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离子交换柱的原理及使用方法

关注:194 发表时间:2018-02-26 09:39:07

离子交换柱的原理及使用方法

化学词典告诉你离子交换柱的原理及使用方法。所谓的离子交换柱,就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中,对流体中的离子进行交换、脱除。离子交换柱技术在水处理领域中有广泛的应用。如水质软化、除盐、高纯水制取、工业废水处理、重金属及贵重金属回收等等。水质软化过程在锅炉等方面的得到广泛的应用。

离子交换柱的原理

采用离子交换方法,可以把水中呈离子态的阳、阴离子去除,以氯化钠(NaCl)代表水中无机盐类,水质除盐的基本反应可以用下列方程式表达:

1、阳离子交换树脂:R—H+Na+→R-Na+H+

2、阴离子交换树脂:R—OH+CL-→R-CL+OH+

阳、阴离子交换树脂总的反应式即可写成:

RH+ROH+NaCL—RNa+RCL+H2O

由此可看出,水中的Nacl已分别被树脂上的H+和OH-所取代,而反应生成物只有H2O,故达到了去除水中盐的作用。

3、混合离子交换柱(混床):混床是装阳、阴树脂按一定比例(一般为1:2,以便阳、阴树脂同时达到交换终点而同时再生)装入混合柱而成,实际上它组合成了水中的H+和OH-立即生成电离度很小的水分子(H2O),几乎不存在阳床或阴床交换时产生的逆交换现象,故可以使交换反应进行得十分彻底,因而混合床的出水水质优于阳、阴床串联组成的复床所能达到的水质,能制取纯度相当高的成品水。

离子交换柱的使用方法

分析工作中,为了分离或富集某种离子。一般采用动态交换。这种交换方法在交换柱中进行,其操作过程如下。

(一)树脂的选择和处理

在化学分析中应用最多的为强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。生产上出厂的交换树脂颗粒大小往往不够均匀,故使用时应当先过筛以除去太大和太小的颗拉,也可以用水泡胀后用筛在水中选取大小一定的颗粒备用。一般商品树脂韧含有一定量的杂质,所以在使用前必须进行净化各种杂质,然后用蒸馏水洗涤至中性。这样就得到在活性基团上含有可被交换的H+或Cl-的氢型阳离子交换树脂或氯型阴离子交换树脂。如果需要钠型阳离子交换树脂,则用NaCl处理氢型阳离子交换树脂。

(二)装柱

进行离子交换通常在离子交换柱中进行。离子交换柱一般用玻璃制成,装置交换柱时,先在交换柱的下端铺上一层玻璃丝,灌入少量水,然后倾入带水的树脂,树脂就下沉而形成交换层。装柱时应防止树脂层中存留气泡,以免交换时试液与树脂无法充分接触。树脂高度一般约为柱高的90%。为防止加试液时树脂被冲起,在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维。交换枝装好后,再用蒸馏水洗涤,关上活塞,以备使用。应当注意不能使树脂露出水面,因为树脂露于空气中,当加入溶液时,树脂间隙中会产生气抱,而使交换不完全。交换柱也可以用滴定管代替。

(三)交换

将试液加到交换柱上,用活塞控制一定的流速进行交换。经过一段时间之后,上层树脂全部被交换、下层未被交换,中间则部分被交换,这一段称为“交界层”。随着交换的进行,交界层逐渐下移,至流出液中开始出现交换离子时,称为始漏点(亦称泄漏点或突破点),此时交换柱上被交换离子的物质的量数称为始漏量。在到达始漏点时,交界层的下端刚到达交换柱的底部,而交换层中尚有未被交换的树脂存在,所以始漏量总是小于总交换量。

(四)洗脱

当交换完毕之后,一般用蒸馏水洗去残存溶液,然后用适当的洗脱液进行洗脱。在洗脱过程中、上层被交换的离子先被洗脱下来,经过下层未被交换的树脂时,又可以再度被交换。因此最初洗脱液中被交换离子的浓度等于零,随着洗脱的进行,洗出液离子浓度逐渐增大,达到最大值之后又逐渐减小,至完全洗脱之后,被洗出之离子浓度又等于零。




 

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