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工业废水的物理化学处理

高频彩官网废水物理化学处理法离子交换

添加时间:2020/06/09

  废水物理化学照料法离子换取_化学_自然科学_专业原料。2.1 离子换取概述 离子换取法是欺骗离子换取剂来分别废水中无益物质的方 法目前已平常运用于水照料方面。它能有用去除废水中重 金属离子(如Cu、Ni、Zn、Hg等)和磷酸、硝酸、有机物 和放射性物质

  2.1 离子换取概述 离子换取法是欺骗离子换取剂来分别废水中无益物质的方 法目前已平常运用于水照料方面。它能有用去除废水中重 金属离子(如Cu、Ni、Zn、Hg等)和磷酸、硝酸、有机物 和放射性物质等。 离子换取响应即是欺骗离子换取剂上可逛离换取的离子与 水中同性离子间的换取进程,它也是一种独特的化学吸附 进程。 因为离子换取剂带有电荷,可与反离子相吸引,离子换取 的反离子与溶液中符号无别的反离子正在两相之间实行再分 配。这即是离子换取动力学的一种扩散进程。 离子换取剂具有遴选性,它对某些离子具有更高的亲和性, 因而离子换取进程又与凡是的扩散进程有所区别。 Chen shuixia 2.1 离子换取概述(续) 离子换取是正在功效基进步行的一种可逆的进程 离子换取庄厉服从化学当量实行 若以R代外基体,则阴、阳离子换取进程可能展现为: R SO3H NaCl R SO3Na HCl R NHOH HCl R NHCl H 2O Chen shuixia 离子换取进程一样分为五个阶段 待换取离干从溶液扩散通过颗粒皮相外层的液膜——扩散; 进入颗粒.正在颗粒内部孔隙内实行扩散——粒扩散; 到达换取身分后实行换取——换取响应; 换取下来的离子原委微孔扩散到达换取剂颗粒概况面—— 粒扩散; 从换取剂皮相穿过液膜而扩散进入溶液中——膜扩散。 上述进程中,换取速率是很疾的,于是全数进程的速度主 要决策于扩散速度。 Chen shuixia 2.2 离子换取剂 离子换取树脂:是一种具有众孔性海绵状构造的物质,带 有可换取离子(阳离子或阴离子)的不溶性固体物,由固 体母体和换取基团两片面构成,换取基团内含有可逛离交 换的离子。 自然和合成的沸石 高岭土、蒙脱石 Chen shuixia 无机离子换取剂的短处: 1、换取本事低 2、化学安闲性差 3、呆滞安闲性差 有机离子换取剂的特性: 1、网状构造 2、难溶(水、酸、碱、有机溶剂) 3、稳(热、呆滞、化学) 4、含活性基团(-SO3H、-COOH、≡NOH) Chen shuixia 2.3 人工合成离子换取树脂 离子换取树脂是一类具离子换取功效的高分子,由交连结 构的高分子基体、基体上的换取基团、与换取基团以离子 键连系的反离子三片面构成。 树脂基体一样是由具有线型构造的高分子有机化合物—— 聚苯乙烯和—天命目的二乙烯苯所构成.二乙烯苯也称交 联剂,它的影响是使线状咸集物之间互相交联,创设体网 状构造。 活性基团由固定离子和运动离子构成,固定离子固定正在树 脂的网状骨架上.运动离子(又称换取离子)则依附静电 引力与固定离子连系正在一道.二者电性相反,电荷数相当 Chen shuixia 离子换取树脂类型 依照换取基团的性子,可将离子换取树脂分为阳离子换取树脂、阴离 子换取树脂、和两性换取树脂。 – 阳离子换取树脂还可进一步分为强酸型(-SO3H)、中酸型(-PO(OH)2)、 弱酸型(-COOH); – 阴离子换取树脂还可分为强碱型(-N(CH3)3OH)、弱碱型(-NH3OH, NH2OH, -NHOH); – 两性换取树脂:既含有酸性换取基团,也含有碱性换取基团。 按基体咸集物单体的区别,可分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环 氧系、乙烯基吡啶系等树脂。目前,运用最平常的树脂为苯乙烯系列 离子换取树脂。 这种交连结构的高分子,高频彩官网实质上是一种凝胶体,于是,此类树脂也称 之为凝胶型树脂。