离子交换树脂的内部结构,由三部分组成,分别是:
1、高分子骨。
由交联的高分子聚合物组成;
2、离子交换基团。
它连在高分子骨架上,带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团;
3、孔。
它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。
在交联结构的高分子基体(骨架)上,以化学键结合着许多交换基团。这些交换基团也是由两部分组成:固定部分和活动部分。
交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上,不能自由移动,所以称为固定离子;交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子,称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子,在一定条件下,它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。
1、离子交换的选择性定义:
离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一,有些离子易被交换树脂吸附,但吸着后要置换下来就比较困难;而另一些离子很难被吸着,但被置换下来却比较容易,这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。
离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说,离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子,则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中,原子序数较大的离子其水合半径较小,阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说,它对一些离子的选择性顺序为:Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应,但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的,而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。
2、以001×7强酸阳离子交换树脂为例说明:
001×7强酸阳离子交换树脂是一种凝胶型离子交换树脂,其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道,孔道里面充满了水分子,在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当原水当中的Ca2+,Mg2+等阳离子-扩散到树脂的孔道中时,由于该树脂对Ca2+,Mg2+等阳离子选择性强于对H+的选择性,所以H+就与进入树脂孔道中的Ca2+,Mg2+等阳离子发生快速的交换反应,Ca2+,Mg2+等阳离子被固定到树脂交换基团上面,被交换下来的H+向树脂的孔道中-扩散,最终扩散到水中。
(1)边界水膜内的扩散
水中的Ca2+,Mg2+等阳离子向树脂颗粒表面迁移,并扩散通过树脂表面的边界水膜层,到达树脂表面;
(2)交联网孔内的扩散(或称孔道扩散)
Ca2+,Mg2+等阳离子进入树脂颗粒内部的交联网孔,并进行扩散,到达交换点;
(03)离子交换
Ca2+,Mg2+等阳离子与树脂基团上的可交换的H+进行交换反应;
(4)交联网孔内的扩散
被交换下来的H+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散。
(5)边界水膜内的扩散
最终扩散到水中。
鉴于离子交换树脂反应的可逆性,反应后的树脂通过处理,重新转化为原来的离子交换树脂,这样又可以进入下一循环,其循环次数视所用树脂类型不同而定。
2. 离子交换树脂有哪些主要性能,含水率
含水率:抄是指树脂孔隙间所含袭的水份,一般在40%~69%之间.
交联度:是指树脂在合成时,交联剂的用量,一般在7%~10%之间.(如:二乙烯苯)
关系:交联度低,含水率高;交联度高,含水率低.
原因:交联度的高低与树脂孔隙率成反比,可理解为接触面积大,孔隙就少.而孔隙率就直接和含水量成正比,因为水份都是在孔隙之中.所以,交联度与含水率是反比关系.
3. 阳离子交换树脂的注意事项
阳离子交换树脂使用注意事项:
一般阳离子交换树脂都是氢离子型,这样的话就用1~2%的稀硫酸浸泡,时间12小时或以上,再用水洗至中性,即可使用。不能用自来水洗,要有去离子水,树脂的ph一般不测定,测的是通过树脂流出来的溶液的ph。
