离子交换基本原理
离子交换树脂的类型及命名
2． 分类
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2） 结构
3． 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳 离子交换剂
命名 ：
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离子交换树脂的基本性能 1．外观 粒径0.3～1.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒 2．交联度：以7~10%为宜。交联度越大，树脂的 孔隙率越小，密度越大，交换能力越小
再生1mol所需质量：R＝n·MB 再生剂摩尔质量
G＝q·R＝q·n·MB （g / L） q:树脂工作交换容量
每台离子交换器再生一次所需要再生剂的总量等于：
式中α——工业用酸或盐的浓度或纯度，%
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除二氧化碳器 1 ．原理：
CO2具有腐蚀性，并增加强碱树脂负荷，且一般为H床后 ：
2．构造和计算： 1） 构造：
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2．逆流再生 特点： ⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上 ⑵ 出水水质明显提高 ⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保
证出水水质 ⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低 ⑸ 工作交换容量提高 ⑹ 操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量低等
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3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
第11章 离子交换
借助固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子 进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的。 主要用于： 水处理（软化和纯化）； 溶液（如糖液）的精制和脱色； 矿物浸出液中提取铀和稀有金属； 发酵液中提取抗生素及从工业废水中回收贵金属等
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水的硬度
软化的主要方法：
（1）加热法（暂时硬度） （2）药剂软化法（溶度积原理） （3）离子交换法
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2） 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3） 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间能够去除CO2的量（能力） K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推动力下 去除的CO2的数量瓷环面积
，因而溶胀后体积不同
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5．密度
用于计算树脂层的反冲洗强度、膨胀率，确定再生时加酸 量和加碱量。
用于计算离子交换柱内湿树脂的装填量 .
6.有效PH值范围
由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱 碱性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。
各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型 强酸性 弱酸性 强碱性
有效pH值范围 1~14
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离子交换速度
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离子交换可分为五个步骤
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影响因素
• ①交联度：交联度越大，孔隙越小，孔隙扩散慢， 则孔隙扩散起控制作用。
• ②水中离子浓度： • ＞0.1mol/L时，膜扩散很快，孔隙扩散为控制因素； • ＜0.003mol/L时，膜扩散很慢，膜扩散为控制因素。 • ③水流速度v：v越大，水膜层越薄，膜扩散越快。v
5~14
1~12
弱碱性 0~7
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离子交换平衡
选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对 A+的亲合力，即有利于进行离子交换反应。 一般常温低浓度下： ①原子价、电荷数越大的离子，对树脂的亲和力越大； ②对相同价数的离子，原子序数越大，水合离子的半径 越小，亲和力越大。 但高浓度下，浓度起决定作.用。
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逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂
耗量(g/mol)
浓度(%)
NaCl HCl
80～100 50～55
5～8 1.5～3
NaOH
55～65
1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质;）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
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离子交换树脂
• 由网状结构骨架(即母体)与附属在骨架上的多个 活性基因所构成的不溶性高分子化合物。
• 水的软化过程中，离子交换反应是阳离子交换树 脂上的可交换离子（Na+或H+）与水中钙、镁离 子间的交换过程：
• 等当量交换与可逆反应交换与再生。树脂失效后 再生：树脂上吸附的钙、镁离子置换出来，代之 以新的可交换离子。 .
• 按选择性和离子浓度考虑，交换反应存在以 下情况：
• ①K＞1，即水中离子亲和力大于树脂中离子亲和 力，且水中离子浓度较大，此时对交换都有利，进
行换型。例如H树脂转换为Na树脂。
• ②K＞1，水中离子浓度不大，则为软化或除盐。 • ③K＜1，水中离子亲和力小于树脂中离子亲和力，
但水中离子浓度较大，此时可进行再生。例如用 NaCl再生吸附饱和的Ca树脂。
离子交换软化设备及其计算
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（以H型树脂与含钠盐进行交换为例，即能降低钠的 泄漏）
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逆流再生操作步骤： ⑴ 小反洗 ⑵ 放水 ⑶ 顶压 ⑷ 进再生液 ⑸ 逆向冲洗 （软化水，流速5～7m/h） ⑹ 正洗
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逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好 的树脂在清洗过程中又被消耗，导致出水质量下降 ，失去了逆流再生的特点。
不影响孔隙扩散。 • ④树脂颗粒尺寸：颗粒越小，表面积越大，孔隙通
道越短，对膜扩散、孔隙扩散均有利。 • ⑤水温t：水温越高，扩散越快。
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树脂的再生
再生液与水流方向相同 1．顺流再生 特点： ⑴ 上部再生程度高，下部差，越是下部越差 ⑵ 再生剂耗量大，2～3倍理论值时，效果仍不理想 ⑶ 出水剩余硬度高 ⑷ 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低 ⑸ 适合于硬度较低的场合
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离子交换软化方法与系统
1．Na＋离子交换软化法
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2．H＋离子交换软化法
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3．H－Na串联及并联： ⑴ 并联：
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离子交换树脂的交换容量
1．交换容量： 1）全交换容量 （1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子
的总量。代表交换能力的大小 （2）测定方法：滴定测定与理论上计算
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离子交换树脂的基本性能 3．含水率
树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含
水分的百分比（约50%）
树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率
4．溶胀性
干树脂+水→湿树脂
体积胀大 绝对溶胀度
溶胀是由于活性基团因遇水而电离出的离子起水合作用生成水
合离子，使交联网孔胀大。由于水合离子半径随不同离子而异
逆流
A厂 109. 86.7 20.8
1.5
5~10
0
5
B厂 109. 88 19.7 . 1.5
4~6
2
6
再生附属设备 1．食盐系统
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2．酸系统
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3．再生剂用量计算：
再生剂用量G表示单位体积树脂所消耗的纯再生剂量（g / L，kg / m3）
比耗：n
mol / mol （再生剂 / 工作交换容量）