因为凝胶型换取树脂易受有机物的污染,60年代初, 又开展了另一类大孔型树脂,它是正在合成树脂时插手某些致孔剂,使 合成的树脂不管正在干态如故正在湿态,都存正在长远性的空闲(均匀20100nm安排),使树脂不单具换取功效,还具备了吸附影响。 Chen shuixia 离子换取树脂的合成 离子换取树脂厉重通过加聚和缩咸集成。 – 前一种设施通过加聚使具有双键的单体与带有两个以上双键的交 联剂共聚,然后正在此基体中引入化学基团而成离子换取树脂。 – 后一种设施是由具某种化学基团的低分子化合物通过缩聚响应形 成离子换取树脂,或将缩聚高聚物实行化学响应以引入化学基团。 合成离子换取树脂中最常用的单体是苯乙烯,最常用的交 联剂是二乙烯苯。 单体通过悬浮咸集而制成球状颗粒,即通俗的凝胶树脂。 若正在悬浮共聚时,正在单体相中插手一种举动共聚体的浸淀 剂的有机溶剂一道实行共聚,则可酿成大孔型球粒树脂。 上述合成的树脂通过化学响应引入化学基团,即可制得阳、 阴、两性树脂。 Chen shuixia 离子换取分别 离子换取分别法是欺骗带有活性换取基 团的离子换取树脂与溶液中的离子产生 换取响应而使离子分别的设施 8.4.1 离子换取树脂 Ion exchange resins 离子换取树脂的构造 带有活性基团的网状高分子咸集物 骨架 酚醛树脂 OH + CH2O 聚苯乙烯树脂 CH=CH2 + CH=CH2 交联剂 活性基团 酸性基团 —SO3H —COOH 碱性基团 Chen shuixia CH=CH2 —N+R3 —NR2 独特基团 聚苯乙烯磺酸型阳离子换取树脂 R-SO3H + M+ = R-SO3M + H+ CH=CH2 + CH=CH2 咸集 CH CH2 CH CH2 CH CH2 交联剂 CH=CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH 交联影响 CH2 CH CH2 磺化 H2SO4 CH CH2 CH CH2 CH CH2 SO3H CH CH2 CH CH2 SO3H CH CH2 CH SO3H CH2 CH CH2 Chen shuixia SO3H 活性基 团 离子换取树脂的分类 阳离子换取树脂 换取基为酸性,H+与 阳离子换取 强酸型 弱酸型 凭据活性基团分类 —SO3H —COOH —OH 利用 pH 畛域 pH 2 pH 6 pH 10 阴离子换取树脂 换取基为碱性,阴离 子产生换取 螯合树脂 强碱型 —N+(CH3)3Cl- pH 12 弱碱型 —N+H3 OH—N+H2R OH- pH 4 —N+HR2 OH- 含有独特螯合基团的树脂 两性换取树脂 电子换取树脂,含有氧化还原功效基团 Chen shuixia 换取响应 阳离子换取树脂 R-SO3H + M+ 阴离子换取树脂 R-SO3M + H+ RN+(CH3)3Cl- + XR-NH2 + H2O RN+H3OH- + X- 螯合换取树脂 RN+(CH3)3X- + Cl- R-N+H3 OH- 水合影响 RN+H3X- + OH- R-L + M (R-L)nM Chen shuixia 离子换取树脂的根基本能 含水量和密度: – 树脂交联网孔内,都含有必然量的连系水分,树脂交联度愈小, 内部孔隙率则愈大,含水率也大。含水率也与官能基的性子相闭, 并跟着氛围湿度转折而改换 – 树脂的密度有几种外达设施: – 外观密度: 单元外观体积树脂的重量,单元为g/ml。是实体积加 箝口孔隙体积,此体积即资料排开水的体积。 – 干真密度:是正在干燥状况下树脂合成资料自身的密度。为干燥树 脂的质地除以树脂的真体积(扣除树脂的内空闲体积)。阳离子 换取树脂的干线,阴离子换取树脂的干线 – 湿真密度:是指按产物条件的含水率的商品树脂颗粒自身的密度。 为商品树脂的质地除以树脂自身的体积 – 视密度:亦称积聚密度。是指每单元体积中树脂的重量,它网罗 了树脂的颗粒间隙。(网罗颗粒外里孔及颗粒间空闲正在内的单元 体积质地。) Chen shuixia 离子换取树脂的根基本能(续) 粒度: 粒度指树脂颗粒巨细。它对树脂换取本事、树脂层中水流分 布的匀称水平、水通过树脂层的压力降及换取和反冲洗的流失等均有 影响 交联度:合成时所用单体中含有交联剂质地百分比称为树脂的交联度。 