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2014年環(huán)保工程師考試教材《基礎(chǔ)知識(shí)》輔導(dǎo)資料10

發(fā)表時(shí)間:2014/4/1 13:34:40 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) 點(diǎn)擊關(guān)注微信:關(guān)注中大網(wǎng)校微信
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離子交換的基本原理

水處理中主要采用離子交換樹(shù)脂和磺化煤用于離子交換。其中離子交換樹(shù)脂應(yīng)用廣泛,種類多,而磺化煤為兼有強(qiáng)酸型和弱酸型交換基團(tuán)的陽(yáng)離子交換劑。

離子交換樹(shù)脂按結(jié)構(gòu)特征,分為:凝膠型、大孔型和等孔型;

按樹(shù)脂母體種類,分為:苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等;

按其交換基團(tuán)性質(zhì),分為:強(qiáng)酸型、弱酸型、強(qiáng)堿型和弱堿型。

⑴離子交換樹(shù)脂的構(gòu)造

是由空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架(即母體)與附屬在骨架上的許多活性基團(tuán)所構(gòu)成的不溶性高分子化合物?;钚曰鶊F(tuán)遇水電離,分成兩部分:固定部分,仍與骨架牢固結(jié)合,不能自由移動(dòng),構(gòu)成所謂固定離子,活動(dòng)部分,能在一定范圍內(nèi)自由移動(dòng),并與其周圍溶液中的其他同性離子進(jìn)行交換反應(yīng),稱為可交換離子。

⑵基本性能

①外觀

呈透明或半透明球形,顏色有乳白色、淡黃色、黃色、褐色、棕褐色等,

②交聯(lián)度

指交聯(lián)劑占樹(shù)脂原料總重量的百分?jǐn)?shù)。對(duì)樹(shù)脂的許多性能例如交換容量、含水率、溶脹性、機(jī)械強(qiáng)度等有決定性影響,一般水處理中樹(shù)脂的交聯(lián)度為7%~10%.

③含水率

指每克濕樹(shù)脂所含水分的百分率,一般為50%,交聯(lián)度越大,孔隙越小,含水率越少。

④溶脹性

指干樹(shù)脂用水浸泡而體積變大的現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō),交聯(lián)度越小,活性基團(tuán)越容易電離,可交換離子的水合離子半徑越大,則溶脹度越大;樹(shù)脂周圍溶液電解質(zhì)濃度越高,樹(shù)脂溶脹率就越小。

在生產(chǎn)中應(yīng)盡量保證離子交換器有長(zhǎng)的工作周期,減少再生次數(shù),以延長(zhǎng)樹(shù)脂的使用壽命。

⑤密度

分為干真密度、濕真密度和濕視密度

⑥交換容量

是樹(shù)脂最重要的性能,是設(shè)計(jì)離子交換過(guò)程裝置時(shí)所必須的數(shù)據(jù),定量地表示樹(shù)脂交換能力的大小。分為全交換容量和工作交換容量。

⑦有效ph范圍

由于樹(shù)脂的交換基團(tuán)分為強(qiáng)酸強(qiáng)堿和弱酸弱堿,所以水的ph值對(duì)其電離會(huì)產(chǎn)生影響,影響其工作交換容量。弱堿只能在酸性溶液中以及弱酸在堿性溶液中有較高的交換能力。

⑧選擇性

即離子交換樹(shù)脂對(duì)水中某種離子能優(yōu)先交換的性能。除與樹(shù)脂類型有關(guān)外,還與水中濕度和離子濃度有關(guān)。

⑨離子交換平衡

離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng),服從質(zhì)量作用定律和當(dāng)量定律。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間,離子交換體系中固態(tài)的樹(shù)脂相和溶液相之間的離子交換反應(yīng)達(dá)到平衡,其平衡常數(shù)也稱為離子交換選擇系數(shù)。降低反應(yīng)生成物的濃度有利于交換反應(yīng)的進(jìn)行。

⑩離子交換速率

主要受離子交換過(guò)程中離子擴(kuò)散過(guò)程的影響。

其他性能:如溶解性、機(jī)械強(qiáng)度和耐冷熱性等。離子交換樹(shù)脂理論上不溶于水,機(jī)械強(qiáng)度用年損耗百分?jǐn)?shù)表示,一般要求小于3%~7%/年。另外,溫度對(duì)樹(shù)脂機(jī)械強(qiáng)度和交換能力有影響。溫度低則樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度下降,陽(yáng)離子比陰離子耐熱性能好,鹽型比酸堿型耐熱好。

⑶樹(shù)脂層離子交換過(guò)程

以離子交換柱中裝填鈉型樹(shù)脂,從上而下通以含有一定濃度鈣離子的硬水為例,以交換柱的深度為橫坐標(biāo),以樹(shù)脂的飽和度為縱坐標(biāo),可繪得某一時(shí)刻的飽和度曲線。就整個(gè)交換過(guò)程而言,樹(shù)脂層的變化可分為三個(gè)階段。

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