TỔNG QUAN TRAO ĐỔI IONCƠ CHẾ PHƯƠNG PHÁP TÁI SINH Ứ NG DỤNG KÉT LUẬN... TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION– Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong phal
Trang 2TỔNG QUAN TRAO ĐỔI ION
CƠ CHẾ PHƯƠNG PHÁP
TÁI SINH
Ứ NG DỤNG
KÉT LUẬN
Trang 3I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
Trang 4I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
– Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong phalỏng và ion trong pha rắn
– Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứngthế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi)
2 Cơ Sở phương pháp trao đổi ion
Lớp nhựa
chuyển
động
Lớp nhựa đứng yên
Trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến.
Phương pháp
– Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổidành cho các ion trong pha lỏng nhờ đócác ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ cácion có trên khung mang của nhựa trao đổi.– Quá trình này phụ thuộc vào từng loạinhựa trao đổi và các loại ion khác nhau
Trang 5I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
3 Vật liệu trao đổi ion
Ion Exchangers
- Transition metal hexacyanoferrate
- Polystyrene divinyl benzene
- Phenolic
- Acrylic
Trang 6Cấu trúc vật lí khác nhau: dạng gel, dạng xốp lớn,dạng xốp đều, dạng bột mịn và dạng từ tính Hạt hìnhcầu đường kính 0,5 – 1,0 mm
Độ trương nở, tính ổn địnhTính chất trao đổi, dung lượng trao đổiTính acid, kiềm
Tính trung hoà và thuỷ phân
I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
4 Nhựa trao đổi ion
– Là các polyme có khả năng trao đổi ion đặc biệt bên trong polymer với các iontrong dung dịch được truyền qua chúng
Trang 7I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
4 Nhựa trao đổi ion
– Tính chất chọn lọc của nhựa trao đổi ion: được đo bằng hệ số chọn lọc K
RA+ + B+ ↔ RB+ + A+
K = (nồng độ B+ trong nhựa / nồng độ của A+ trong nhựa) x (nồng độ của A+
trong dung dịch / nồng độ B+ trong dung dịch)
– Hệ số chọn lọc thể hiện sự phân bố tương đối của các ion khi một loại nhựatrong A+ mẫu được đặt trong một dung dịch chứa các ion B+
– Sự chọn lọc của axit mạnh và nhựa trao đổi ion bazơ vững mạnh cho cáchợp chất ion khác nhau
Phản ứng trao đổi ion có thể đảo ngược Bằng cách liên hệ với một loại nhựa
dư thừa (B+trong phản ứng sau), nhựa có thể được chuyển đổi hoàn toàn sangdạng muối mong muốn:
RA+ + B ↔ RB+ + A+
Trang 8I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
4 Nhựa trao đổi ion
Các chất oxy hoámạnh Cl2,O3,… có thểtác dụng xấu lên nhựa
Loại bỏ các chấthữu cơ bằng nhựarất phức tạp, cần cónghiên cứu đặc biệt
Sự có mặt của khíhoà tan trong nướcvới lượng lớn có thểgây nhiễu loạn hoạtđộng của nhựa
Trang 9I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
Nhược điểm
Ưu điểm
- Rất triệt để và xử lí có
chọn lựa đối tượng
- Nhựa ion có thời gian
sử dụng lâu dài, tái sinh
được nhiều lần với chi phí
thấp, năng lượng tiêu tốn
- Chi phí đầu tư và vận hànhkhá cao nên ít được sử dụngcho các công trình lớn vàthường sử dụng cho cáctrường hợp đòi hỏi xử lý cao
➢ Ưu điểm và nhược điểm của nhựa trao đổi ion:
Trang 10II CƠ CHẾ TRAO ĐỔI ION
1 Thứ tự trao đổi một số cation thông thường
✓ Đối với nhựa Cationit acid mạnh (SAC):
Hg2+<Li+ <H+ <Na+ < K+ ≈ NH4+ < Cd2+ < Cs+ < Ag+ < Mn2+ < Mg2+< Zn2+
< Cu2+ < Ni2+ < Co2+ < Ca2+ < Sr2+ < Pb2+ < Al3+ < Fe3+
✓ Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC):
H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+
✓ Đối với nhựa Anionit kiềm yếu (WBA)
OH- ≈ F- < HCO3- < Cl- < Br- < NO3- < HSO4- < PO43- < CrO42- < SO42
+ Ở hàm lượng ion thấp ,nhiệt độ bình thường và những ion cùng hoá trị,khả năngtrao đổi tăng khi số điện tử của ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hoá lớn)
+ Ở hàm lượng ion cao , khả năng trao đổi của các ion không khác nhau nhiều lắm
Trang 11II CƠ CHẾ TRAO ĐỔI ION
2 Cơ chế
9 8
7
6 5
4
3 2
1
▪ Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất thải lỏng tới bề mặt của lớp biên giới màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion.