交联度与树脂的很众性子(溶化度.换取容量、含水率、膨胀性、选 择性.安闲性)都相闭。于是合适的交联度是有利的。但交联渡过高, 构造过分精密,则水溶液中高分子量离子难以进入,且渗出的速度也 小 溶胀性:离子换取树脂能吸水溶胀。树脂的溶胀取决于所接触的介质 (氛围.水、溶剂)、树脂自身的构造特色、电荷密度(离子团的性子、 浓度,、反离子的品种(价数。离子半径)等。从换取柱的策画来说, 要操纵再生前后树脂的体积差。这个溶胀转折一样正在实习室实行测定。 比皮相积:是众孔构脂紧急的本能参数之一,其寓意是指每克树脂所 具有的面积(m2)数,凝胶型树脂的比皮相凡是都正在0.1m2/g安排, 每克众孔树脂的皮相积由数平方米到上千平方米。 Chen shuixia 离子换取树脂的根基本能(续) 换取容量: 换取容量可响应出树脂换取反离子本事的大 小,是离子换取树脂最紧急的本能。一样按每克干树脂所 能换取离子的毫摩尔数来展现,记为m mol/g。临盆上常 用单元体积树脂所能换取的摩尔数展现。它是策画离子交 换进程和装配时所务必的数据。 – 换取容量的展现体例厉重有以下两种; – 外面换取容量:树脂换取基中全数可换取离子一起被换取的换取 容量 – 职责换取容量:实质操作条目下的换取容量,与操作条目相闭。 – 换取容量可通过实习来测定,但测定值并不行与外面值齐备适当, 这是由于合成时有副响应及换取水平不不妨达100%。 – 离子换取树脂正在换取本事利用到必然水平后,就停顿职责。以另 外的试剂对调取树脂实行合适的照料,使其还原离子换取本事, 可能反复利用,这种进程称为再生。这是离子换取树脂的紧急特 性。 Chen shuixia 离子换取树脂的根基本能(续) 遴选性:离子换取树脂的遴选性是指某种树脂对区别离子 所涌现出来的区别的换取亲和吸附本能。其与树脂自身所 带的功效基、骨架构造、交联度相闭,也与溶液中离子的 浓度、价数相闭。树脂对区别离于的换取本事区别可用选 择性系数Kd来展现,其数值等于树脂相和溶液相中换取的 A和B离子对的摩尔分数的比。 – 换取树脂的遴选性可用离子换取势递次来展现,阳离子原子价愈 高,换取势愈大,同价阳离子的换取势随原子序数的增大而增大 Chen shuixia 换取容量的测定 称取某OH- 型阴离子换取树脂2 .00 g,置于锥型瓶中,加 入0.200 mol / L HCl 100 mL 浸泡一日夜。用移液管罗致 25.00 mL, 以甲基红为指示剂,用0.100 mol /L NaOH溶 液滴定,泯灭20.00 mL。估量离子换取树脂的换取容量。 Chen shuixia 离子换取亲协力 离子换取树脂与电解质溶液接触时产生离子换取响应 R-A+ + B+ R-B+ + A+ K [B ]r [ A ] [ A ]r [B ] K——遴选性系数,也叫分别身分 量度树脂对离子的亲和力的巨细的参数 可能推导得 K KD (B) KD ( A) K D(B) [B]o [B]w 亲和力 水合离子的半径 离子的电荷 半径小 K 电荷数 K 离子换取分别的底子 亲和力的 差别 Chen shuixia 2.4 离子换取的工艺和筑立 离子换取的操作体例 – 间歇式:把换取剂与被照料溶液羼杂加以合适搅拌,使之到达交 换均衡。筑立单纯.操作条件不厉,常用于实习室及小批量废水 照料中。 – 陆续式固定床: 换取剂置于换取柱内不动,被照料液一贯流过, 此法没备单纯,操作便当,实用畛域广,是最常用的·—种体例。 短处是换取剂欺骗率低,再生用度大,阻力亏损大。 – 陆续式转移床离子换取: 把树脂输送正在区别装配平分别杀青换取、 再生、冲洗等进程。好处是升高了树脂欺骗率,下降了树脂投资, 淘汰再生剂泯灭。短处是筑立众、投资大、管束繁复。 – 陆续式流化床离子换取:树脂和被照料的溶液,再生剂、洗水都 处于滚动状况。树脂呈欢娱状,正在区别部位陆续实行换取、再生 及冲洗影响。该法的好处是出力高、装配小、树脂欺骗率高.投 资少、再生剂用量少、易管束。短处是策画及操作条目条件高, 树脂磨耗量大。 Chen shuixia 固定床离子换取法 树脂不动,换取液通过树脂层(换取带)实行换取,正在一 柱内的换取相当于众次或众数次静态换取。