zB R A
zD R C


z A
z AB
zB
z AR B


zB
zC
zB A
z A
zC
zC
zC D
zD
zD R D
zDC
其中： R－和 R＋ 代表阳、阴交换树脂的本体
1.3 离子交换剂
•
目前在水处理中广泛使用的离子交换剂是离子交换树 脂，它具有交换容量高；球形颗粒，水流阻力小，交 换速度快；机械强度和化学稳定性都较好. • 离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子 化合物，它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨 架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换 离子三部分构成。
3.2 离子交换法的应用前景
从目前掌握的离子交换法应用的实践以及当前技 术发展考虑，离子交换树脂法处理废水的发展方 向在于 : • 选择并开发具有高选择性、易于解吸、耐磨率高、 不易污染的新型功能树脂或复合树脂 • 在选择离子交换树脂时，应考虑各种树脂的优点 及适用范围，必要时采用几种树脂的组合处理 • 开发智能化的集成设备以控制离子交换树脂法的 吸附、解吸及再生过程
2.1离子交换工艺过程示意图
反洗废水
原水
B,C0 失效区
树 脂
反洗水
交换区 未用区 出水
反洗
出水中开始有B漏出， 此时树脂层穿透。继续， C达C0时，全塔树脂交 换饱和。
2.1离子交换树脂回收铬酸
1 漂洗槽 2 漂洗水池 3 微孔滤管
4泵
5，8 阳离子 交换树脂
6 阴离子交 换树脂
7 贮槽 9 蒸发器 10 电镀槽
1.5 离子交换树脂的再生
• 离子交换与再生反应是一个可逆反应，树脂再生 就是使离子交换反应逆向进行，以恢复树脂的离 子交换性能。 • 一般用适当浓度的酸或碱进行洗涤可恢复到原状 态而重复使用。阳离子交换树脂可用稀硫酸、稀 盐酸淋洗；阴离子交换树脂可用氢氧化钠溶液处 理再生。
2 离子交换树脂处理重金属废水
2 离子交换法处理重金属废水
• 离子交换树脂法具有交换、选择、吸附和催化 等功能。近年来，使离子交换树脂在废水处理 领域的应用不断扩大，越来越显示出它的优越 性。
• 应用离子交换树脂进行工业废水处理，不仅树 脂可以再生，而且操作简单、工艺条件成熟、 流程短，目前在废水处理方面得到了大量应用。
离子交换吸附
离子交换方式可分为静态交换与动态交换两 种。 静态交换是将废水与交换剂同置于一耐腐蚀 的容器内，使它们充分接触（可进行不断搅拌） 直至交换反应达到平衡状态。此法适用于平衡 良好的交换反应。 动态交换是指废水与树脂发生相对移动，它 又有塔式(column)（柱式）与连续式之分。在 离子交换系统中多采用柱式交换法。
2.1离子交换树脂回收铬酸
阴离子交换柱，除去Cr2O72-和CrO42-离子
电镀的工艺过程
再生液，含Na2Cr2O7和Na2CrO4 蒸发器，使铬酸浓缩，达到 要求的浓度后回用
阳离子交换器5的作用：除去金属离子及杂质，减少对 过滤器 阳离子交换柱，生成H2Cr2O7和 阴离子树脂的污染（重金属离子对树脂氧化分解起催化
2.2 含氰废水的处理
处理流程如下：
2.2 含氰废水的处理
• Pb(CN)42-、 Ni(CN)42-、 Au(CN)2-、 Ag(CN)2-等吸附与上述类似。 • 在强碱性阴离子交换树脂上,含氰废水中几种 阴离子的吸附能力为：Zn(CN)42-> Cu(CN)32->SCN->CN->SO42• 再选取合适的酸度和解吸剂，将其分别解吸， 就可达到回收的目的，大大降低含氰废水的 危害。
阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的
1.3 离子交换剂
离子交换树脂的有效pH范围
树脂类 强酸性离子交 弱酸性离子交 强碱性离子交 弱碱性离子交 型 换树脂 换树脂 换树脂 换树脂
有效pH 范围 1~14 5~14 1~12 0~7
v 淡黄色球状颗粒； v 2. 交换容量 化学稳定性好，耐磨性好； v 在酸性、碱性和中性介质中都 可使用； v 交换反应速度快； v 无机、有机阴离子均可交换。
1.2 离子交换法原理
• 离子交换法是利用离子交换剂和溶液中的离子发 生交换反应进行分离的方法,主要以离子交换树脂 为载体的 。 • 实质：不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可 交换 离子与溶液中的其他同性离子的交换反应， 是一种特殊 的吸附过程，通常是可逆化学吸附
1.2 离子交换法原理
离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：
2.3.废水中金属的提取
• 应用于金属加工工业方面有3个优点，
• 第一，可回收金属； • 第二，所用设备不大，可大大地减少废物体积； • 第三，回收的水可再利用。
2.4电镀业中镀铜废水的处理
