離子交換的基本原理

2018-06-20 02:26:10

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離子交換樹(shù)脂對(duì)水中不同離子的選擇性與樹(shù)脂的交聯(lián)度、交換基團(tuán)、可交換離子的性質(zhì)、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關(guān)。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團(tuán)上的可

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離子交換樹(shù)脂對(duì)水中不同離子的選擇性與樹(shù)脂的交聯(lián)度、交換基團(tuán)、可交換離子的性質(zhì)、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關(guān)。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團(tuán)上的可交換離子發(fā)生交換。一般來(lái)說(shuō)，離子交換樹(shù)脂對(duì)價(jià)數(shù)較高的離子的選擇性較大。對(duì)于同價(jià)離子，則對(duì)離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價(jià)的金屬離子中，原子序數(shù)較大的離子其水合半徑較小，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)其的選擇性較大。對(duì)于強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，它對(duì)一些離子的選擇性順序?yàn)椋篎e3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但是這種可逆反應(yīng)并不是在均相溶液中進(jìn)行的，而是在固態(tài)的樹(shù)脂和溶液的接觸界面間發(fā)生的。這種反應(yīng)的可逆性使離子交換樹(shù)脂可以反復(fù)使用。

以001×7強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為例說(shuō)明：
001×7強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是一種凝膠型離子交換樹(shù)脂，其內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中有無(wú)數(shù)四通八達(dá)的孔道，孔道里面充滿(mǎn)了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團(tuán)。當(dāng)原水當(dāng)中的Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子-擴(kuò)散到樹(shù)脂的孔道中時(shí)，由于該樹(shù)脂對(duì)Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子選擇性強(qiáng)于對(duì)H+的選擇性，，所以H+就與進(jìn)入樹(shù)脂孔道中的Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子發(fā)生快速的交換反應(yīng)，Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子被固定到樹(shù)脂交換基團(tuán)上面，被交換下來(lái)的H+向樹(shù)脂的孔道中-擴(kuò)散，最終擴(kuò)散到水中。
(1)邊界水膜內(nèi)的擴(kuò)散水中的Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子向樹(shù)脂顆粒表面遷移，并擴(kuò)散通過(guò)樹(shù)脂表面的邊界水膜層，到達(dá)樹(shù)脂表面；
(2)交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴(kuò)散(或稱(chēng)孔道擴(kuò)散) Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子進(jìn)入樹(shù)脂顆粒內(nèi)部的交聯(lián)網(wǎng)孔，并進(jìn)行擴(kuò)散，到達(dá)交換點(diǎn)；
(3)離子交換 Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子與樹(shù)脂基團(tuán)上的可交換的H+進(jìn)行交換反應(yīng)；
(4)交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴(kuò)散被交換下來(lái)的H+ 在樹(shù)脂內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)孔中向樹(shù)脂表面擴(kuò)散。
(5)邊界水膜內(nèi)的擴(kuò)散最終擴(kuò)散到水中。

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