▪ Khuếch tán lớp ion qua lớp biên giới
▪ Chuyển ion đã qua biên giới phân pha và hạt nhựa trao đổi.
• Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng.
• Khuếch tán các ion B qua màng
• Khuếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng.
• Khuếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi ion
• Phản ứng hoá học trao đổi ion A và B
• Khuếch tán ion B bên trong hạt trao đổi ion tới biên giới phân pha.
Trang 12II CƠ CHẾ TRAO ĐỔI ION
Hình 2.1 Sơ đồ biểu diễn quá trình trao đổi ion
2 Cơ chế
Trang 13II CƠ CHẾ TRAO ĐỔI ION
Tác dụng trao đổi
Tác dụng nén ép
Các ion ngược dấu trong lớp khuếch tán và ion ngựoc dấu khác trongdung dịch trao đổi vị trí lẫn nhau Nhưng do quá trình trao đổi ionkhông giới hạn ở lớp khuếch tán, do quan hệ cân bằng động, trong dungdịch cũng có một số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếchtán, sau đó sẽ trao đổi với các ion ngược dấu trong lớp hấp phụ
Khi nồng độ muối trong các dung dịch tăng, làm cho lớp khuếch tán bịnén ép lại.Từ đó, ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ionngược dấu trong lớp hấp phụ… Pham vi hoạt động của lớp khuếch tánnhỏ lại làm bất lợi cho quá trình trao đổi ion
2 Cơ chế
Trang 14II CƠ CHẾ TRAO ĐỔI ION
• Khuếch tán của các ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi.
• Trao đổi các ion (tốc độ phản ứng).
• Khuếch tán của ion thay thế ra ngoài bề mặt hạt rắn.
• Khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào trong dung dịch.
Trang 15II CƠ CHẾ TRAO ĐỔI ION
3 Cân bằng trao đổi ion.
Giả sử một loại nhựa có ái lực lớn hơn cho ion B hơn so với ion A Nếu nhựa chứa ion A và B ion được hoà tan trong nước đi qua nó, sau đó trao đổi sau đây diễn ra, phản ứng tiến tới bên phải (R đại diện cho nhựa):
Trang 16III TÁI SINH VẬT LIỆU TRAO ĐỔI ION
1 Tính năng thuận nghịch phản ứng trao đổi ion
✓ Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch.
Dựa trên tính chất này người ta có thể hoàn nguyên, tái nạp ion cho nhóm trao đổi, khôi phục lại năng lực trao đổi của nó.
2HR + Ca2+ → CaR2 + 2H+ (nhựa trao đổi) CaR 2 + 2H+ → 2HR + Ca2+ (hoàn nguyên)
Trang 17III TÁI SINH VẬT LIỆU TRAO ĐỔI ION
2 Phương pháp tái sinh
✓ Tái sinh cùng dòng chảy (CFR): Chất lỏng (nước) chảy từ trên xuống dưới cùng của cột trong cả 2 giai đoạn tiếp xúc giữa chất lỏng – nước và giai đoạn tái sinh.
✓ Tái sinh đảo ngược tái tạo dòng (RFR): Chất lỏng chảy lên trên và xuống dưới trong quá trình lọc và tái sinh.
Hình 3.1 Tái sinh xuôi dòng Hình 3.2 Tái sinh ngược dòng
Trang 18IV ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
1 Làm mềm nước cứng
✓ Thông thường sử dụng Sodium Zeolite để làm mềm nước cứng
✓ Sau khi rửa nhựa được xử lý bằng một dung dịch natri clorua 10%, và tiềnthu được tái sinh
Trang 19IV ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
1 Làm mềm nước cứng
✓ Thông thường sử dụng Sodium Zeolite để làm mềm nước cứng
✓ Sau khi rửa nhựa được xử lý bằng một dung dịch natri clorua 10%, và tiềnthu được tái sinh
Hình 4.1
Trang 20IV ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
1 Làm mềm nước cứng
Hình 4.2: Quá trình làm mềm nước
Trang 21IV ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
- Tác nhân oxy hóa mạnh mẽtrong tấn công nước thô vàlàm suy giảm nhựa
Trang 22IV ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
2 Khử khoáng
Trang 23IV ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
2 Khử khoáng
Trang 24IV ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
2 Khử khoáng
Trang 25IV ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
3 Ứng dụng khác
Trong xử lý nướcthải sinh hoạt, côngnghiệp, thu hồi cácchất có giá trị…
