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来源: 发布时间:2021年12月10日

离子交换树脂的工作原理


在离子交换过程中,水中的阳离子(如Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂上的H+ 进行交换,水中阳离子被转移到树脂上,而树脂上的H+交换到水中。 水中的阴离子(如Cl-、HCO3-等)与阴离子交换树脂上的OH-进行交换,水中阴离子被转移到树脂上,而树脂上的OH- 交换到水中。而H+ 与OH- 相结合生成水,从而达到脱盐的目的。



离子交换机理:化学吸附


历程:

与液固相反应的历程类似,

①溶液内离子扩散至树脂表面,

②由表面扩散到树脂内部,

③离子交换,

④被交换的离子从树脂内部扩散至表面,

⑤被交换的离子再扩散至溶液中,

控制步骤为内扩散。


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1、总交换容量,表示每单位数量(重量或体积)树脂能进行离子交换反应的化学基团的总量。


2、工作交换容量,表示树脂在某一定条件下的离子交换能力,它与树脂种类和总交换容量,以及具体工作条件如溶液的组成、流速、温度等因素有关。


3、再生交换容量,表示在一定的再生剂量条件下所取得的再生树脂的交换容量,表明树脂中原有化学基团再生复原的程度。

通常,再生交换容量为总交换容量的50~90%(一般控制70~80%),而工作交换容量为再生交换容量的30~90%(对再生树脂而言),后一比率亦称为树脂的利用率。


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1、 定义

离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物:

● 不溶性的三维空间网状骨架

● 连接在骨架上的功能基团

● 功能集团上带有相反电荷的可交换离子



2、 分类

● 按母体材质分为:无机和有机

● 按结构特征分为:大孔、等孔、凝胶型

● 按化学活性基团性质(交换基或官能团):阳离子交换树脂(弱酸性、强酸性)、阴离子交换树脂(弱碱性、强碱性)。



实际使用上,常将这些树脂转变为其他离子形式运行,以适应各种需要。例如常将强酸性阳离子树脂与氯化钠作用,转变成钠型树脂再使用。工作时,钠型树脂放出钠离子,与溶液中的钙离子、镁离子等阳离子交换吸附,除去这些离子。反应式没有放出氢离子,可避免容易PH下降和由此产生的副作用,如设备腐蚀。



● 按基体种类分为:苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。





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离子交换树脂在有机合成中作为催化剂的应用越来越***,目前在以下方面都有成功工业应用:


1作为加成反应催化剂应用


烯烃与醇类的加成生成醚的反应是树脂催化剂应用**多的领域。其中甲醇与混合碳四中的异丁烯反应合成甲基叔丁基醚(MTBE)是树脂催化剂使用**早也是用量**多的领域,目前国内的MTBE产能在1800 万t/a,年消耗树脂催化剂近5000t。此外调整该工艺可实现混合碳四中的异丁烯和正丁烯的有效分离,是生产丁烯-1的有效方法。



近几年来随着汽油升级提质的要求轻汽油醚化的装置建设数量增加较快。轻汽油醚化主要是将汽油组份中的碳五、碳六叔碳烯烃与甲醇进行反应得到相应的醚化产物,从而达到降低汽油的烯烃含量、提供辛烷值的双重目的。此外树脂催化剂在异丁烯与乙醇反应生成乙基叔丁基醚(ETBE),异戊烯与甲醇反应生成甲基叔戊基醚(TAME)、异丁烯与乙二醇反应生成乙二醇单叔丁基醚等反应中均得到***应用。


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在实际应用中根据原水水质、出水要求、生产能力等来确定合适的离子交换工艺。

1、 原水水质




2、 出水水质

● 软化---强酸性阳树脂或与弱酸性阳树脂组合。

● 除盐—一定选用强型树脂,或与弱型树脂组合。



3、 水处理设备类型

● 移动床、流动床---耐磨、强度高的树脂

● 混床---选用湿真密度相差大的树脂



4、 应用范围

● 化工行业工艺用水:化工产品制造用水、化妆品用水、化工循环水等。

● 电子工业用超纯水:集成思路、显示管、硅晶片等电子元器件冲洗水。

● 食品工业用水:饮用纯净水、饮料、啤酒等。

● 电力行业锅炉补给水:火力发电厂锅炉等。

● 生活饮用水:住宅小区分质供水、软水机等。


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