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            純水設備:離子交換的速度

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            原文出自:陶氏工業去離子水處理設備公司

            純水(又稱純凈水、去離子水)設備離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)平衡,是在某種具體條件下離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)能達到的極限情況。在實際使用中,總是希望純水(又稱純凈水、去離子水)設備離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)設備能在水的高流速下運行,所以反應的時間是有限的,不可能讓離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)達到平衡狀態。為此,研究影響純水(又稱純凈水、去離子水)設備離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)速度的因素,是有重要實踐意義的。
            離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)過程,是在水中離子和離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的可交換基團間進行的。樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的可交換基團不規則在分布在每一顆粒中,它不僅處于樹脂(一般也稱離子交換樹脂)顆粒的表面,而且大量處在樹脂(一般也稱離子交換樹脂)顆粒的內部,所以純水(又稱純凈水、去離子水)設備離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)的進行過程是比較復雜的,因為它不單是離子間交換位置的問題,還有離子在水中擴散到顆粒內部的過程。至于純水(又稱純凈水、去離子水)設備離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)化學反應本身的速度,屬于離子間的反應,一般是很快的,所以通常說的離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)速度,不單指此種化學反應,而是表示水溶液中離子濃度改變的速度。
            各種運行條件如何影響交換速度的問題,雖然已進行了許多研究,但還是沒有完全弄清楚。下面簡要地敘述影響陽離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)速度的一些因素。
            (1)樹脂(一般也稱離子交換樹脂)交換基團。我們知道離子間的化學反應速度是很快的,所以一般說來,樹脂(一般也稱離子交換樹脂)交換基團的不同并不影響到交換速度。例如磺酸型陽離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)樹脂(一般也稱離子交換樹脂),不論其呈H、Na或其他的形態,佛山水處理:離子交換再生(二)
            對各種陽離子間的交換速度都很快,彼此的差別也非常小。但對于會形成弱電解質的離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)樹脂(一般也稱離子交換樹脂),情況就不同,像H型和鹽型的交換速度就會有很大差別。
            (2)樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的交聯度。樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的交聯度越大,網孔越小,則其顆粒內擴散越慢,交換速度就越慢,當水中有粒徑較大的離子存在時,對交換速度影響就更為顯著。
            (3) 樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的顆粒。樹脂(一般也稱離子交換樹脂)顆粒越小,交換速度越快。這是因為樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的顆粒越小,內擴散的距離越短;同時顆粒越小,也等于擴大了膜擴散的表面積,從而加快交換速度。但樹脂(一般也稱離子交換樹脂)顆粒也不宜太小,因為太小會增大水流通過樹脂(一般也稱離子交換樹脂)層的阻力,且在反洗運行時容易流失。
            (4)溶液的濃度。溶液濃度是影響擴散速度的重要因素,濃度越大,擴散速度越快。水溶液中離子濃度內擴散和膜擴散有不同程度的影響。當水溶液中離子濃度較大,膜擴散的速度就較快,此時交換速度主要受內擴散的支配,即內擴散是決定性階段。這相當于水處理(通過物化方法去除水中一些物質的過程)工藝中樹脂(一般也稱離子交換樹脂)再生時的情況。若水溶液中電解質的濃度較小,膜擴散的速度就變得非常慢,故交換速度受膜擴散的支配,這相當于用陽離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)樹脂(一般也稱離子交換樹脂)進行水軟化(降低或去除水中的鈣鎂離子)時的情況。當然,溶液中離子濃度變化時,樹脂(一般也稱離子交換樹脂)因膨脹或收縮也會影響到內擴散。
            (5)水溫。提高水溫能同時加快內擴散和膜擴散,所以離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)設備運行時,一般水溫保持在20~40℃。但也不能過高,因為水溫過高會影響交換劑的熱穩定性,特別是強堿性陰樹脂(一般也稱離子交換樹脂),不耐高溫。
            (6) 攪拌或提高流速。交換過程中的攪拌或提高水的流速,只能加快擴散,但不能影響內擴散。
            (7)離子的本性。它對內擴散的速度影響較大,離子水合半徑越大,內擴散越慢;離子電荷數越多,內擴散越慢,根據實驗結果,陽離子增加一個電荷,其內擴散速度約減慢為原來的1/10。
            影響陰離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)速度的因素與陽離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)現象十分相似,對于陰離子交換(利用交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換-以提純或去除離子的過程)樹脂(一般也稱離子交換樹脂),膜擴散的問題現在還研究得很少,但可以推測,在很稀的溶液中,對于強堿性樹脂(一般也稱離子交換樹脂),膜擴散是主要的;在濃溶液中,顆粒內擴散是主要的。樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的交聯度和離子的電荷對陰離子在樹脂(一般也稱離子交換樹脂)顆粒內部的擴散速度影響比對陽離子的影響要小得多,如陰離子每增加一個電荷對其內擴散速度的影響程度,僅為陽離子的1/2或1/3。當樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的交聯度從5%增加到15%時,一價陽離子的內擴散速度降低約為原來的1/10,而一價陰離子內擴散速度僅降低為1/2。大孔型樹脂(一般也稱離子交換樹脂),其內擴散的速度要比普通樹脂(一般也稱離子交換樹脂)的快得多。

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