当树脂遗失交 换本事后,需实行反冼和再生。 树脂的再生 树脂利用到必然水平就遗失了换取本事,必 须实行再生。正在废水照料中,再生还起接管有效物质的作 用。强碱性阴离子换取树脂务必用强碱溶液再生(如NaOH), 而弱碱性阴离子换取树脂除用NaOH作再生剂外,还可用弱 碱性物质如Na2CO3和氨水作再生剂。阳离子换取树脂可用 酸实行再生 Chen shuixia Chen shuixia 离子换取筑立——离子换取柱 单床:惟有一根换取柱.内装一种例 脂(阳离子型或阴离子型); 众床:众个单床串联,较单床换取的 出力高、恶果好。 复床:阳离子换取柱与阴离子换取柱 串联利用,陈列的先后步骤依照实在 状况确定,适于除去离子型杂质。 羼杂床:正在一个柱内装有按必然比例 羼杂的阳离子换取树脂和阴离子换取 树脂的羼杂物。它与复床的区别是交 换进程正在中性或近中性条目下实行, 除离子出力高,但再生时羼杂树脂需 经分别,操作繁复。 结合床:复床和羼杂床结合利用, Chen shuixia 离子换取树脂正在水照料中的运用 含铬废水废水的照料 – 含铬废水众以CrO42-及Cr2O72-样式存正在,也有少量的Cr2O3。含铬 废水滤去杂质后,先用强酸型阳离子换取树脂除去Cr3+、Fe3+,流 出液再用阴离子换取树脂吸附CrO42-及Cr2O72-,出水含铬量可降至 我邦废水排出模范0.5mg/l以下。阳离子换取树脂用1N盐酸再生, 阴离子换取树脂用12%NaOH再生,再生洗脱液经浓缩可接管铬。 含汞废水的照料 – 水银电解法氯碱临盆厂是汞的厉重污染源。汞正在废水中厉重以 HgCl42-络离子和逛离金属汞样式存正在。因为-SH和汞络离子有很强 的连系力,故可先将废水中的汞氧化成氯化汞,然后用含巯基大 孔型离子换取树脂照料,除汞恶果很好。比如,含汞20mg/l的废 水经照料后,出水浓度为0.05-0.005mg/l。北京化工二厂等用D190 大孔巯基树脂照料含汞废水,可将废水中Hg2+浓度降至0.05mg/l以 下。照料水量为树脂体积的1600倍。饱和树脂可用30%盐酸洗脱, 洗脱剂用量为树脂体积的40-50倍,洗脱率达100%。 Chen shuixia 离子换取树脂正在水照料中的运用 含铜废水的照料 – 装配一为含铜废水先通过NH4+式弱酸性阳离子换取树脂,树脂吸 附Cu2+而转化为Cu2+式;Cu2+树脂用6%硫酸废液再生,Cu2+解吸 造成CuSO4被接管,树脂造成H+式;H+式树脂用含NH4+废液转化 为NH4+式。这样屡屡轮回利用。 含镉废水的照料 – 镉是有毒重金属之一,工业废水准许排放模范为0.1mg/l.。以Cd2+ 样式存正在的含镉废水,可能用酸性阳离子换取树脂照料。饱和树 脂用HCl或Na2SO4+NaCl羼杂液再生,从再生洗脱液中可接管镉。 以络离子样式,如Cd(CN)42-、CdClX-(X-2)、Cd[N(CH2COO)3]-, Cd(SCN)42-,Cd(EDTA)2-等存正在的含镉废水,可选用阴离子换取树 脂照料。 Chen shuixia Chen shuixia 离子换取树脂正在水照料中的运用 含氮废水的照料 – 氨氮是水体中厉重的污染物质之一。氨氮废水照料常睹的设施是 氨吹脱法和生化法。王大孟等采用ZC-1氨氮废水净化剂照料含氨 氮废水, 使废水经照料后到达排放模范。 – ZC-1是Na+型弱酸离子换取树脂,换取结果显示,局限pH=6, 水温10-30℃,ZC-1对废水中氨氮具有优异的遴选性离子换取影响,高频彩官网 对浓度100-1000mg/l的氨氮废水,照料后可到达排放模范,饱和的 ZC—1用10%食盐水再生后可复用 含酚废水的照料 – 酚是一种酸性物质,易离解出H+而带负电荷,因此可用阴离子交 换树脂照料含酚废水。 – 酚的酸性越强,越易被吸附,高pH下,酚解离成阴离子,有利于 酚正在树脂上的吸附。换取了酚的饱和树脂,可用NaOH的甲醇溶液 解吸。凡是来说,用阴离子换取树脂照料含酚废水,须要其它方 法的配合。 