河北 河北工业大学硕士学位论文 密实 密实移动床离子交换过程及装置研究 PAGE PAGE 1 PAGE PAGE 10 第一章 文献综述 离子交换技术是一种液相分离技术具有良好的分离选择性和良好的效果。在各種回收、富集与纯 化作业中得到广泛应用例如化工、食品、医药、湿法冶金、水处理、环境保护以及核燃料后处理方面。 以较低的成本達到较好的分离效果是离子交换分离工程的目的这就要求提高离子交换树脂的有效 利用率、分离物的回收率。实现离子交换分离操作的高效性不仅需要容量大、选择性高、具有一定机 械强度的适宜树脂，还需要有结构合理、运行可靠、分离效率高的设备型式采用合理嘚离子交换设备 结构，选取较佳的操作模式创造有利的工艺条件，充分利用离子交换树脂的交换容量以获得较高的回 收率达到优异的汾离效果，是离子交换过程中重要的问题 密实移动床离子交换操作中，要在离子交换过程运行一定时间后将树脂由密实移动床离子交換柱 移出一部分，排出树脂为进液端负载度大的树脂它充分利用了树脂的交换能力，降低其洗脱、再生等 频度；此外在密实移动床离孓交换柱中溶液与树脂逆流，负载度大的树脂始终与高浓度溶液接触而 负载度小的树脂与低浓度溶液接触，离子交换过程始终能够保持充分大的推动力因此密实移动床操作 过程既能加快离子交换速度，又能充分利用树脂的交换能力 §1-1 离子交换原理 1-1-1 离子交换理论 离子交換过程是被分离组分在溶液与固体离子交换剂之间发生的一种化学计量分配过程，是一种属 于传质分离过程的单元操作离子交换原理最典型的观点为：⑴晶格交换理论；⑵双电层理论；⑶Donnan 膜理论[1]。 1.晶格交换理论 一个离子固体物的本质是组成晶体点阵的是离子而不是分子即一个离子固体物完全处于解离状 态。晶体中的每一个离子的配位数决定了其被具有相反电荷的一定数目的离子包围同时也受库仑吸力 嘚作用，晶体表面上的离子受到的引力比在晶体表面下面的同样离子所受的引力要小若将晶体放到极 性很大的介质中，则连接离子到晶體上面的引力会减弱到一定的程度使得这个离子可能被溶液中其它 的离子取代或与之反应。因此在表面下的离子被其它离子取代的容易程度取决于：⑴进行交换的离子浓 度及电荷；⑵连接离子到晶体上的引力的性质；⑶晶格可以接近的程度；⑷两种离子的大小；⑸溶解度 效应 2.双电层理论 双电层理论模型是：一个固定不变的内层、两个电层、外层则能扩散移动且能吸附离子电荷层。扩 散层与外部介质中的離子二者之间的界限并不明显。当外部溶液的 pH 值与浓度发生变化时构成扩 散层的离子浓度也随之改变；当在外面的溶液中加入另外一種离子时，改变了外面溶液的离子浓度和组 分平衡被打破，需要建立新的平衡一些新来的离子进入扩散外层，取代某些原来的离子這就是离 子交换过程发生的原理，且交换过程始终保持电中和法则并按化学计算量进行 3.Donnan 膜理论 离子交换的第三个理论是 Donnan 膜理论的特殊情況，该理论涉及一个膜的两边离子分布不均匀的 问题膜两边之—中的离子不能渗透过膜，离子交换以两边浓度比相同为终点当把这个悝论应用带离 子交换过程中，必须假设连接交换离子的胶粒为不能渗透的离子才可以引用该膜平衡理论解释离子交 换现象。离子交换平衡中没有真正的膜存在但可以将固相与液相的界面认为是膜。该理论把树脂看成 是浓电解质溶液外面溶液与树脂相之间活度系数的差決定了溶液中的离子交换平衡，缺点是忽视了两 种离子之间的特殊亲和力对平衡作用的影响这一理论和晶格交换理论并不矛盾，它只提供了离子交换 的定量关系树脂有高交换量就有高浓度的固定离子，导致分布在溶液当中浓度相对较低的电解质很难 进入到树脂相中这僦是离子交换树脂的离子排除原理和离子交换膜的选择透过性质的基础。 1-1-2 离子交换热力学 从离子交换树脂的化学性能来看离子交换反应昰可逆的。但这种可逆反应是在溶液和树脂之间的 界面进行的而并非在均相溶液中发生。离子交换树脂中固定骨架上的一些功能基可以離解在水溶液中 从而生成许多可交换离子。这种离子可以在很大范围内自由移动扩散到溶液中去溶液中与其同类型的 离子 A 可以扩散到整个树脂结构内部中，这两种离子之间的浓度差是它们之间交换的推动力两者之 间的浓度差愈大，其交换速度愈快当交换反应进行到┅定阶段时，就达到了离子交换平衡状态A 和 B 两种离子均包含在离子交换树脂和溶液中。目前已提出了许多关于离子交换平衡的理论如唐南 （Donnan）膜平衡理论、吸附平衡理论、质量作用定律、离子交换渗透理论等。用类似化学反应或类 似膜排斥现象来解释离子交换现象是其Φ描述最简单的理论[2] Donnan 膜平衡理论定量处理了离子交换过

高中化学竞赛分析化学练习 酸碱滴定 １．用0.1018mol·L-1 NaOH标准溶液 测定草酸试样的纯度为了避免计算，欲直接用所消耗NaOH溶液的体积（单位mL）来表示试样中H2C2O4的质量分数（%）问应称取试样多少克？ 解： 2NaOH+H2C2O4 ==Na2C2O4+2H2O 设H2C2O4的百分含量为x% 得 ２．HCl与HAc的混合溶液（浓度均为0.10 已知：H2SO4的第二步电离常数pKa2=2.00，而NH4+的电离常数pKa=9.26 解：（1）能因为H2SO4的第二步电离常数pKa2=2.00，而NH4+的电离常数pKa=9.26所以能完全准确滴定其中的H2SO4 ，可以采用甲基橙的浓度是多少或酚酞作指示剂 (2)可以用蒸馏法，即向混合溶液Φ加入过量的浓碱溶液加热使NH3逸出，并用过量的H3BO3溶液吸收然后用HCl标准溶液滴定H3BO3吸收液： NH3 + H3BO3== NH4+ H2BO3- H++ H2BO3-== H3BO3 终点的产物是H3BO3和NH4+（混合弱酸），pH≈5 可用甲基橙的浓度是多少作指示剂，按下式计算含量： ４．标定某NaOH溶液得其浓度为0.1026 mol·L-1后因为暴露于空气中吸收了CO2。取该碱液25.00 mL用0.1143 mol·L-1HCl溶液滴定至酚酞终点，用去HCl溶液22.31mL计算： 每升碱液吸收了多少克CO2？ 用该碱液滴定某一弱酸若浓度仍以0.1026 mol·L-1计算，会影起多大的误差： 解：(1)设每升碱液吸收x克CO2 因为以酚酞为指示剂，所以Na2CO3被滴定为NaHCO3 . Na2O）中过量的酸需要用28.80 mL NaOH (1.00 mL相当于0.1266 g邻苯二甲酸氢钾）反滴定。计算肉片中蛋白质的质量分数 解： 疍白质% 氧化还原反应滴定 1．常用氧化还原滴定法有哪几类？这些方法的基本反应是什么 答：1）高锰酸钾法．2MnO4+5H2O2+6H+==2Mn2++5O2↑+8H2O.