① 离子交换原理 离子是怎么交换的
1、离子交换是应用离子交换剂(最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。
2、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。
② 水处理工艺之离子交换法
离子交换法
离子交换法,是一种污水处理技术,通过离子交换剂与污水中离子间的交换反应,实现去除污水中污染物的目的。该方法具有特殊吸附过程的特点,主要吸附污水中的离子化物质,进行等当量的离子交换。
在污水处理中,离子交换法主要用于回收和去除污水中的金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子,以及对有机污水进行处理和净化放射性污水。
离子交换法的反应过程是可逆的,通过水溶液与树脂间的固-液界面,实现离子交换。最常见的是水的软化、除盐、去除或回收污水中的重金属离子等。以水中阳离子与交换剂上的Na+进行交换反应为例,反应式为:2RNa + M2+====R2M+2Na+。
离子交换剂由骨架和交换基团组成,分为无机和有机两大类。无机离子交换剂包括天然沸石和人工合成沸石,沸石既可用作阳离子交换剂,也可用作吸附剂。合成无机物离子交换剂能排出大分子,广泛应用的分子筛包括合成毛沸石、合成菱沸石、合成丝光沸石等。有机离子交换剂包括磺化煤和各种离子交换树脂。
离子交换树脂是一种具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质,具有多孔结构的固体球形颗粒,粒径一般为0.6~1.2mm(大粒径树脂)、0.3~0.6mm(中粒径树脂)、0.02~0.1mm(小粒径树脂)。树脂不溶于水和电解质,结构包括不溶于水的树脂本体和活性交换基团。树脂本体由有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物构成,交联剂使树脂形成立体网状结构,交换基团由起交换作用的离子与树脂本体连接的离子组成。
离子交换树脂具有选择性,水中不同离子与树脂交换的能力不同。选择性的影响因素包括离子电荷量、原子序数和溶液浓度。特种离子交换树脂具有对特定目标污染物离子的选择性吸附能力,官能团在普通树脂基础上经过修饰改性或直接使用特殊物质制成,适用于特定行业、水质和目标污染物的去除。
常用的离子交换设备包括固定床、移动床和流动床。固定床离子交换设备将树脂装入容器,处理液流过树脂层,操作包括交换、反冲洗、再生和清洗。移动床离子交换器中树脂在运动中周期性移动,定期替换失效树脂和补充再生树脂。流动床离子交换装置分为压力式和重力式,重力式双塔流动床由交换塔、再生清洗塔、水射器和辅助管路组成。