离子交换树脂在水预处理中的应用摘要：离子交换树脂(ion exchange resin)是水处理领域新开发的一种新型树脂，由于其在给水预处理中的良好效果，成为研究的热点。

文章对Ion Exchange Resin的基本物化性能、工艺性能与其它水处理工艺的联合应用情况作了简要综述。

离子交换树脂的良好吸附性，是离子交换树脂有别于传统树脂的最大特点,并且这两个特点使此种树脂在给水预处理中得以有效应用。

离子交换树脂在水处理领域已经得到了广泛应用，文章介绍了离子交换树脂以及其在废水处理中的一些应用实例。

比如其在含汞废水，含铜废水，有机废水等的处理中的应用。

离子交换树脂法处理废水具有可深度净化、处理效率高和能实现多种金属综合回收的优点，在水处理领域必将得到更为深入的应用。

关键词：离子交换树脂，联合应用，经济性，废水处理，环境工程一、离子交换树脂的理化性能和工艺性能（一）离子交换树脂1．子交换树脂的基本介绍离子交换树脂（ion exchange resin）是一种在交联聚合物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料。

不溶于酸、碱溶液及各种有机溶剂，结构上属于既不溶解、也不熔融的多孔性固体高分子物质。

在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换，按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。

2．离子交换树脂的基本分类依据离子交换树脂所带活性基团的性质，离子交换树脂课分为阳离子交换树脂( cation exchange resin)和阴离子交换树脂(anion exchange resin)两大类。

能与水中阳离子进行交换反应的称为阳离子交换树脂;能与水中的阴离子进行交换反应的称为阴离子交换树脂。

根据活性基团上Hˉ和OHˉ电离的强弱程度，又可以分为强酸性阳离子交换树脂（strongly acidic cation exchange resin）和弱酸性阳离子交换树脂（weakly acidic action exchange resin），以及强碱性阴离子交换树脂（strongly basic anion exchange resin）和弱碱性阴离子交换树脂（weakly basic anion exchange resin）。

（1）强酸性阳离子交换树脂其功能基大都含有磺酸基（—SO3H）（2）弱酸性阳离子交换树脂其功能基团为：羧基（—COOH）、苯酚基（—C6H4OH）和磷酸基—CHPO(OH) 2等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换（有时也称为中等酸性阳离子交换树脂）。

例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为2R—SO3H＋Ca2+——（R—SO3）2Ca＋2H+ 。

这也是硬水软化的原理。

（3）强碱性阴离子交换树脂有两种功能基：Ⅰ型强碱基团[-CH 2N（CH3）3OH]（季铵基）；Ⅱ型强碱基团-CH2N（CH3）2(C2H4OH)OH(季铵基)。

它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-（4）弱碱性阴离子交换树脂其功能基分为：伯氨基（—CH2NH2）、仲氨基（—CH2NHR）、叔氨基（—CH2NR2）等碱性基团。

（常用产品中R为—CH3）此外，按活性基团性质还可以分为螯合、两性和氧化还原性等树脂。

按合成离子交换树脂的单体种类不同可分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。

如苯乙烯系离子交换树脂是由苯乙烯聚合成球状聚苯乙烯后，再引入交换基团而成。

苯乙烯系树脂以苯乙烯作为主要原料生产的各种树脂。

丙烯酸系树脂以丙烯酸衍生物为主要原料生产的各种树脂。

酚醛系以苯酚和醛为主要原料生产的树脂。

环氧系树脂以环氧氯丙烷和各种铵为主要原料生产的各种树脂。

乙烯吡啶系树脂以乙烯基吡啶为主要原料生产的树脂。

3．按离子交换树脂孔结构和外状分类（1）凝胶型树脂这种树脂呈透明的凝胶状结构，所以称为凝胶型树脂（gelresin）。

凝胶型树脂的网孔通常很小，平均孔径为1~2nm，且大小不一，在干的状态下，这些网孔并不存在，只有在浸入水中时显现出来。

（2）大孔型树脂由于在整个树脂内部无论干或湿、收缩或溶胀状态都存在着比凝胶型树脂更大、更多的孔（孔径一般在20~100nm以上），故称其为大孔型树脂（macroporosityresin）（3）孔型树脂均孔型树脂的网孔较均匀，孔径约数十纳米。

（4）凝胶均粒树脂在树脂骨架聚合时，采用新型复合分散体系，使形成的树脂粒径比较均匀，这种树脂就称为超凝胶均粒树脂，其机械强度可与大孔型树脂相比，交换容量等化学性能与凝胶型树脂相当，所以，这种树脂特别适用于运行压力、流速较高的中压凝结水处理系统。

4．按用途分类（1）业级指供一般工业用的树脂（2）食品级指供食品工业用的树脂，这种树脂必须经过一定处理，以防止食品受到污染（3）析级指供化学分析用的树脂。

这种树脂要经过一定处理，使杂质含量符合分析要求（4）核等级指供核工业用的树脂。

这种树脂也要经特定处理，尽量降低树脂中残存的金属杂质和某些侵蚀性阴离子的含量，以提高树脂的耐辐射性能和减少树脂浸出物对核系统设备的腐蚀影响。

（5）层床专用指用于双层床、三层床的树脂，有时也包括浮床的树脂。

其密度和粒度均有特殊要求。

（6）床专用指用于混床的树脂，其粒径的配合有特殊5．离子交换树脂的命名方式离子交换树脂产品的型号是根据国家标准GB 1631——79《离子交换产品分类、命名及型号》而制定的。

