离子交换树脂.ppt

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1、离子交换树脂离子交换树脂的基本理论离子交换平衡离子交换动力学离子交换树脂的应用内容离子交换热力学：离子交换反应在一定条件下的反应方向和反应限度。离子交换平衡离子交换反应是可逆反应，其反应是在固态的树脂和水溶液接触的界面间发生的。阳离子交换反应可表述为：An++n（R—SO3-）B+≒nB++（R—SO3-)nAn+-一般交换反应的平衡关系aRnA和aRB——树脂中离子A和B的活度KA——选择性系数，其值越大离子交换树脂对B离子的交换能力就越大，就越易吸附B离子。B式中aA和aB——溶液中离子A和B的活度离子价数离子半径选择性的因素离子价数越高，其与树脂功能基的静

2、电吸引力越大，亲和力越大，如Ca2+Mg2+易于树脂上的Na+H+交换。在水中离子会水化而使树脂膨胀，对于同价离子，当原子序数增加，其水合离子的半径减小，其选择性增大，如Ca2+的选择性大于Mg2+。树脂交联度总结：可根据以上因素选择离子交换树脂和被交换的离子。交联度越高，对树脂的选择性影响越大。这是由于交联网形成的筛网作用造成。离子交换动力学：离子交换动力学离子交换的效果取决于离子交换速度，而离子交换速度主要受离子从溶剂进入到树脂表面和树脂内部的扩散过程的影响。以Na型树脂与溶液中Ca2+进行交换反应为例，实际离子交换过程是由如下的相对速率组成：→离子交换反应

3、的历程和达到平衡的时间。其中膜扩散和粒内扩散速度是影响离子交换速度的主要因素。而影响膜扩散和粒内扩散速度是影响离子交换速度的主要因素。Ca2+从溶液通过液膜扩散到树脂表面（膜扩散）→Ca2+从树脂表面向孔内扩散（粒内扩散）→Ca2+与Na+进行交换→Na+从孔内扩散到树脂表面→Na+通过液膜扩散到溶液中。总结：在水的离子软化和水的强酸强碱脱盐过程中，交换过程为液膜所控制，再生则多属受粒内扩散控制。弱酸弱碱的离子交换过程一般也受粒内扩散控制。溶液流速：树脂颗粒大小：溶液浓度：树脂交联度增大搅拌速度或柱流速，可增加膜扩散速度；减小树脂的粒度，可同时提高膜扩散和粒内扩

4、散速度；溶液浓度较低时，膜扩散是影响交换速度的主要因素，溶液浓度较高时，粒内扩散则成为影响交换速度的主要因素；影响膜扩散和粒内扩散的主要因素：离子交换树脂可用于物质的精化，浓缩，分离，物质离子组成的转变，有机物质的脱色以及作催化剂等，在许多工业生产和科技领域中得到应用。离子交换树脂的应用离子交换器（一）水处理这是离子交换树脂应用最多的领域，包括硬水软化，无离子水，高纯水制备等。锅炉用水常先用强酸性离子交换树脂将水中的Ca2+和Mg2+交换掉：2R—SO3H++Ca2+(或Mg2+)→（RSO3）2Ca[或（RSO3）2Mg]+2H+(R—树脂基体)然后再使处理后

5、的水通过一个强碱型或弱碱型的离子交换柱，将阴离子Cl-等交换掉。也有使用阴、阳离子交换混合柱的：（R—SO3H+R4NOH）+NaCl→（R—SO3+R4NCl）+H2O(纯水)（二）铀、贵金属、稀土金属的分离提取如从铀矿中提取铀的方法是先用硫酸或纯碱处理铀矿，同时加入MnO2、KClO3等氧化剂，使铀变成6价，并生成硫酸铀酰或碳酸铀酰络合阴离子：U(OH)4+3SO42-→[UO2(SO4)3]4-然后与氯型强碱性阴离子交换树脂进行交换：[UO2(SO4)3]4-+4RCl→R4[UO2(SO4)3]+4Cl-再用酸性（或中性）的NaCl或NaNO3溶液洗提（

6、三）医药、食品等的分离与提纯从发酵液中提取抗生素，过去用活性炭吸附，回收率低，残留杂质多，成本高，现均改用离子交换法。如从发酵菌丝中分离链霉素，方法是先使发酵液通过钠式羧基型阳离子交换树脂，使链霉素与Na+交换：R—COONa+链霉素盐→R—COO链霉素盐+Na然后用清水洗去柱中残留的发酵液，用0.5mol/LH2SO4洗提，得到链霉素硫酸盐。再用交联度较高的强酸性阳离子交换柱将少量无机盐杂质分离掉，最后使链霉素硫酸盐溶液通过弱碱性阴离子交换树脂，即可得纯度较高的中性链霉素溶液。（四）作催化剂离子交换树脂含有酸性或碱性基团，它可以代替无机酸碱在适当的条件下对水解

7、、缩合、加成、水合、酯化、脱水、醇解等多种反应起催化作用。可用作烯烃的水合反应制备醇、低分子醇与烯烃的醚及醚的裂解反应、酯的水解等反应的催化剂和气体吸附剂。为非均相催化反应，经过滤即能与产物分离；滤出的催化剂可回收再用；可进行连续化生产；副反应少；设备无需耐腐蚀；无污染。用离子交换树脂作催化剂的优点：（五）分析在分析化学方面常用离子交换树脂来分离性质相近的离子、浓缩稀溶液、稀有元素色谱分离以及除去干捞离子等。（六）医药离子交换树脂可用于治疗胃溃疡、肾脏病，消除腐败食物的毒素等。（七）工业废水处理离子交换树脂可用于含铬、汞、铜、金、银废水的处理及回收等。使用过的强

8、酸性阳离子交换树脂或强碱