在黃奕普等所作的有關電去離子的大量實驗及機理分析的基礎上,筆者采用先將電去離子過程解體為各組成反應再疊加合成的分析方法,依據各組成反應的前后次序和發生地點,確定這些反應在某種應用場合下的主次地位,并對它們作側重于離子交換方面的應用分析,該實用分析方法的要點描述如下:
1)將電去離子過程解體為電滲析過程和離子交換過程,它們彼此獨立,各受其所固有的規律所支配.它們兩者雖然都起從水中除去離子的作用,但是在電去離子過程中電滲析起真正清除掉離子的作用,而離子交換僅僅起去離子的中間過渡作用.
2)離子交換樹脂截留住離子,抑制了電滲析,使離子交換進行;樹脂解吸出離子,抑制了離子交換,使電滲析進行.以上兩點,可形象地示意為:
電去離子樹脂 截留離子樹脂 解吸離子電滲析↓+離子交換↑電滲析↑+離子交換↓
3)電滲過程中離子遷移速度由該離子在水溶液和膜中的遷移率而定.各種離子遷移率的大小決定離子從淡水室遷移至濃水室的離子濃度分布層譜.在直流電場作用下離子電滲析遷移的方向與離子受水流流動挾帶運動的方向相垂直.因此,在淡水室中陰離子和陽離子的濃度分布層譜分別偏向兩側.
4)在電滲析出現濃差極化時會發生水的電離,它促使樹脂解吸.發生濃差極化的位置在水溶液和樹脂顆粒或膜之間的界面上,有隨機性.在樹脂顆粒表面界面層中發生水電離所生成的Ｈ+和ＯＨ-離子,能及時將鄰近失效樹脂再生;在膜表面界面層中發生水電離所產生的一種離子(Ｈ+或ＯＨ-)只是穿過膜,入濃水室,起電載體作用,不參與再生,另一種離子(ＯＨ-或Ｈ+)作橫向遷移,參與再生.原有的離子電滲析濃度分布層譜會被這種隨機產生的水電離造成的樹脂解吸所破壞,并且會出現離子多次被樹脂解吸又吸附的現象.
5)離子交換反應速度極快,遠大于離子電滲析遷移速度,因此離子交換過程受擴散因素控制.同時,離子隨水流挾帶流動,水流不斷沖刷樹脂顆粒,使水中大部分離子在電滲析遷移出淡水室以前都被樹脂吸附截留住,以后再逐步解吸并電滲析遷移出淡水室而除去.可見,在電去離子過程中,樹脂是轉運離子的中間體.
6)電去離子過程中的離子交換應遵守通常的柱內離子交換層譜的分布規律:在離子交換過程中,對某一種被吸附的離子,離子交換層可分為失效層、工作層和保護層;各離子層譜和先后置換的選擇性順序都根據它們與樹脂的親和力的大小而定.對強酸性陽樹脂的選擇性順序為:
Ｆｅ3+>Ｃａ2+>Ｍｇ2+>Ｋ+>Ｎａ+>Ｈ+
對強堿性陰樹脂的選擇性順序為:
ＳＯ-4>ＮＯ-3>Ｃｌ->ＯＨ->ＨＣＯ3->ＨＳｉＯ-3離子交換層譜是判定已處理水電去離子程度的依據.淡水室內水的流速愈大,離子的擴散速度愈小,層譜的擴展深度也就愈深.淡水室內水的流速取決于進出口壓差和流阻.7)在描述電去離子過程時應將電滲析與離子交換有機地結合一起分析.根據當時各組成反應的前后次序和發生地點,確定各反應的主次地位,有時以電滲析的一些反應為主,有時則以離子交換的一些反應為主,zui后再將它們疊加起來作綜合分析.
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