水处理离子交换分离.ppt

离子交换过程的特点:
选择性高:主要去除离子化的物质,并进行等
物质的量交换;
去除效率高
适用性强,应用范围广(无机、有机及高纯物的
制备);
交换剂可反复使用
操作简便,分离容易
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3离子没换的基理论

离子交换热力学——平衡问题,反应的
方向和限度
离子交换动力学——速率问题,反应的
历程和达到平衡的时间
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一、道南理论( Donnan Theory)膜平衡理论
几点假设:

水溶涨;
界面
外
b树脂颗粒和外部溶液之间
的界面看作是一种半透膜,
Resion-so3
膜的一边是树脂相,另
半逶膜
溶边是溶液相
液

部溶液中的离子,可通过
HC!半透膜相互扩散;树脂骨
架上的固定离子不能扩散
2膜内外同类型高子扩散透过半透膜的速率相等时1
离子交换过程达到平衡。
、道南理论( Donnan Theory)
以H型阳离子交换树脂为例:
道南原则:将H型阳离子交换树脂浸入盐酸(HC)
溶液,则树脂上的H可以进入外部溶液,而外部
溶液中的H和C也可以进入内部溶液。当膜内
外H和(扩散通过半透膜的速度相等时,交换达
到了平衡。
根据唐南原则,阳离子只能交换阳离子,不能交换
阴离子;阴离子也只能交换阴离子,不能交换阳离
子
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、道南理论( Donnan Theory)
离子交换过程也适用质量作用定律
H内CH内=[H中外CH外
由于膜两边电荷呈中性,即H=CH,
H内=C内+[R
将[H1外H代入质量作用定律,得
CH外2=CH内[C内+R小
由于膜内有较多的固定离子存在,因此[R很大,则
[CH外>[CH内,[内>>[H
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、离子交换平衡
s离子交换过程可看作是固相的交换树脂和液相中
电解质之间的化学置换反应。其反应一般是可逆
的。
6阳离子交换:RA++B+=RB++A+
≤阴离子交换:R+C+D=R+D+C
如:树脂上有可交换离子Na+,溶液中有Ca2+
→Ca2+与树脂上的Na+交换→)Na进入溶液
当溶液Na+浓度很高时→Na+又置换树脂上的Ca2
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二、离子交换平衡
Cl
SO3Na
RHSO
C交换
R
C再生
SO,Ca
Na
SO
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离子交换反应的界面过程
二、离子交换平衡
◆由于离子交换反应是可逆的,进行的方向主要取
决于树脂相和溶液相中各种离子的相对浓度。
s树脂相和溶液相中离子浓度差作为推动力,推动
着交换反应的进行。当反应进行到一定程度时,
就达到了离子交换平衡状态。此时,每一种物质
在树脂相中的化学势与在溶液相中的化学势相等,
即:
(△G+RTha)树=(AG+ RT In a;)溶液
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二、离子交换平衡
离子交换平衡可用平衡常数来表示。
例如:将树脂R-A浸入含有B+的溶液中,B+与A+能通过半
透膜进行交换:RA+内+B外=RB内+A外
达到平衡后,平衡常数
K
B
≤如果KAB>1,表示B比较牢固地结合在树脂上;
≤如果KAB<1,则表示A+比较牢固的结合在树脂上。
∴K△B的数值说明了离子交换树脂对A+、B+两种离子的选
择性,因此称为选择性系数。KAB越大,离子交换树脂对B+
的选择性越大
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