为了说明上述问题,以Na型树脂交换水中Ca2+,制取软化水来加以说明。
        当把含有Ca2+的水通入Na型离子交换树脂时,Na型树脂即吸着水中的Ca2+,并把本身含有的Na+释放出来:
    2Rna+Ca2+→R2Ca+2Na+
        交换反应的结果,除去了水中的Ca2+。
        当上述交换反应达到平衡时,根据质量作用定律,可得出:
                                  KNaCa=R2Ca]·[Na+]2/[RNa]2·[Ca2+]


    式中   KNaCa——平衡常数;
    [R2Ca]、RNa]——分别表示反应达到平衡时,树脂中Ca2+,Na+的浓度,mol/L;
    [Ca2+]、[Na+]——分别表示反应达到平衡时,水中的Ca2+,Na+浓度,mol/L。
        当运行到出水中Ca2+含量开始上升时,表示树脂失效了。为了使树脂重新获得交换能力,就要用NaCl对树脂进行再生:
    2NaCl+R2Ca→2Rna+CaCl2
        此时,尽管KNaCa>1,不利于树脂的再生,但由于再生时,NaCl的浓度很高,而Ca2+的浓度又很小,就可以使再生反应进行下去。
     所以在化学水处理中,就是通过提高再生剂的浓度,反复利用离子交换平衡的移动,使失效的树脂重要获得交换能力。 
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     发布时间:[2016-12-12 15:08] 点击:
      

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