由于在合成树脂过程中,树脂表面及空隙中混掺有低分子和一些无机杂质(如铜、铁等)、高分子单体物质,以及致孔剂等,因此树脂在正式投入运行之前,必须将这些杂质除去,否则在使用过程中会以各种方式污染树脂。特别应当指出,在含铬废水中,因铬酸是一种氧化剂,如树脂中有铜、铁,便有催化氧化作用,从而加快树脂氧化。预处理方法如下:1、热水洗涤准备使用的新树脂先用热水反复清洗。阳树脂可用70~80℃的热水,阴树脂(特别是强碱阴树脂)的耐热性较差,可用50~60℃的热水。开始浸洗时,每隔15分钟左右换水一次,浸洗时要不是搅拌,换水4~5次后,可隔30分钟左右换水一次,总共换水7~8次,浸泡至洗涤水不带褐色,泡沫很少时为止。
树脂的保养树脂在使用过程中应防止悬浮物、有机物及油类等的污染,同时又要防止某些废水对树脂的剧烈氧化作用。因此,酸性氧化废水进入阴树脂前应去除重金属离子,以防止重金属对树脂的催化作用。每次设备运行完毕后应将交换柱中废水排回废水池,代之以自来水或净化水浸泡。树脂饱和后要及时再生,再生后不宜长期在原液中浸泡停放,应及时淋洗干净。
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4. 离子交换树脂如何使用与贮藏
离子交抄换树脂含有一定的袭水分子。在贮藏和使用时应保持一定的湿度,并避免湿度过高或干燥,过冷或过热的反复变化以及日光的直接照射,否则离子交换树脂的机械强度将会下降。树脂一般应在5〜40摄氏度的温度范围内保存,并注意不要长时间地与高浓度强氧化剂接触。对于新树脂来说,比较理想的交换温度约为30摄氏度。阳离子交换树脂在80摄氏度以下使用稳定;阴离子交换树脂在40摄氏度以下使用稳定。中性盐型树脂比游离酸型或碱型树脂稳定。一般将树脂连续使用一年作为一个周期,此时应检査树脂的交换容量,并按约5%的新树脂进行补充。冬季常将树脂贮存于10〜20%的氯化钠溶液中。树脂若被有机物污染或吸附达到饱和时,颜色将会加深。平常可借此现象粗略地观察树脂吸附杂质的程度。
树脂在贮存或使用过程中,应尽量避免树脂被污染。造成污染的因素很多:被有机物、重金属或细菌、藻类污染;被油类污染;水中硅酸含量过高;溶液或水温忽高忽低的反复变化,多次反复地处于干燥与水浸状态,只顾使用,不顾再生处理以及长期贮存未加护养等。
5. 阳离子交换树脂包装里面有液体怎么回事
一般来说,离子交换树脂的出厂包装只允许带有游离水含量,也即:离子交换树脂回网孔内答部残留活性水,这部分水是必须的,否则树脂失去水分,官能团就没有了活性,也就没有了交换功能。但是实际包装时,由于包装设备不同,底部的那些树脂在包装时肯定比顶部的树脂含水量会略高一些,但不至于会出现你说的“液体”状。我理解的液体状,应该是树脂装在包装袋内,你用手去揉,包装袋内的树脂应该会晃动。如果是这样的话,那你购买的产品极有可能被人为的加水了。目前国内有一些商家的确在这样做,尤其是一些回收旧树脂的商贩,采用这种招数较为普遍。
判断离子交换树脂游离水是否招标的简单办法:将树脂袋竖立置放10分钟,然后在包装袋底部用道具捅一个窟窿,如果流出的水成线性,则视为游离水含量超标,如果滴答出一些水分则视为正常。
6. 离子交换树脂为什么要浸泡在溶液中
树脂需要湿保存,因为一干了,树脂就裂了
7. 为什么离子交换树脂中不能干涸
因为树脂不能够用常用方法进行干燥,那样会破坏树脂的结构,所以一般采用冷冻干燥法。在制备过程中多数是采用湿的树脂吸附催化剂。
8. 离子交换树脂的原理
离子交换树脂是由空间网状结构骨架(即母体)与附属在骨架上的许多活性内基团所构成的容不溶性高分子化合物。活性基团遇水电离,分成二部分:(1)固定部分,仍与骨架牢固结合,不能自由移动,构成固定离子;(2)活动部分,能在一定空间内自由移动,并与其周围溶液中的其他同性离子进行交换反应,称为可交换离子或反离子。以强酸性阳离子交换树脂为例,可写成R-SO3-H+,其中R代表树脂母体即网状结构部分,-SO3- 代表活性基团的固定离子,H+为活性基团的可交换离子。有时更简单地写成R-H+。离子交换通过不溶性的电解质(树脂)与溶液中的另一种电解质进行化学反应。这一反应可以是中和反应、中性盐分解或复分解反应。譬如中和反应:
R-H+ + NaOH= RNa+H2O 利用这个反应可以去除水的碱度。
9. 离子交换树脂的选择原则是什么
离子交换树脂的吸附交换原理:
离子交换树脂本身的离子一般是低价离子,所以离子交换树脂在与水接触时,根据树脂的吸附选择性,会将水中的高价离子吸附,将低价离子释放,而这些被释放的低价离子会与水中的其他离子结合,成为无害的物质,而在实际使用的过程中,经常都是将树脂转化为其他的离子形式进行使用,比如一般阳离子交换树脂会转化为钠型树脂再进行使用,从而达到软化水的目的。
离子交换树脂的吸附顺序:
1.离子交换树脂对阳离子的吸附顺序:
Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+
2.强碱性阴离子交换树脂对阴离子的吸附顺序:
SO42- > NO3- > Cl- > HCO3- > OH-
3.弱碱性阴离子交换树脂对阴离子的吸附顺序:
OH- > 柠檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- >草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- >醋酸根- > HCO3-
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