離子交換樹脂的內部結構,由三部分組成,分別是:
1、高分子骨。
由交聯的高分子聚合物組成;
2、離子交換基團。
它連在高分子骨架上,帶有可交換的離子(稱為反離子)的離子型官能團或帶有極性的非離子型官能團;
3、孔。
它是在干態和濕態的離子交換樹脂中都存在的高分子結構中的孔(凝膠孔)和高分子結構之間的孔(毛細孔)。
在交聯結構的高分子基體(骨架)上,以化學鍵結合著許多交換基團。這些交換基團也是由兩部分組成:固定部分和活動部分。
交換基團中的固定部分被束縛在高分子的基體上,不能自由移動,所以稱為固定離子;交換基團的活動部分則是與固定離子以離子鍵結合的符號相反的離子,稱為反離子或可交換離子。反離子在溶液中可以離解成自由移動的離子,在一定條件下,它能與符號相同的其他反離子發生交換反應。
1、離子交換的選擇性定義:
離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一,有些離子易被交換樹脂吸附,但吸著後要置換下來就比較困難;而另一些離子很難被吸著,但被置換下來卻比較容易,這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。
離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說,離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子,則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中,原子序數較大的離子其水合半徑較小,陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於強酸性陽離子交換樹脂來說,它對一些離子的選擇性順序為:Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。離子交換反應是可逆反應,但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的,而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。
2、以001×7強酸陽離子交換樹脂為例說明:
001×7強酸陽離子交換樹脂是一種凝膠型離子交換樹脂,其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道,孔道裡面充滿了水分子,在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當原水當中的Ca2+,Mg2+等陽離子-擴散到樹脂的孔道中時,由於該樹脂對Ca2+,Mg2+等陽離子選擇性強於對H+的選擇性,所以H+就與進入樹脂孔道中的Ca2+,Mg2+等陽離子發生快速的交換反應,Ca2+,Mg2+等陽離子被固定到樹脂交換基團上面,被交換下來的H+向樹脂的孔道中-擴散,最終擴散到水中。
(1)邊界水膜內的擴散
水中的Ca2+,Mg2+等陽離子向樹脂顆粒表面遷移,並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層,到達樹脂表面;
(2)交聯網孔內的擴散(或稱孔道擴散)
Ca2+,Mg2+等陽離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔,並進行擴散,到達交換點;
(03)離子交換
Ca2+,Mg2+等陽離子與樹脂基團上的可交換的H+進行交換反應;
(4)交聯網孔內的擴散
被交換下來的H+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散。
(5)邊界水膜內的擴散
最終擴散到水中。
鑒於離子交換樹脂反應的可逆性,反應後的樹脂通過處理,重新轉化為原來的離子交換樹脂,這樣又可以進入下一循環,其循環次數視所用樹脂類型不同而定。
2. 離子交換樹脂有哪些主要性能,含水率
含水率:抄是指樹脂孔隙間所含襲的水份,一般在40%~69%之間.
交聯度:是指樹脂在合成時,交聯劑的用量,一般在7%~10%之間.(如:二乙烯苯)
關系:交聯度低,含水率高;交聯度高,含水率低.
原因:交聯度的高低與樹脂孔隙率成反比,可理解為接觸面積大,孔隙就少.而孔隙率就直接和含水量成正比,因為水份都是在孔隙之中.所以,交聯度與含水率是反比關系.
3. 陽離子交換樹脂的注意事項
陽離子交換樹脂使用注意事項:
一般陽離子交換樹脂都是氫離子型,這樣的話就用1~2%的稀硫酸浸泡,時間12小時或以上,再用水洗至中性,即可使用。不能用自來水洗,要有去離子水,樹脂的ph一般不測定,測的是通過樹脂流出來的溶液的ph。
由於在合成樹脂過程中,樹脂表面及空隙中混摻有低分子和一些無機雜質(如銅、鐵等)、高分子單體物質,以及致孔劑等,因此樹脂在正式投入運行之前,必須將這些雜質除去,否則在使用過程中會以各種方式污染樹脂。特別應當指出,在含鉻廢水中,因鉻酸是一種氧化劑,如樹脂中有銅、鐵,便有催化氧化作用,從而加快樹脂氧化。預處理方法如下:1、熱水洗滌准備使用的新樹脂先用熱水反復清洗。陽樹脂可用70~80℃的熱水,陰樹脂(特別是強鹼陰樹脂)的耐熱性較差,可用50~60℃的熱水。開始浸洗時,每隔15分鍾左右換水一次,浸洗時要不是攪拌,換水4~5次後,可隔30分鍾左右換水一次,總共換水7~8次,浸泡至洗滌水不帶褐色,泡沫很少時為止。
