水处理工艺--离子交换处理

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1、1.离子交换树脂的结构及合成离子交换树脂是由高聚物骨架和连结在骨架上的可交换基团（简称功能团）组成的。骨架具有庞大的空间网络结构，它是有许多低分子化合物（称为单体）聚合而形成的不溶于水的高分了化合物，高分子链上有各种可交换功能基团。根据单体的的种类树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等。下面以苯乙烯系树酯为例讨论。苯乙烯系树脂的制备：树脂制备过程可分为高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上引入可交换的基团的两个反应阶段。苯乙烯系树脂是以苯乙烯和二乙烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子

2、骨架，也称白球。二乙烯苯在高聚物中起的是空间架桥作用，使聚合物形成网状交联，聚合物中二乙烯苯的含量愈多，白球的网状结构就愈坚固。我们通常把聚合物中二乙烯苯的质量百分数叫做交联度。如交联度为7，就是指白球中二乙烯苯的质量占7%。白球制备出来以后，再将白球通过磺化反应、氯甲基反应和胺化反应，即可分别得到阴、阳离子交换树脂。下面就分别介绍。二乙烯苯苯乙烯CH=CH2n—CH－CH2—…—CH—CH2—CH—…聚苯乙烯—CH—CH2—CH—…+过氧化苯甲酰CH=CH2CH=CH2m苯乙烯树脂的制备苯乙烯阳树脂的制备磺化反应：—CH—

3、CH2—CH—……—CH—CH2—CH—CH2—…SO3HSO3H—CH—CH2—CH—……—CH—CH2—CH—CH2—…+H2SO4聚苯乙烯苯乙烯系磺酸型阳树脂100℃，Ag2SO4聚苯乙烯高分子骨架的制备：苯乙烯阴树脂的制备氯甲基化反应：氨化反应：……—CH－CH2—……氯球CH2CI三甲基胺+(CH3)3N→……—CH－CH2—……CICH2N(CH3)3苯乙烯季胺盐阴树脂CH2CI……—CH－CH2—……聚苯乙烯+CH2OCH2CI→氯甲醚……—CH－CH2—……+CH3OH氯甲基聚苯乙烯（氯球）2离子交换树脂

4、的命名离子交换树脂产品型号是根据国家标准GBl631—79《离子交换树脂产品分类、命名及型号》而制定的。离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称依次排列组成。基本名称为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称前加“大孔”两字。分类属酸性的，在基本名称前加“阳”字；分类属碱性的，在基本名称前加“阴”字。离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数字组成。第一位数字代表产品分类，第二位数字代表产品骨架组成，第三位数字为顺序号，用以区别功能基或交联剂的差异。代号数字的意义见表3.5.1和3.5.2。代号0123456功能基强酸

5、性弱酸性强碱性弱碱性螯合性两性氧化还原表3.5.1分类代号表3.5.1骨架代号代号0123456骨架类型苯乙烯系丙烯酸系酚醛系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系例如：001×7——(凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7。110×4——(凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4。D201——大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。3.离子交换树脂的特性物理性能：(1)外观。(2)颗粒度。(3)含水量。(4)密度。1)湿真密度。2)湿视密度。5)机械强度。（6)耐热性化学性能：(1)交换反应的可逆性(2)酸、碱性(3)

6、选择性。(4)交换容量。1)全交换容量。2)工作交换容量。树脂的离子交换是一种可逆反应，反应式可表示为：RA+BRB+A与任何化学平衡一样，上述反应遵循质量作用定律，它的逆反应就是A型树脂的再生。平衡常数表达式：KBA=[RB]·[A]/（[RA]·[B]）KBA>1树脂对B的亲和力大于对A的亲和力，图中曲线c；KBA<1树脂对B的亲和力小于对A的亲和力图中曲线a；KBA=1树脂对A的亲和力等于对B的亲和力图中曲线b；称KBA为树脂的选择性系数，在浓度很稀时只与温度有关，温度一定时即为常数。图3.6.1离子交换等温曲线3.4

7、离子交换原理图3.6.2树脂层交换层工作状况1—失效层；2—工作层；3—尚未工作的树脂层工作层的下一个区域是尚未工作的A型树脂层，在离子交换进行过程中，这三层实际上无时不在变化，所以不可能找出明显的分界线，图中的分界线是为说明问题而大致划分的。在交换过程中，工作层不断下移，当下移到交换柱底部最后一层时，此时出水中就有B离子，也就说B离子开始穿透，交换柱开始失效了。所以最后一层离子交换容量未能充分发挥，只起保证出水质量的作用，为保护层。如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。在实际运行时，

8、交换树脂分为几个区域，上层全部转为B型树脂，是失效层。失效层的下一个区域为工作层，水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行，在这一层中的树脂是A型和B型的混合物，随着交换的进行，工作层树脂被B离子饱和，也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到下一区域，可见交换柱中的工作层是自上而下不断