① 離子交換原理 離子是怎麼交換的
1、離子交換是應用離子交換劑(最常見的是離子交換樹脂)分離含電解質的液體混合物的過程。離子交換過程是液固兩相間的傳質(包括外擴散和內擴散)與化學反應(離子交換反應)過程,通常離子交換反應進行得很快,過程速率主要由傳質速率決定。
2、離子交換反應一般是可逆的,在一定條件下被交換的離子可以解吸(逆交換),使離子交換劑恢復到原來的狀態,即離子交換劑通過交換和再生可反復使用。同時,離子交換反應是定量進行的,所以離子交換劑的交換容量(單位質量的離子交換劑所能交換的離子的當量數或摩爾數)是有限的。
② 水處理工藝之離子交換法
離子交換法
離子交換法,是一種污水處理技術,通過離子交換劑與污水中離子間的交換反應,實現去除污水中污染物的目的。該方法具有特殊吸附過程的特點,主要吸附污水中的離子化物質,進行等當量的離子交換。
在污水處理中,離子交換法主要用於回收和去除污水中的金、銀、銅、鎘、鉻、鋅等金屬離子,以及對有機污水進行處理和凈化放射性污水。
離子交換法的反應過程是可逆的,通過水溶液與樹脂間的固-液界面,實現離子交換。最常見的是水的軟化、除鹽、去除或回收污水中的重金屬離子等。以水中陽離子與交換劑上的Na+進行交換反應為例,反應式為:2RNa + M2+====R2M+2Na+。
離子交換劑由骨架和交換基團組成,分為無機和有機兩大類。無機離子交換劑包括天然沸石和人工合成沸石,沸石既可用作陽離子交換劑,也可用作吸附劑。合成無機物離子交換劑能排出大分子,廣泛應用的分子篩包括合成毛沸石、合成菱沸石、合成絲光沸石等。有機離子交換劑包括磺化煤和各種離子交換樹脂。
離子交換樹脂是一種具有離子交換特性的有機高分子聚合電解質,具有多孔結構的固體球形顆粒,粒徑一般為0.6~1.2mm(大粒徑樹脂)、0.3~0.6mm(中粒徑樹脂)、0.02~0.1mm(小粒徑樹脂)。樹脂不溶於水和電解質,結構包括不溶於水的樹脂本體和活性交換基團。樹脂本體由有機化合物和交聯劑組成的高分子共聚物構成,交聯劑使樹脂形成立體網狀結構,交換基團由起交換作用的離子與樹脂本體連接的離子組成。
離子交換樹脂具有選擇性,水中不同離子與樹脂交換的能力不同。選擇性的影響因素包括離子電荷量、原子序數和溶液濃度。特種離子交換樹脂具有對特定目標污染物離子的選擇性吸附能力,官能團在普通樹脂基礎上經過修飾改性或直接使用特殊物質製成,適用於特定行業、水質和目標污染物的去除。
常用的離子交換設備包括固定床、移動床和流動床。固定床離子交換設備將樹脂裝入容器,處理液流過樹脂層,操作包括交換、反沖洗、再生和清洗。移動床離子交換器中樹脂在運動中周期性移動,定期替換失效樹脂和補充再生樹脂。流動床離子交換裝置分為壓力式和重力式,重力式雙塔流動床由交換塔、再生清洗塔、水射器和輔助管路組成。