离子交换法 (3)课件.ppt

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1、关于离子交换法(3)现在学习的是第1页，共11页离子交换概述v历史：早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水.算是比较早的离子交换法.这些黏土主要是沸石.v离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。v例:苯乙烯型树脂的合成v可分为阴离子类型和阳离子类型.现在学习的是第2页，共11页l交换树脂的结构l l离子交换树脂是一种带有功能基的网状高聚物电解质离子交换树脂是一种带有功能基的网状高聚物电解质一是高聚大分子骨架一是高聚大分子骨架,它具有空间网状结构它

2、具有空间网状结构.二是连接在骨架上的功能基二是连接在骨架上的功能基,三是功能基上所带电荷相反的可交换离子三是功能基上所带电荷相反的可交换离子.l交换机制 (参考图)l lSampel ionsSampel ions由于高浓度扩散并通过树脂边界水膜由于高浓度扩散并通过树脂边界水膜.l l树脂吸附树脂吸附sample ions,sample ions,并替代功能团上的并替代功能团上的counter ionscounter ions离去并扩散离去并扩散.l l淘析淘析.点击看图点击看图现在学习的是第3页，共11页现在学习的是第4页，共11页l交换平衡反应通式为反应通式为:nRnR-A A+B +B

3、n+n+R Rn n-B Bn+n+nA+nA+K=(RK=(Rn n-B Bn+n+)r r(A(A+)s sn n/(R/(R-A A+)r rn n(B(Bn+n+)s s(R(Rn n-B Bn+n+)r r是树脂中是树脂中Bn+Bn+的活度的活度,(R,(R-A A+)r r是树脂中是树脂中A+A+的活度的活度,(B(Bn+n+)s s是溶液中是溶液中Bn+Bn+的活度的活度.r r(A(A+)s s是溶液中是溶液中A+A+的活度的活度.K K为离子交换选择系数为离子交换选择系数.K K不是常数不是常数,它与浓度有关它与浓度有关.K K的大小基本反映了树脂对不同离子的亲和的大小基本反

4、映了树脂对不同离子的亲和(交换交换)能力能力.现在学习的是第5页，共11页一般树脂对离子亲和能力的大小有以下规律一般树脂对离子亲和能力的大小有以下规律一般树脂对离子亲和能力的大小有以下规律一般树脂对离子亲和能力的大小有以下规律1.1.电荷数高的离子亲和能力强电荷数高的离子亲和能力强FeFe3+3+Mg Mg2+2+Na Na+PO PO4 43-3-SO SO4 42-2-NO NO3 3-2.2.同电荷数离子水合离子半径小的亲和能力强同电荷数离子水合离子半径小的亲和能力强CaCa2+2+Mg Mg2+2+Be Be2+2+K K+Na Na+Li Li+3.3.强酸性阳离子树脂强酸性阳离子树

5、脂NaNa+H H+弱酸性阳离子树脂相反弱酸性阳离子树脂相反.强碱性阴离子树脂强碱性阴离子树脂OHOH-Cl Cl-弱碱性阴离子树脂相反弱碱性阴离子树脂相反.浓度高时候交换反应不遵守以上规则浓度高时候交换反应不遵守以上规则.阴离子交换树脂的亲和能力顺序：阴离子交换树脂的亲和能力顺序：SO42-NO3-Cl-HCO3-HSiO3-F-SO42-NO3-Cl-HCO3-HSiO3-F-我们学习过的半径大小比较，同主族周期大的半径大，应我们学习过的半径大小比较，同主族周期大的半径大，应该是该是r(Cl-)r(F-)r(Cl-)r(F-)而上述序反映出的是而上述序反映出的是 r(F-)r(Cl-).r

6、(F-)r(Cl-).二者二者矛盾明显查数据发现，矛盾明显查数据发现，F-F-的的水化半径水化半径水化半径水化半径为为0.352nm0.352nm，而，而Cl-Cl-的水化半径为的水化半径为0.332nm,Br-0.33nm,I-0.331nm,0.332nm,Br-0.33nm,I-0.331nm,它们的增减它们的增减趋势是相反的趋势是相反的,F-,F-的水合离子半径最大的水合离子半径最大.现在学习的是第6页，共11页沸石v沸石晶体结构特征在很大程度上决定了沸石的离子交换与吸附性能。v沸石骨架的基本单元沸石的化学通式为:(Al02)2(Si02),.m H2O弹主要是钠、钾、钙等可交换金属离

7、子。v硅氧四面体和铝氧四面体硅氧四面体由其顶点的氧原子互相联结起来.可由于铝原子是正三价的，所以在铝氧四面体中有一个氧离子的负一价得不到中和，会出现负电荷。为了平衡这些过剩的负电荷，铝氧四面体必有一个带正电荷的金属阳离子(M十)，一般此阳离子为Na.K.等一价或二价阳离子。v这些金属阳离子有相当的运动自由，在一定限度内有可逆离子交换性，可被其他金属离子交换，包括Ag,Cu.Zn等具有良好杀菌性能的.v以银型抗菌沸石(熔盐离子交换法)的合成为例:vNa+(Z)+Ag+=Ag+(Z)+Na+v式中:沸石为云峰人造沸石，交换盐为AgN03 现在学习的是第7页，共11页v(1)参照云峰沸石的电子能谱图

8、 可知云峰人造沸石为钠型沸石，可交v换阳离子为Na+离子;v(2)熔盐体系中，液相仅为熔融态AgN03，固相为沸石;v(3)由于不存在其他竞争离子，可以认为在沸石表面:Na+(z)+Ag+(z)=1 Na+(z)表示沸石中Na离子的摩尔分数 Ag+(z)表示沸石中Ag+离子的摩尔分数v(4)实验过程中人为地控制交换盐AgN03的用量，保证交换盐AgNO3足量;v(5)因为Na+离子与Ag+离子的离子半径(Ag+:1.26埃,Na+0.95埃)相差不大，可以认为它们在沸石表面占有相同的面积.在此基础上，我们提出假定:从分子水平上看，沸石的表面均匀。v(6)若以摩尔分数来表示反应的平衡常数，对反应

9、 Na+(Z)+Ag+=Ag+(Z)+Na+现在学习的是第8页，共11页v反应开始时，Na+(Z)等于沸石的总离子交换容量CEC(mmol/l00g沸石),浓度分数为：始,Na+(Z)=1 始,Ag+(Z)=0 始,Na+=0 始,Ag+=1v平衡时，设 Ag+(Z)等于q(mmol/100g沸石)，则 Na+(Z)等于:(CEC一q)(mmol/100g沸石)。沸石样品质量为Gs，熔盐质量为GAgNO3,M为摩尔质量，平衡时沸石相与熔盐相中，各组分摩尔分数如下，v将上述各式代入公丸中，即可求出以摩尔分数表示的平衡常数。平,Na+(Z)=(CEC-q)/CEC 平,Ag+(Z)=q/CEC 平,Na+=q GsM/GAgNO3 平,Ag+=1-平,Na+代入计算上页公式计算得以摩尔分数凡表示的平衡常数。是q(由称平衡交换量）的相关量现在学习的是第9页，共11页谢谢！sigh，心有余力不足啊现在学习的是第10页，共11页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第11页，共11页