强碱弱酸两性树脂吸附电解质机理

强碱弱酸两性树脂吸附电解质机理 华南师范大学(自然科学版) JournalofSouthChinaNormalUniversity(NaturalScience) I一7 3i 强碱弱酸两性树脂吸附电解质 徐和德 (华南师范犬享葶蒹—H510631) 机理3Jz t ?摘要本文通过电位滴定曲线及静态吸附法等测定强碱弱酸型两性树脂在不同pH及不同盐浓度 的条件下吸附电解质机理.主要结果是pH?2时,以离子交换为主.pH2—7时由于内盐键破裂 而等当量吸附阴,阳离子作用逐步增强,pH?7时则量进口,用于聚丙烯腈纺丝废水处理,效果甚好.本文采用自制的廉价两性树脂,企 图通过对其吸附机理研究,为进一步开发推广两性树脂的生产应用提供理论依据. 1实验方法 1.1电位谪定曲线 取40个带有磨口塞瓶子,分别加人O.500g内盐型或HCI盐型两性树脂(风干)及50mL含有 lmol[LNaC1或不含NaC1的不同浓度HCI或NaOH溶液,间歇振荡48h后用缓冲液校 正过的数字pH计测定,分别作出酸或碱滴定曲线 1.2盐浓度对吸附作用影响(静态法) 在有磨口塞的瓶中加人O.50瞻内盐型两性树脂,再分别加入50mL~同浓度的CaC1溶液 或不同浓度的LaCI3溶液以及含不同浓度NaCI的LaC1溶液振荡24h后用EDTA滴定法 测定溶液浓度变化,求出吸附量 1.3阴离子交换作用 13.1在pH2条件下的册离子交换作用 基本条件与1.2同,溶液由NaCI~Na~SO,配制,,~HCI调:~/pH,C1一用标准AgNO滴 定,sO一用比浊法测定. 1.3.2pH对a一,s02的影响 ?国家自掩科学基金项目 稿件收到日期:1995-12-04 84 ? ? 基本条件同1.2,C10j一的反应液由稀HC1和H0.配成,pH的不同是 用加水稀释或略 加碱调节. 1-4温度对cl一,soj一的影响 基本条件与1.3_2同,在恒温振荡器中进行反应和取样. 2结果和讨论 (1)电位滴定曲线所得结果如 图1所示,从该图可以看出(a)当内 盐型树脂用HC1滴定或HC1盐型树脂 用NaOH滴定时,在pH2,6.5范围 内,在有?c1存在情况下的滴定曲线 位置皆比无NaC1存在时要高,有 NaC1存在时,两性树脂的羧基表观电 离常数p5.2显着太于无NaC1时的p 4.0.这种现象恰好与通常的羧酸树 脂相反,表明在两性树脂中的季铰基 对羧基有强烈作用,促进了羧基的电 离,使P下降,当有NaC1存在时, c1一抑制了季铰基对羧基的作用,使pk 上升,虽然同时存在的Na对H有 竞争吸附作用,但由于H的取代能 力显着大于Na故这种影响不明显. 【b)当pH<2时有NaC1存在的滴定曲 线则位于无NaClj字在的下面,说明此 时两性树脂的羧基与通常的羧酸树脂 所起作用相同即离子交换作用,而在 pH2—6.5范围内NaC1逐步增强破 坏内盐键作用.(c)当pH>6.5有NaC1 的滴定曲线也位于无NaC1的曲线之 下,这同样也是由于NaC1破坏内盐 键作用所引起的. (2)盐浓度对吸附作用影响分别 表达于图2和表l从表1可以看出内 盐型两性树脂对CaC1:的吸附是以阴, 阳离子等当量同时吸附的,并且随平 衡液中CaC1,浓度提高吸附量也相应 提高,这是典型的分子吸附作用,是由于 一 心. ,,... 3210123 NaOHHCI 日/retoo1.g’ 图1两性树脂电位滴定曲线 表1内盐型树脂在中性环境中对的吸附作用 表2在pH2iaI~II:Z’,IN和?的吸附 85 内盐键破裂而产生的分子吸附作用. (3)在pH2条件下的阴离子交换 作用结果如表2所示基本上与普通强 碱树脂的a一0一相似,随着平衡液 中D口一l/[SO】的提高,选择系数 k:tf2也相应增大,吸一F西fsO一1’ 着容量随溶液总浓度提高也略提高, 【Na】在反应前后基本保持不变说明 在pH2条件下,实际上只起胡离子交 换反应. (4)pH对Cl一/so,~一的影响反映 在图3中.