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離子交換樹脂的化學性能

發布時間:2021-10-19
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化學性能

(1)離子交換反應的可逆性交換的逆反應即為再生。

(2)酸堿性 H型陽樹脂和OH型陰樹脂在水中電離出H+和OH-,表現出酸堿性。根據活性基團在水中離解能力的大小,樹脂的酸堿性也有強弱之分。強酸或強堿性樹脂在水中離解度大,受pH值影響??;弱酸或弱堿性樹脂離解度小,受pH值影響大。因此弱酸或弱堿性樹脂在使用時對pH值要求很嚴,各種樹脂在使用時都有適當的pH值范圍。

(3)選擇性樹脂對水中某種離子能優先交換的性能稱為選擇性,它是決定離子交換法處理效率的一個重要因素,本質上取決于交換離子與活性基團中固定離子的親合力。選擇性大小用選擇性系數來表征。以A型樹脂交換溶液中的B離子的反應為例:

為此交換反應達到動態平衡時,A交換B的選擇性系數KAB為

  (8—1)

式中(i)表示i離子的活度,ZA、ZB分別為A、B離子的價數。顯然,若KAB=1,則樹脂對任一離子均無選擇性;若KAB>1,樹脂對B有選擇性,數值越大,選擇性越強;若KAB<1,樹脂對A有選擇性。

選擇性系數與化學平衡常數不同,除了與溫度有關以外,還與離子性質,溶液組成及樹脂的結構等因素有關。在常溫和稀溶液中,大致具有如下規律。

a.離子價數越高,選擇性愈好。

b.原子序數愈大,即離子水合半徑愈小,選擇性愈好。

根據以上規律,由文獻報道的資料,排列出離子交換的選擇性順序為:

陽離子:Th4+>La3+>Ni3+>Co3+>Fe3+>Al3+>Ra2+>Hg2+>Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+>Cu2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>Ba2+>Tl+>Ag+>Cs+>Rb+>K+>NH4+>Na+>Li+

當采用RSO3H樹脂時,Tl+和Ag+的選擇性順序將分別提前至Pb2+左右。

陰離子:C6H5O73->Cr2O72->SO42->C2O42->C4H4O52->AsO43->PO43->MoO42->ClO4->I->NO3>CrO42->Br->SCN->CN->HSO4->NO2->Cl->HCOO->CH3COO->F->HCO3->HSiO3-

應當指出,由于實驗條件不同,各研究者所得出的選擇性順序不完全相同.

c.H+和OH-的選擇性決定于樹脂活性基團的酸堿性強弱。對強酸性陽樹脂,H+的選擇性介于Na+和Li+之間。但對弱酸性陽樹脂,H+的選擇性最強。同樣,對強磁性陰樹脂,OH-的選擇性介于CH3COO-與F-之間,但對弱堿性陰樹脂,OH-的選擇性最強。

離子的選擇性,除上述同它本身及樹樹脂的性質有關外,還與溫度、濃度及pH值等因素有關。

(4)交換容量 定量表示樹脂的交換能力。通常用EV(mmol/ml濕樹脂)表示,也可用EW(mmol/g干樹脂)表示。這兩種表示方法之間的數量關系如下:

EV=EW×(1-含水量)×濕視視密度(8-2)

市售商品樹脂所標的交換容量是總交換容量,即活性基團的總數。樹脂在給定的工作條件下實際所發揮的交換能力稱為工作交換容量。因受再生程度、進水中離子的種類和濃度,樹脂層高度、水流速度、交換終點的控制指標等許多因素影響,一般工作交換容量只有總交換容量的60%~70%。


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