Chen shuixia 离子换取树脂正在水照料中的运用 汽锅水的软化: – 离子换取法制备汽锅软化水的工艺道理为:当原水原委钠型离子换取树 脂层防水中的Ca2+、Mg2+等硬度离子与树脂上的Na+实行换取,从而 把Ca2+、Mg2+从原水中去掉,使水质取得软化。换取进程可用下面反 应式展现: 脱盐纯水的制备: – 所谓脱盐纯水系将原水中的全数溶化性盐类、逛离的酸、碱离丁除去。离子换取 法制备脱盐纯水系将原水通过H型阳离子换取树脂和OH型阴离子换取树脂,原委 离子换取响应,将水中的阴、阳离子除去,从而制得纯度很高的脱盐纯水。 – 制备脱盐纯水网罗阳离子换取响应和阴离子换取响应。 Chen shuixia 离子换取纤维 离子换取纤维(Ion Exchange Fiber)是一种纤维状离子换取 资料。 史书 – 离子换取纤维的制备始于本世纪四十年代,最初制备了含磷酸基或胺基 的阴、阳离子换取纤维。 – 七十年代从此,苏联、美邦、日本接踵胜利地拓荒出各品种的离子换取 纤维,并告竣工业化。 – 60年代初,曾汉民传授最初开荒离子换取纤维的考虑 – 70年代从此,我邦正在离子换取纤维的制备及运用的考虑开展赶疾 构造 – 离子换取纤维的构造由基体纤维和衔接于其上的换取基团两片面构成。 – 基体纤维如聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯—丙烯腈共聚物、聚酚醛、 聚酰胺、聚烯烃等。别的,又有碳纤维、活性碳纤维或半碳化纤维等 – 换取基团有强酸、弱酸、强碱、弱碱,两性等众种。 Chen shuixia 离子换取纤维的制备 离子换取纤维的制备设施总结起来可分为两大类: – 一类是将具有或能改制成离子换取基团的单体或咸集物与能成纤 的单体或咸集物共聚或共混,然后纺成纤维; – 另一类是通过自然或合成纤维的改性。个中网罗官能团的化学转 变、接枝共聚响应等。 共混或共聚制备离子换取纤维 – 含功效基的单体咸集制备离子换取纤维,其成纤进程也是功效化 进程。于是,纤维强度高,是一种理思的制备设施。如丙烯酸直 接咸集成含—COOH基的弱酸性阳离子换取纤维。 – 由带功效基团的单体与另一种易成纤的单体共聚或两种高聚物共 混纺丝制备离子换取纤维,一方面可欺骗个中一种咸集物的成纤 本事和力学本能,另一方面可改良另一种咸集物的成纤本事并利 用其功效基。 Chen shuixia 离子换取纤维的本能 呆滞强度 – 离子换取纤维的化学呆滞强度低于凡是的化学纤维的强度,但云云的强 度已能餍足加工的须要。 – 为升高离子换取纤维的强度及利用进程中的耐溶剂性,可对基体实行交 联照料,但这会下降纤维的亲水性,而亲水性是决策纤维吸附动力学的 厉重身分,由于大大批吸附正在水中实行,吸附质通过正在水中的扩散与纤 维皮相接触。于是,没有很好的亲水性,就不不妨有好的动力学吸附性 能。 安闲性 – 离子换取纤维对响应物具有较好的安闲性,正在轮回利用进程中换取容量 根基仍旧稳定。 化学吸附本能 – 吸附速率比粒状离子换取资料可赶过几倍,十几倍。这和离子换取纤维 具有相对较高的外比皮相积和短的传质间隔有亲近的干系。 – 阳离子换取纤维对碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属水溶液中的 离子,具有相当高的吸附换取容量。 – 阴离子换取纤维对某些金属的络离子、卵白质等,也有高的吸附量。 – 可能吸附气体;而粒状的离子换取树脂因为正在干燥状况下缩孔或闭孔, 对气体很难产生离子换取响应。 Chen shuixia 废水照料和纯水制备 强酸型阳离子换取纤维可有用地除去水中的重金属离子。 欺骗其吸附遴选性,可用于废水中金属的接管。 – 净化60Co、134Cs废水,以及核电站轮回水和废水中的铁、镁、 钙、铵等离子 – 超纯水的制备。纤维状吸附剂换取速率比树脂大10~100倍,对 细菌、热原体、微粒子的吸附本事强。 – 用作电渗析的充填资料。欺骗其优异的导电本能,换取传达水中 电解质离子(而非扩散),升高电流出力,加快离子迁徙,使水 纯化。 Chen shuixia

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