该图表明,随着pH提高,吸附 容量,分配系数=_/c及分离系数 = 需/sol/Cl都在pH7附近【1【_】,…… 有个转折点,表明在此点以上树脂处 于内盐状态.当pH由2升高7时 和k皆逐步下降,说明内盐键形成百 分率逐步提高,至pH7附近达极大值, 由此可见k的下降,主要由于羧基电离 度增大对季铵基竞争吸附增强的结 果.而分离系数?则在形成内盐键的 pH范围内有明显提高,这表明有可能 适用于浓NaCI溶液的软化,包括阴和 阳离子的软化. (5)温度对Cl一/SO,,2一的影响主要 结果列于表3.从该表可以看出,温度 升高则吸着容量下降,分配系数也 下降,而选择系效则提高,这说明 SO2_取代a一的交换反应是吸热反 应,这反应的自由能下降是由高价离 子取代低价离子所引起的熵增大的结 果.分配系数随温度提高而下降,表 明依靠内盐键破裂而等当量吸着阳, 阴离子的作用是放热反应,与通常与通常的强碱树脂相似,pH2—7时 由内盐键破裂而等当量吸附阴,阳离子的作用逐步增 强,pH/>7时则主要发生分子吸附作用,即离子阻滞作用. (2)在中性到碱性环境中.两性树脂以内盐型存在,可同时进行分子吸 附与离子交换作 用,由于这两种作用的同时存在,使高价离子的吸附容量随Nacl浓度的提高而提高,在提高 容量同时.对高价离子的选择性和分离度也都有提高,这对高浓度Nacl溶液的软化是十分 有利的. (3)两性树脂的分配系数和选择系数随温度而变化的规律表明,两性树脂中高价离子取代 低价离子的交换反应是吸热反应,而分子吸附作用则为放热反应.吸附总容量随温度升高而 下降,选择性则随温度升高而上升. 致谢本文承蒙焦琳媚,程史明,余晓生等同志提供部分数据,谨袁谢.意 参考文献 1MJHatch,JADillon,HBSmithAmphotericresinsnakeincage.IndEngChe m.1957. 49: 1812,18加 2持和德,李国明,陈文森.两性树脂与水处理.应用化学.1993,10(5~22—27 3棘和德.两性树脂对电解质吸着作用.塑料工业.1978,5:19,25 4徐和德.两性树脂的合成,结构和性螗.离子交换与吸 附,1995,l1):455—461 THEMECHANISMOFELBCTRoLYTEABSoRPT【I)NoNToSTRONG BASE,WEAKAClDAMPHoTERICRESINS XuHede (DepI.ofchcm/stry,SouthChinaNormalUnlvet~ 时.Guangzhou510631,China) AbstractAbsorptionofelectrolytesisdependentOilsolutionpH.AtpH?2.ampho- tericresinsplayaroleasstrongbaseresins;theabsorptionofelectrolytestakesplaceac- cordingtotheanionexchangemechanism,AtpH2, 7,themolecularsorptionbybr. cakingofinnersaltbondsincreasesgraduallyAtpH/>7,theprindpalabsorptionis themoleCUlarsorptionbybreakinginnersaltbondsaswellasionexchange.Atthesame time,theiOnselectivityobviouslyincroases.whichmaybeusefulinthesofteningof concentratedNaClsolution. Keywordsamphotericresin;absorption selectivity. mechanism;ionexchange;innersaltbond 【本文责任鳊辑黄玉萍】 87