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離子交換的基本原理

2018-06-20 02:26:10

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211711

離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯(lián)度、交換基團、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上的可

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離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯(lián)度、交換基團、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上的可交換離子發(fā)生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數(shù)較高的離子的選擇性較大。對于同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數(shù)較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對于強酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：Fe3+>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行的，而是在固態(tài)的樹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脂可以反復(fù)使用。

以001×7強酸陽離子交換樹脂為例說明：
001×7強酸陽離子交換樹脂是一種凝膠型離子交換樹脂，其內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中有無數(shù)四通八達的孔道，孔道里面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當原水當中的Ca2+，Mg2+等陽離子-擴散到樹脂的孔道中時，由于該樹脂對Ca2+，Mg2+等陽離子選擇性強于對H+的選擇性，，所以H+就與進入樹脂孔道中的Ca2+，Mg2+等陽離子發(fā)生快速的交換反應(yīng)，Ca2+，Mg2+等陽離子被固定到樹脂交換基團上面，被交換下來的H+向樹脂的孔道中-擴散，最終擴散到水中。
(1)邊界水膜內(nèi)的擴散水中的Ca2+，Mg2+等陽離子向樹脂顆粒表面遷移，并擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面；
(2)交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴散(或稱孔道擴散) Ca2+，Mg2+等陽離子進入樹脂顆粒內(nèi)部的交聯(lián)網(wǎng)孔，并進行擴散，到達交換點；
(3)離子交換 Ca2+，Mg2+等陽離子與樹脂基團上的可交換的H+進行交換反應(yīng)；
(4)交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴散被交換下來的H+ 在樹脂內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)孔中向樹脂表面擴散。
(5)邊界水膜內(nèi)的擴散最終擴散到水中。

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