离子交换技术特点、结构、原理及应用
离子交换技术特点、结构、原理及应用
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1.定义：
利用离子交换剂来进行物质的分离和提纯的方法
2.原理：
基于物质在固相与液相之间的分配
3.离子交换剂分类：
有机离子交换树脂和无机离子交换剂
无机离子交换剂的优点：耐高温、抗辐射 缺点：交换能力低、化学稳定性差、机械稳定性差
有机离子交换树脂的特点：网状结构、难溶（水、酸、碱、有机溶剂）、性质稳定（热、机械、化学）、含活性基团（-SO3H、-COOH、≡NROH）
4.离子交换树脂结构：
网状骨架上有许多功能团，以苯乙烯和二乙烯苯交联共聚体为骨架，以磺酸基为功能团。
5.离子交换树脂分类：
按物理结构分类：凝胶型（孔径为5nm)；大孔型（孔径为20—100nm)；
按合成的树脂所用原料单体分类：
苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、乙烯吡啶系
最常用的分类是依据树脂离子交换功能团分：
强酸性阳离子交换树脂；弱酸性阳离子交换树脂；
强碱性阴离子交换树脂；弱碱性阴离子交换树脂。
特殊的离子交换树脂：电子交换树脂，大孔离子交换树脂，螯合树脂，萃淋树脂，氧化还原树脂和纤维交换剂等。
6. 离子交换树脂作用原理：
（1）电离
最常见的聚苯乙烯苯磺酸树脂，以苯乙烯和二乙烯苯交联共聚体为骨架，以磺酸基为功能
供
团，当树脂浸泡在水溶液中，水渗入树脂相，功能团电离产生可供交换的游离离子，如上式，联结在树脂骨架上不能自由运动，使树脂带上固定的电荷，被称为固定离子，与固定离子电荷相反的离子（如）称反离子，在树脂相内形成一种类似高分子电解质的“溶液”，外来离子扩散入树脂相，便能置换这些反离子，而发生。
（2）交换反应
所以，被吸附在树脂上，而被解吸进入溶液中，这就是离子交换树脂上的离子交换过程，也可称作吸附和吸解过程。
7. 离子交换树脂物理性质：
7.1外观
（1）颜：透明或半透明的物质，颜各异。在使用中，由于可交换离子的转换或受杂质的污染等原因，其颜会发生变化。
（2）形状：一般均呈球形。树脂呈球状颗粒数占颗粒总数的百分率，称为圆球率。对于交换柱水处理工艺来说，圆球率愈大愈好，它一般应达90%以上。
7.2粒度
树脂颗粒的大小对水处理的工艺过程有较大的影响。颗粒大，交换速度就慢；颗粒小，水通过树脂层的压力损失就大。如果各个颗粒的大小相差很大，则对水处理的工艺过程是不利的。
有效粒径是指筛分树脂时，10%体积的树脂颗粒通过，而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积的树脂的筛孔直径之比。均一系数越接近1，表明树脂颗粒越均匀。常常见到用筛目数表示树脂粒度。
7.3密度
（1）真体积V真：质量为w1的含有平衡水的湿树脂加到水中，观察排开水的量，即得到树脂的真体积V真。
（2）视体积V视：将含平衡水的树脂装入量筒，敲击振动使体积极小，得树脂空间体积，即为视体积V视。
（3）干真密度：在干燥状态下树脂本身的密度。
此值一般为1.6左右，在实用意义不大，常用在研究树脂性能方面。
（4）湿真密度：指树脂在水中经过充分膨胀后，树脂颗粒的密度
（5）湿视密度：指树脂在水中充分膨胀后的堆积密度
湿视密度用来计算交换器中装载树脂时所需湿树脂的质量,此值一般在0.60～0.85之间。
7.4含水率
含水量的大小取决于亲水基团的多少及树脂孔隙的大小。对凝胶型树脂，交联度对含水量的影响比较大。
7.5溶胀性
当将干的离子交换树脂浸入水中时,其体积常常要变大,这种现象称为溶胀。
影响溶胀率大小的因素有以下几种：
（1）溶剂。树脂在极性溶剂中的溶胀性，通常比在非极性溶剂中强。
（2）交联度。高交联度树脂的溶胀能力较低。
（3）活性基团。此基团愈易电离，树脂的溶胀性愈强。
（4）交换容量。高交换容量离子交换树脂的溶胀性要比低交换容量的强。
（5）溶液深度。溶液中电解质浓度愈大，由于树脂内外溶液的渗透压差减小，树脂的溶胀率愈小。
（6）可交换离子的本质。可交换的水合离子半径愈大，其溶胀率愈大，因而在其交换和再生的过程中会发生胀缩现象，多次的胀缩就容易促使树脂颗粒碎裂。

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