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第5章 吸附与离子交换 Absorption and ion exchange 5.1 吸附 5.2 离子交换 6. 离子交换技术的应用 软水和去离子水的制备 水的软化机理 R—Na+ + Ca2+、Mg 2+ = R—Ca2 + 、 Mg2 + + Na + 水的软化工艺过程 原水（自来水、井水、山水等）→Na型酸性阳离子交换树脂→软水 去离子水的制备原理 R—H+ + R—OH- + MeX = R—Me + + R—X - + H2O 去离子水制备工艺过程　　 原水→强酸性阳离子交换树脂→强碱性阴离子交换树脂→混合床→去离子水 一价离子之间的交换：zA＝zB＝1 二价与一价离子的交换：zA＝2，zB＝1 （2）复杂系统的离子交换 分离因子定义： （3）影响选择性系数的因素 交联度对离子交换树脂的影响很大。 反离子的特性的影响。 溶液浓度的影响。 温度影响。 例6-3 用含20％（质量分数）NaNO3的HNO3溶液再生H型强酸性阳离子交换树脂。当通入足够多的酸溶液之后达到平衡，树脂中反离子有10％为Na+离子所交换。问再生用酸溶液中HNO3的浓度是多少？已知溶液的密度为1030kg/m3，选择性系数K Na+，H+＝1.56。 4.离子交换动力学和质量传递 nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+ 外扩散：溶液中的离子扩散到树脂表面； 内扩散：待交换离子在树脂相内部扩散； 离子进行交换； 交换下的离子，经内扩散，到达树脂的表面； 被交换下的离子，穿过膜，扩散到溶液中。 稀的外部溶液（≦0.01mol/L)：外扩散起决定作用。 浓的外部溶液（≧0.1mol/L)：内扩散起决定作用。 溶液（0.01~0.1mol/L)：外扩散和内扩散控制。 影响外扩散速度的因素 离子浓度：离子浓度越大，外扩散速度越大。 温度升高一度，外扩散速度增加3~5%； 搅拌速度越快，外扩散速度越快； 树脂颗粒越小，外扩散速度越快。 影响内扩散速度的因素 离子浓度：离子浓度越高，内扩散速度越大。 温度升高一度，内扩散速度增加4~8%； 离子半径与电荷：阳离子每增加一个电荷，内扩散速度降低10倍；阴离子每增加一个电荷，内扩散速度降低7~8倍； 树脂颗粒越小，内扩散速度越快。 交联度：交联度增大，内扩散速度降低，交联度减小，内扩散速度增加。 交换容量：内扩散速度随交换容量的增加而降低。 交换基性质 弱酸、弱碱型树脂，性质对内扩散速度影响较大， 强酸、强碱型树脂，性质对内扩散速度影响不大。 控制步骤的判断： Helfferich数（He） Vermeulen数（Ve） He＝1，膜扩散与颗粒扩散同时作用； He1，膜扩散控制； He1，颗粒扩散控制。 Ve0.3，颗粒扩散控制； Ve3.0，膜扩散控制； 0.3Ve3.0，膜扩散与颗粒扩散同时作用。 5.离子交换过程的设备与操作方式 搅拌槽 流化床 固定床 移动床 间歇式 半连续式 连续式 逆流再生固定床 再生液饱和程度 特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上 低 ⑵ 出水水质明显提高 ↓ ⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保证出水水质 中 ⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低 ↓ ⑸ 工作交换容量提高 高 ⑹ 操作较复杂 从而使底部再生效果好及剂量低等 （以H型树脂与含钠盐进行交换为例，即能降低钠的泄漏） 例：水中少量挥发性有机物可以用吸附法脱除。通常含有两种或两种以上的有机物。现有含少量丙酮（1）和丙腈（2）的水溶液用活性炭处理。Freundlich和Langmuir常数已知。对小于50mmol/L的溶质浓度范围，给出公式的绝对平均偏差。已知水溶液中含丙酮40mmol/L，含丙腈34.4mmol/L，操作温度25oC，使用上述方程预测平衡吸附量，并与实验值比较。实验值：q1=0.715mmol/g，q2=0.822mol/g，q总=1.537mmol/g。 4.吸附分离设备与操作方式 吸附操作方式 静态吸附 使废水与吸附剂搅拌混合，而废水没有自上而下流过吸附剂的流动，这种吸附操作叫静态吸附。 动态吸附 废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸附。 吸附设备 （1）吸附搅拌槽： （2）固定床：吸附剂在床中是固定的，废水自上而下流过吸附剂。 单床式、多床串联式、多床并联式。 按水流方向又可分：升流式与降流式。 （3）移动床：接近饱和的吸附剂从塔底间歇排出，每次卸出总填充量的（5~20）%，同时从塔顶投加等量