• 镀铜废水,其中主要含[Cu(NH3)4]2+络合离子，呈强碱 性 ,须在酸性条件下使其转化为铜离子，才可被阳柱交 换。在PH=4~5时，发生反应 . RCOOH + Cu2+ + NH3 + NH4OH == (RCOO)2Cu + 2H+ +NH3 +NH4OH • 由于EDTA体系镀铜已成为取代剧毒的氰化镀铜及焦磷 酸盐镀铜的新工艺 ,带来大量的Cu--EDTA络合废水, 废水再经阴离子交换树脂，发生以下反应： 4RCl + Y4- — R4Y + 4Cl3RCl + HY3- — R3HY +3Cl2RCl +CuY2- — R2CuY + 2Cl2R2CuY + Y4- — R4Y + 2CuY23R2CuY + 2HY3- — 2R3HY + 3CuY2• 再通过10%的NaCl再生，即可实现Cu和游离EDTA的 富集分离。
3.1 离子交换法的优缺点
• 离子交换法优点:
离子的去除效率高，设备较简单，操作容易控 制。
• 目前在应用中存在的问题: 应用范围还受到离子交换剂品种、产量、成本 的限制，对废水的预处理要求较高，另外， 离子交换剂的再生及再生液的处理有时也是 一个难以解决的问题。
3.1离子交换法的优缺点
目前在应用中存在的问题： • 一次投资高，操作要求严 • 管理必须跟得上 • 有的还存在再生废水问题、树脂中毒和老化问题 等 • 但是应当说，有的问题已有相应的解决办法 • 例如: • 排水有机物和氨氮的含量,必须经过深度处理， 可用活性碳吸附大部分有机物和氨氮中的大部分 有机胺，再用大孔离子交换树脂吸附剩余有机物 和氨氮中的剩余有机胺和无机胺是切实可行的办 法
阳离子交换柱，除去Cr3+、Fe3+ O 2-存在。 作用）；降低废水pH值，使Cr6+以Cr、Cu2+、 2 7
废水池
除去悬浮物
H2CrO4
离子，同时降低废水pH值
21
2.2含氰废水的处理
• 氰化水中多种金属氰化络合物对阴离子交换树 脂有很强的亲和力 ,用 R—OH 代表处理的阴离 子交换树脂 • 交换反应过程如下： R—OH + CN- ——RCN + OH2R—OH + Zn(CN)42-——R2Zn(CN)4 + 2OH2R—OH + Cu(CN)32-——R2Cu(CN)3 + 2OH4R—OH + Fe(CN)64-——R4Fe(CN)6 + 4OH-
1.3 离子交换剂
离 子 交 换 树 脂
阳离子交换树脂(cation resin)
如R－SO3H＋，酸性基团上的H＋可以电离，能与其他 阳离子进行等当量的离子交换
阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的
阴离子交换树脂(anion resin)
如R－NH2活性基团水合后形成含有可离解的OH－离子： R－NH2＋H2O R－NH3＋OH－ OH－ 可以和其 它阴离子交换
离子交换法及其应用
目 录
• 离子交换法简介
• 离子交换法在废水处理中的应用
• 离子交换技术的应用前景
1.1 离子交换法发展历程
• 70 年代中后期 ，“闭路循环工序化”发展,即逆 流漂洗-离子交换-蒸发浓缩的组合工艺 • 到了20 世纪80 年代, 国内也出现了类似工艺 ，我 国树脂法处理含铬废水始于20 世纪70 年代。 • 1974 年, 大孔苯乙烯叔胺型弱碱性阴离子交换树 脂研制成功, 被当时认为是电镀含铬废水处理技术 的一大突破。 • 工业上采用离子交换树脂处理含锌废水也比较成 熟 • 离子交换树脂处理贵金属废水的经济效益显著， 国内已有厂家成功地用“丙酮-盐酸-水”混合液进 行树脂洗脱并回收金
交换能力受酸度 的影响较大.4 离子交换反应的过程1.4 离子交换反应的过程
过程通常分为五个阶段:
• （a）交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒表面（穿 过颗粒表面的液膜）； • （b）交换离子在树脂颗粒内部扩散（即交联网孔 中，直至达到某一活性基团位置； 离子交换的总速度取决于扩散速度 • （c）交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换 离子发生交换反应； • （d）被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散； • （e）被交换下来的离子在溶液中扩散。 • 交换反应速度比扩散速度快的多，总的交换速 度由扩散过程控制。
2.4电镀业中镀铜废水的处理
流程图 ,可如下表示:
2.5 汽车触媒中贵金属的处理
主要含有Pt、Pd、Rh
3 离子交换法应用前景
当前离子交换法研究的主要方向 • 一是合成适用于处理各种废水的树脂，以获 得交换容量大、洗脱率高、洗脱峰集中、抗 污染能力强的树脂； • 二是是离子交换设备小型化、系列化、并向 生产装置连续化、操作自动化发展，以降低 投资、减少用地，简化管理。
RH M RM H
交换 树脂 交换 离子 饱和 树脂