作业帮离子交换树脂的工作原理
来源：学生作业帮 编辑：拍题作业网作业帮 分类：综合作业 时间：2024/04/30 17:24:47
离子交换树脂的工作原理
离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物,它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成.
离子交换树脂可分为阳离子交换树脂、
阴离子交换树脂和两性离子交换树脂.
离子交换树脂不溶于水和一般溶剂.
大多数制成颗粒状,也有一些制成纤维状或粉状.树脂颗粒的尺寸一般在0.1.2mm 范围内,大部分在0.0.6mm之间.
它们有较高的机械强度(坚牢性),化学性质也很稳定,在正常情况下有较长的使用寿命.
按化学活性基团首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类.
阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类.
阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类.
离子交换树脂的工作原理
在离子交换过程中,水中的阳离子（如Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等）与阳离子交换树脂上的H+ 进行交换,水中阳离子被转移到树脂上,而树脂上的H+交换到水中.\x0b 水中的阴离子（如Cl-、HCO3-等）与阴离子交换树脂上的OH-进行交换,水中阴离子被转移到树脂上,而树脂上的OH- 交换到水中.而H+ 与OH- 相结合生成水,从而达到脱盐的目的.
离子交换机理：化学吸附
历程：
与液固相反应的历程类似,
①溶液内离子扩散至树脂表面,
②由表面扩散到树脂内部,
③离子交换,
④被交换的离子从树脂内部扩散至表面,
⑤被交换的离子再扩散至溶液中,
控制步骤为内扩散.
(1) 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团,如磺酸基－SO3H,容易在溶液中离解出H+,故呈强酸性.树脂离解后,本体所含的负电基团,如SO3－,能吸附结合溶液中的其他阳离子.这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换.强酸性树脂的离解能力很强,在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用. 树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用.如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成. (2) 弱酸性阳离子树脂 这类树脂含弱酸性基团,如羧基－COOH,能在水中离解出H+ 而呈酸性.树脂离解后余下的负电基团,如R-COO－(R为碳氢基团),能与溶液中的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用.这种树脂的酸性即离解性较弱,在低pH下难以离解和进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用.这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生). (3) 强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团),能在水中离解出OH－而呈强碱性.这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用. 这种树脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作.它用强碱(如NaOH)进行再生. (4) 弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2,它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性.这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用.这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附.它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作.它可用Na2CO3、NH4OH进行再生.
离子交换树脂可分为阳离子交换树脂、
阴离子交换树脂和两性离子交换树脂.
离子交换树脂不溶于水和一般溶剂.
大多数制成颗粒状,也有一些制成纤维状或粉状.树脂颗粒的尺寸一般在0.1.2mm 范围内,大部分在0.0.6mm之间.
它们有较高的机械强度(坚牢性),化学性质也很稳定,在正常情况下有较长的使用寿命.
按化学活性基团首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类.
阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类.
阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类.
离子交换树脂的工作原理
在离子交换过程中,水中的阳离子（如Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等）与阳离子交换树脂上的H+ 进行交换,水中阳离子被转移到树脂上,而树脂上的H+交换到水中.\x0b 水中的阴离子（如Cl-、HCO3-等）与阴离子交换树脂上的OH-进行交换,水中阴离子被转移到树脂上,而树脂上的OH- 交换到水中.而H+ 与OH- 相结合生成水,从而达到脱盐的目的.
离子交换机理：化学吸附
历程：
与液固相反应的历程类似,
①溶液内离子扩散至树脂表面,
②由表面扩散到树脂内部,
③离子交换,
④被交换的离子从树脂内部扩散至表面,
⑤被交换的离子再扩散至溶液中,
控制步骤为内扩散.
(1) 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团,如磺酸基－SO3H,容易在溶液中离解出H+,故呈强酸性.树脂离解后,本体所含的负电基团,如SO3－,能吸附结合溶液中的其他阳离子.这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换.强酸性树脂的离解能力很强,在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用. 树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用.如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成. (2) 弱酸性阳离子树脂 这类树脂含弱酸性基团,如羧基－COOH,能在水中离解出H+ 而呈酸性.树脂离解后余下的负电基团,如R-COO－(R为碳氢基团),能与溶液中的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用.这种树脂的酸性即离解性较弱,在低pH下难以离解和进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用.这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生). (3) 强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团),能在水中离解出OH－而呈强碱性.这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用. 这种树脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作.它用强碱(如NaOH)进行再生. (4) 弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2,它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性.这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用.这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附.它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作.它可用Na2CO3、NH4OH进行再生.