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离子交换树脂的化学性能

发布时间:2021-10-19
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化学性能

(1)离子交换反应的可逆性交换的逆反应即为再生。

(2)酸碱性 H型阳树脂和OH型阴树脂在水中电离出H+和OH-,表现出酸碱性。根据活性基团在水中离解能力的大小,树脂的酸碱性也有强弱之分。强酸或强碱性树脂在水中离解度大,受pH值影响小;弱酸或弱碱性树脂离解度小,受pH值影响大。因此弱酸或弱碱性树脂在使用时对pH值要求很严,各种树脂在使用时都有适当的pH值范围。

(3)选择性树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性,它是决定离子交换法处理效率的一个重要因素,本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合力。选择性大小用选择性系数来表征。以A型树脂交换溶液中的B离子的反应为例:

为此交换反应达到动态平衡时,A交换B的选择性系数KAB为

  (8—1)

式中(i)表示i离子的活度,ZA、ZB分别为A、B离子的价数。显然,若KAB=1,则树脂对任一离子均无选择性;若KAB>1,树脂对B有选择性,数值越大,选择性越强;若KAB<1,树脂对A有选择性。

选择性系数与化学平衡常数不同,除了与温度有关以外,还与离子性质,溶液组成及树脂的结构等因素有关。在常温和稀溶液中,大致具有如下规律。

a.离子价数越高,选择性愈好。

b.原子序数愈大,即离子水合半径愈小,选择性愈好。

根据以上规律,由文献报道的资料,排列出离子交换的选择性顺序为:

阳离子: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+

当采用RSO3H树脂时,Tl+和Ag+的选择性顺序将分别提前至Pb2+左右。

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

应当指出,由于实验条件不同,各研究者所得出的选择性顺序不完全相同.

c.H+和OH-的选择性决定于树脂活性基团的酸碱性强弱。对强酸性阳树脂,H+的选择性介于Na+和Li+之间。但对弱酸性阳树脂,H+的选择性最强。同样,对强磁性阴树脂,OH-的选择性介于CH3COO-与F-之间,但对弱碱性阴树脂,OH-的选择性最强。

离子的选择性,除上述同它本身及树树脂的性质有关外,还与温度、浓度及pH值等因素有关。

(4)交换容量 定量表示树脂的交换能力。通常用EV(mmol/ml湿树脂)表示,也可用EW(mmol/g干树脂)表示。这两种表示方法之间的数量关系如下:

EV=EW×(1-含水量)×湿视视密度(8-2)

市售商品树脂所标的交换容量是总交换容量,即活性基团的总数。树脂在给定的工作条件下实际所发挥的交换能力称为工作交换容量。因受再生程度、进水中离子的种类和浓度,树脂层高度、水流速度、交换终点的控制指标等许多因素影响,一般工作交换容量只有总交换容量的60%~70%。