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离子交换树脂的化学性能介绍

时间:2016-11-1 8:49:17   来源:河北新时代化工建材有限公司


离子交换树脂系列产品具有交换容量高、交换速度快、机械强度好等众多特点,在在碱性、中性,甚至酸性介质中都显示离子交换的卓越功能,所以广泛应用于水处理、食品工业、制药行业、合成化学和石油化学工业、环境保护,以及湿法冶金和其他行业,这源于其5大化学性能。

  一、离子交换反应的可逆性能:
  离子交换反应是可逆的,例如当含有硬度的水通过H型离子交换剂时其反应如下表示:         2RH+Ca2+==========R2Ca+2H+    当反应进行到失效时,为了恢复离子交换剂的交换能力,就可以利用离子交换反应的可逆性,用硫酸或盐酸溶液通过此失效的离子交换剂,以恢复其交换能力。    如下式化学平衡的移动,当水中Ca2+和H型离子交换剂多时,反应正向进行,反之则逆向进行。        2RH+Ca2+======= R2Ca+2H+    正反应为运行,逆反应为再生,离子交换的可逆性,是离子交换树脂剂可以反复使用的重要性质。  

二、酸碱性能性能:
  强酸型阳离子交换树脂和弱碱型阴离子交换树脂的性能与电解质酸碱相同,在水中有电离出H+和OH-的能力,因此根据此能力的大小可以有强弱之分。    强酸型离子交换树脂在水中电离出H+的能力较大,所以它是很容易和水中其它各种离子进行交换反应,而弱碱H型离子交换树脂在水中电离出H+的能力较小,故当水中有一定量的H+时,就显示不出来交换反应,强碱性和弱碱性阴离子交换剂的情况与此相似。    

三、中和与水解:
  离子交换树脂的中和与水解的性能和通常的电解质一样,强酸型离子交换剂和碱液会进行中和反应,如强酸性H离子和强碱性NaOH相遇,则中和反应进行得更完全,如下式;          RSO3H+NaOH==========RSO3Na+H2O    它的水解反应也和通常电解质的水解反应一样,当水解产物有弱酸或弱碱时,水解能力较大,如下式表示。          RCOONa+H2O=====RCOOH+NOH RNH3CL+H2O=====RNH3OH+HCL    所以,具有弱碱性基团的离子交换树脂的盐性,易于水解。    

四、树脂的选择性能:
  离子交换树脂吸附各种离子的能力不一样,有些离子易被交换剂吸附,但吸附后要把它交换下来就较困难,而另一些离子很难被吸附,但被置换下来却比较容易,这种性能称为离子交换的选择性,这种选择性影响到离子交换剂的交换和再生(或称为还原)过程。    离子交换树脂的选择性能主要决定于被吸附的离子结构,它有两个规律;一个是离子带的电荷越大,越易被交换剂吸附,例如二价离子比一价离子易吸附,另一个是对于带有相同电荷量的离子,则原子序数大(即分子量大)的元素,形成离子的水合半径小,较易被吸附。    对于阳离子交换树脂来说,它对各种常见离子的选择性次序为;         Fe3+>AI3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>Li+    这个次序只适合在含盐量不是很高的水溶液中,如在浓溶液中,离子间的干扰较大,且水合半径的大小顺序和上述的次序有些差别,此时各离子间选择性差别较小。    离子交换树脂的选择性除了和吸附离子的本质有关外,有时还与离子交换剂的活性基团有关系,特别是强酸型阳离子交换树脂和弱碱型阴离子交换树脂,如带磺酸根(-SO3-)的强酸性离子交换剂,对H+的吸附能力并不很强,在选择性次序中H+居于Li+和Na+之间,即其选择性次序为:         Fe3+>AI3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>Li+    所以在实际应用中,用酸再生弱酸性阳离子交换剂,要比再生强酸性阳离子交换树脂容易得多。     强碱性阴离子交换树脂选择性次序为:
       SO42->NO3->CI->OH->F->HCO3->HSiO3-     弱碱性阴离子交换树脂的选择性次序为         OH-> SO42->NO3->CI->F->HCO3->HSiO3-     所以用碱再生弱碱性阴离子交换树脂要比再生强碱性阴离子交换树脂容易。    

五、交换性能:
  交换性能即离子交换树脂的交换容量,交换容量是表示一种离子交换树脂中可交换离子量的多少,交换容量有两种表示法;一种是重量表示法,即单位重量离子交换剂的吸附能力,通常用毫克当量/克(mg-N/g)表示,另一种是体积表示法,即单位体积离子交换剂的吸附能力,通常用克当量/米3(g-N/m3)表示。    离子交换是遵循当量定律的,等当量的交换和再生,不同的离子交换剂交换能力不同。由于离子交换剂的形态不同,其体积和重量也不相同,在表示交换容量时,为了统一起见,一般阳离子交换剂以H型为准,阴离子交换树脂以Cl型为准。    
  在实际运行中,要使交换剂充分再生,所需再生剂的量很多,是不经济的,因为再生愈彻底、完全,再生剂的用量必须大大增加,因此在实际运行中采用的再生剂量,要做到既能使交换剂得到较好的再生,而又不消耗较多的再生剂,所以要选取最优化的再生剂量,在这方面,津南大化工厂技术人员会给您提供一个科学的方案。


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