第9章-离子交换.ppt
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1、1,第九章 水的软化与除盐 Softening and salt removal,第1节 概 述,2,一、水中主要溶解杂质 离子:Ca2+, Mg2+, Na+(K+) HCO3-, SO42-, Cl- 一般Fe2+, SiO32-含量较少。 气体:CO2,O2 总硬度:Ca2+, Mg2+ 碳酸盐硬度(carbonate hardness、暂时硬度) 非碳酸盐硬度(noncarbonate hardness) 含盐量:阳阴,3,软化:降低硬度 除碱:HCO3(锅炉给水、碱度太高,会汽水共沸) 除盐:降低含盐量 二、硬度单位 mmol/L, meq/L, 度(我国用德国度) 德国度10 mg
2、 CaO/L 美国度1mg CaCO3/L,4,三、水的纯度 以含盐量或水的电阻率表示(单位:欧姆 厘米) 淡化水:高含盐量水经局部处理 脱盐水:相当于普通蒸馏水,含盐量15mg/L 纯水:亦称去离子水,含盐量1mg/L 高纯水:含盐量0.1mg/L,5,四、软化和除盐基本方法 1.软化 (1)加热:去除暂时硬度 (2)药剂软化:根据溶度积原理 (3)离子交换:离子交换硬度去除比较彻底。 2.除盐 :蒸馏法、电渗析法、反渗透法、离子交换法,6,第2节 药剂软化法,一、石灰软化法: CaO + H2O = Ca(OH)2 CO2 + Ca(OH)2 -CaCO3+ H2O Ca(HCO3)2 +
3、 Ca(OH)2 - 2CaCO3 + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 - 2CaCO3+ Mg(OH)2+2H2O 若碱度硬度,还应去除多余的HCO3 若水中存在Fe离子,也要消耗Ca(OH)2,7,所以,石灰投加量: CaO = CO2 + Ca(HCO3)2 + 2Mg(HCO3)2 + Fe +a a:CaO过剩量,一般为0.10.2 mmol/L 为尽量降低碳酸盐硬度,石灰混凝沉淀可以同时进行。 注意:石灰法只能降低碳酸盐硬度及降低水中的碱度。,8,二、石灰纯碱法 去除碳酸盐和非碳酸盐硬度 CaSO4 + Na2CO3 -CaCO3+ Na2SO4 MgSO4 +
4、 Na2CO3 -MgCO3 + Na2SO4 MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3+Mg(OH)2 但纯碱太贵,此法一般不用。,9,三、石灰石膏法 当原水的碱度大于硬度,即负硬度(有碱度存在时)出现时 2NaHCO3 + CaSO4 + Ca(OH)2- 2CaCO3 + Na2SO4 + 2H2O,10,第3节 离子交换基本知识,一、离子交换剂: 磺化煤(煤磨碎后经浓硫酸处理得到) 离子交换树脂,11,二、离子交换树脂 1结构 母体(骨架):高分子化合物和交联剂经聚合反应而生成的共聚物 根据组成母体的单体材料:苯乙烯(最广泛)、丙烯酸、酚醛系列 活性基团:遇水电离,称为固定部分和活动
5、部分,具有交换性(可交换离子),12,如聚苯乙烯磺化 磺酸基团(SO3H) 一种强酸性阳离子树脂,微孔形态:凝胶型、大孔型、等孔型等,13,2命名 全名称:(微孔型态)(骨架名称)(基本名称) 如凝胶型苯乙烯系强酸型阳离子交换树脂 为了区别同一类树脂的产品,有时在前面加上一些数字。,14,3主要性能 密度: 湿真密度: 湿树脂质量/树脂颗粒本身所占体积 (不包括颗粒之间的空隙) 用于确定反冲洗强度,混合床的分层 湿视密度 :湿树脂质量/树脂堆积体积 计算树脂用量,15,2)交换容量:是树脂最重要的性能,表示树脂交换能力的大小。 以体积和重量两种表示方式。 全交换容量:可用滴定法测定或从理论上计
6、算 工作交换容量:实际工作条件下,全的6070,16,3) 离子交换树脂的选择性 与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关系,同时也受离子浓度和温度的影响。 离子电荷愈多,愈易被交换 原子序数愈大,即水合半径愈小,愈易被交换 Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+= NH4+ Na+Li+ SO42-NO3-Cl-HCO3-HSiO3- H和OH的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。 对于强酸阳树脂: H+Li+ 而对于弱酸阳树脂:H+Fe3+,17,三、离子交换平衡 离子交换也是一种化学反应,存在交换平衡。 RA + B- - RB +A+ 离子交换选择系数为: KAB= RBA+/
7、RAB+ 该值1,有利于交换反应的进行。 计算泄漏量、极限工作交换容量、再生度极限值,18,q0:树脂全交换容量;q:树脂中B+离子浓度 C0:溶液中两种交换离子的总浓度 C:溶液中B+离子浓度,19,第4节 离子交换软化,一、阳离子交换树脂特性 分强酸和弱酸。强酸主要有RNa 和RH。 1RNa 2RNa + Ca2 +- R2Ca + 2Na+ 2RNa + Mg2+ - R2Mg + 2Na+ 特点:去除碳酸盐和非碳酸盐硬度,总含盐量(阳离子总重量)有所变化,但碱度不变。,20,21,2RH 碳酸盐硬度, 生成CO2、H2O同时碱度也去除了。 非碳酸盐硬度,生成H2SO4,HCl 出水酸
8、性 对于Na+, RH + NaCl -RNa +HCl - 产生钠型树脂,但不起软化作用,22,23,开始时出水呈酸性。 Na开始泄漏时,出水酸度急剧下降。 之后,RH交换转变为RNa型运行模式,对Ca和Mg仍有交换能力。出水Na离子逐渐超过原水中的浓度,呈碱性。 然后硬度离子开始泄漏 出水中离子泄漏的顺序为:H、Na、Mg2、Ca2 失效点控制:脱碱,以Na泄漏为准 软化,以硬度离子泄漏为准。,24,3弱酸型RCOOH (目前应用广的主要是丙烯酸型),25,由于电离较弱,只能去除碳酸盐硬度 2RCOOH + Ca(HCO3)2 - (RCOO)2Ca + 2H2O +CO2 但交换容量大(
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