樹脂的保養樹脂在使用過程中應防止懸浮物、有機物及油類等的污染,同時又要防止某些廢水對樹脂的劇烈氧化作用。因此,酸性氧化廢水進入陰樹脂前應去除重金屬離子,以防止重金屬對樹脂的催化作用。每次設備運行完畢後應將交換柱中廢水排回廢水池,代之以自來水或凈化水浸泡。樹脂飽和後要及時再生,再生後不宜長期在原液中浸泡停放,應及時淋洗干凈。
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4. 離子交換樹脂如何使用與貯藏
離子交抄換樹脂含有一定的襲水分子。在貯藏和使用時應保持一定的濕度,並避免濕度過高或乾燥,過冷或過熱的反復變化以及日光的直接照射,否則離子交換樹脂的機械強度將會下降。樹脂一般應在5〜40攝氏度的溫度范圍內保存,並注意不要長時間地與高濃度強氧化劑接觸。對於新樹脂來說,比較理想的交換溫度約為30攝氏度。陽離子交換樹脂在80攝氏度以下使用穩定;陰離子交換樹脂在40攝氏度以下使用穩定。中性鹽型樹脂比游離酸型或鹼型樹脂穩定。一般將樹脂連續使用一年作為一個周期,此時應檢査樹脂的交換容量,並按約5%的新樹脂進行補充。冬季常將樹脂貯存於10〜20%的氯化鈉溶液中。樹脂若被有機物污染或吸附達到飽和時,顏色將會加深。平常可藉此現象粗略地觀察樹脂吸附雜質的程度。
樹脂在貯存或使用過程中,應盡量避免樹脂被污染。造成污染的因素很多:被有機物、重金屬或細菌、藻類污染;被油類污染;水中硅酸含量過高;溶液或水溫忽高忽低的反復變化,多次反復地處於乾燥與水浸狀態,只顧使用,不顧再生處理以及長期貯存未加護養等。
5. 陽離子交換樹脂包裝裡面有液體怎麼回事
一般來說,離子交換樹脂的出廠包裝只允許帶有游離水含量,也即:離子交換樹脂回網孔內答部殘留活性水,這部分水是必須的,否則樹脂失去水分,官能團就沒有了活性,也就沒有了交換功能。但是實際包裝時,由於包裝設備不同,底部的那些樹脂在包裝時肯定比頂部的樹脂含水量會略高一些,但不至於會出現你說的「液體」狀。我理解的液體狀,應該是樹脂裝在包裝袋內,你用手去揉,包裝袋內的樹脂應該會晃動。如果是這樣的話,那你購買的產品極有可能被人為的加水了。目前國內有一些商家的確在這樣做,尤其是一些回收舊樹脂的商販,採用這種招數較為普遍。
判斷離子交換樹脂游離水是否招標的簡單辦法:將樹脂袋豎立置放10分鍾,然後在包裝袋底部用道具捅一個窟窿,如果流出的水成線性,則視為游離水含量超標,如果滴答出一些水分則視為正常。
6. 離子交換樹脂為什麼要浸泡在溶液中
樹脂需要濕保存,因為一幹了,樹脂就裂了
7. 為什麼離子交換樹脂中不能乾涸
因為樹脂不能夠用常用方法進行乾燥,那樣會破壞樹脂的結構,所以一般採用冷凍乾燥法。在制備過程中多數是採用濕的樹脂吸附催化劑。
8. 離子交換樹脂的原理
離子交換樹脂是由空間網狀結構骨架(即母體)與附屬在骨架上的許多活性內基團所構成的容不溶性高分子化合物。活性基團遇水電離,分成二部分:(1)固定部分,仍與骨架牢固結合,不能自由移動,構成固定離子;(2)活動部分,能在一定空間內自由移動,並與其周圍溶液中的其他同性離子進行交換反應,稱為可交換離子或反離子。以強酸性陽離子交換樹脂為例,可寫成R-SO3-H+,其中R代表樹脂母體即網狀結構部分,-SO3- 代表活性基團的固定離子,H+為活性基團的可交換離子。有時更簡單地寫成R-H+。離子交換通過不溶性的電解質(樹脂)與溶液中的另一種電解質進行化學反應。這一反應可以是中和反應、中性鹽分解或復分解反應。譬如中和反應:
R-H+ + NaOH= RNa+H2O 利用這個反應可以去除水的鹼度。
9. 離子交換樹脂的選擇原則是什麼
離子交換樹脂的吸附交換原理:
離子交換樹脂本身的離子一般是低價離子,所以離子交換樹脂在與水接觸時,根據樹脂的吸附選擇性,會將水中的高價離子吸附,將低價離子釋放,而這些被釋放的低價離子會與水中的其他離子結合,成為無害的物質,而在實際使用的過程中,經常都是將樹脂轉化為其他的離子形式進行使用,比如一般陽離子交換樹脂會轉化為鈉型樹脂再進行使用,從而達到軟化水的目的。
離子交換樹脂的吸附順序:
1.離子交換樹脂對陽離子的吸附順序:
Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+
2.強鹼性陰離子交換樹脂對陰離子的吸附順序:
SO42- > NO3- > Cl- > HCO3- > OH-
3.弱鹼性陰離子交換樹脂對陰離子的吸附順序:
OH- > 檸檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- >草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- >醋酸根- > HCO3-
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