现介绍如下：（1）全称行业标准《离子交换树脂产品分类命名及型号》（HG 2-884-76）中规定的命名原则为：离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称依次排列组成。

基本名称为离子交换树脂。

孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。

分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的在名称前加“阴”。

如：大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。

（2）型号离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号，用以区别活性基因、交联剂等的差异。

代号数字的意义见下表：表1分类代号（第一位数字）表2骨架代号（第二位数字）大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。

如D011×7，表示大孔强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交联度为7。

国外一些产品用字母C代表阳离子树脂（C为cation的第一个字母），A代表阴离子树脂（A为Anion的第一个字母），如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。

专用树脂一般附有说明，在树脂型号后加设备要求的符号。

例如：在水处理中浮床、层床、混床等专用树脂，在其型号后面分别加FC、SC、MB等符号。

6．离子交换树脂的物理性能(1)外观离子交换树脂的外观包括：颗粒的形状、颜色、完整性以及树脂中的异样颗粒和杂质等。

目前各种产品标准外观指标见表3。

表3水处理用离子交换树脂外观离子交换树脂通常制成珠状的小颗粒，它的尺寸也很重要。

树脂颗粒较细者，反应速度较大，但细颗粒对液体通过的阻力较大，需要较高的工作压力；特别是浓糖液粘度高，这种影响更显著。

因此，树脂颗粒的大小应选择适当。

如果树脂粒径在0.2mm(约为70目)以下，会明显增大流体通过的阻力，降低流量和生产能力。

（2）水溶性浸出物将新树脂样品浸泡在水中，经过一定时间以后，可以在水中发现从树脂中浸出许多水溶性杂质，最明显的是聚苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂。

一般只要有几天时间，浸泡树脂的水就呈棕色，时间越长颜色越深。

水的颜色一般是由生产中残留的低聚物和化工原料形成。

浸出物的性质一般表现如下：①阴离子交换树脂的浸出物呈阳离子性质，其中主要有胺类和钠盐。

②强酸性阳离子交换树脂的浸出物为低分子磺酸盐，这已为色谱法测定（浸出物的氧化物是硫酸根）所证明。

低分子硫酸盐可溶于水中，不断从阳树脂中释放出来，它会污染阴树脂，因此必须控制浸出物的含量。

食品工业、核工业等对树脂的水溶性浸出物有一定的限制。

随着人们对水质的不断提高，对一般工业所使用的树脂的水溶性浸出物允许量也会有所限制。

（3）含水量指单位质量树脂所含的非游离水分的多少，一般用百分数表示。

一定离子型的离子交换树脂颗粒内的含水量是树脂产品固有的性质之一。

它用单位质量的、经一定方法除去外部水分后的湿树脂颗粒内所含水分的百分数来表示。

离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素有关。

由于树脂颗粒内外水分无法分离，如何除去膜外水及水膜水，而又能保持内部水分不损失是测定树脂含水量的关键。

①常用凝胶型强酸性阳离子交换树脂的含水量波动较小，各地产品大致相同，工艺较稳定。

②国产苯乙烯系阴离子交换树脂201×4、201×7含水量的差别比较大，这是各厂产品交换容量相差较大、反应时形成的副交联程度不同等原因所致。

③大孔树脂含水量要比相同交联度凝胶型树脂的含水量高。

大孔树脂的孔隙度没有明确规定，因此含水量有较大的差别。

如特大孔的Amberlite IRA-938强碱性阴离子交换树脂的含水量可达80%（氢氧型）左右，而同类的凝胶型树脂含水量为56%左右。

含水量越高，越有利于离子扩散；含水量越低，体积全交换容量越高。

④同种树脂含水量随离子型态的不同而不同。

一种基团带有不同离子时，其结合水的能力不同，树脂含水量就不同。

因此在表示树脂含水量时，必须指明离子型态。

（4）密度离子交换树脂的密度分为湿真密度、湿视密度和装载密度。

湿真密度是指单位真体积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）。

湿视密度是指单位视体积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）。

装载密度是指容器中树脂颗粒经水力反洗自然沉降后单位树脂体积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）。

所谓湿态离子交换树脂，是指吸收了平衡水量并除去外部游离水分后的树脂。

为使各种密度的测定结果有可比性，在测定样品时都应使之处于这种湿状态。

真体积是指离子交换树脂颗粒本身的固有体积，它不包括颗粒间的空隙体积。

视体积是指离子交换树脂以紧密的无规律排列方式在量器中占有的体积，它包括颗粒间的空隙体积和树脂颗粒本身的固有体积。

（5）粒度和粒度分布一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致，大体上处在0.2mm～1.5mm范围内（经筛分取0.3mm～1.2mm的颗粒用于制造树脂），其中0.3mm～0.6mm的占60%左右，0.6mm～1.0mm的占30%左右。

未经筛分的样品中，各种粒径的白球所占体积百分数一般呈正态分布函数关系（分布曲线是对称的）。