化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学 计量关系；
1935年人工合成了离子交换树脂；
1940年应用于工业生产；
1951年我国开始合成树脂。
三、应用
(一) 给水处理 硬水软化、脱盐。 纯水、高纯水的制备。
(二) 废水处理 废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+ 、Cr3+
(三) 工业生产 产品的提纯
示法)可发生交换的活性基团数量。 容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW ×[湿比重×(1-含水率)] 全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。 工作交换容量： 在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层 达到的平均交换容量。
式中：f 为活度系数。
三、离子交换选择性
fRB[R Bb ]a f A[ Aa ]b fRa[R Aa ]b fB[Bb ]a
K/
设：fR-B/fR-A=C； f A/fB=1
选择性平系衡数吸着K/率/C=K
[R Bb ]a
[Bb ]a
[R Aa ]b K [Aa ]b
[R Bb ]a
化学性能
（一）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。
表 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
弱碱性
有效pH值范围 0~14
4~14
0~14
0~7
化学性能
(二) 交换容量 单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表
形状：透明或半透明的球状珠体。 颜色：白、浅黄、赤褐色。
(二) 含水率
树脂孔隙内所含的水分，一般在40%～69%。 与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高， 含水率高。
(三) 密度 干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。 表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度(视密 度) 。 单位均为mg/L.
离子交 换树脂
凝胶型 孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。 大孔型 孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。
等孔型 孔大、均匀，抗有机污染能力强。
离子交换树脂的命名
表 分类代号
代号 功能基
0
1
2
强酸性 弱酸性 强碱性
3 弱碱性
4 螯合性
5 两性
6 氧化还原
表 骨架代号
代号
0
1
2
3
4
5
6
3.2 离 子 交 换 Company
LOGO
Ion Exchange
概述
一、离子交换法
离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换的一 种特殊吸附现象。
与其它吸附过程相比： 主要吸附水中离子态物质； 交换剂上的离子和水中离子进行“等当量”的交 换。
二、发展
1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换 现象；
a(R—B)b++bAa+
特点：
▪ 符合质量作用定律;
▪ 等当量进行的同性离子的互换反应;
▪ 具有饱和性;
▪ 树脂母体和固定离子不发生变化。
二、离子交换平衡
⇌ b(R—A)a++aBb+ a(R—B)b++bAa+
有：
(R Bb )a ( Aa )b (R Aa )b (Bb )a
K/
fRB[R Bb ]a f A[ Aa ]b K / fRa[R Aa ]b fB[Bb ]a
固定离子 可交换离子
苯乙烯(单体) +
二乙烯苯(交联剂)
共聚
母体
功 能 H2SO4 基 反 应
R —SO3 H
母体 固定离子 可交换离子
(二) 树脂分类 按选择性
离子交 换树脂
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
按结构
强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H 弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH 强碱性阴离子交换树脂 R NOH 弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH
[Bb ]a
[R Aa ]b K [ Aa ]b
a=b=1
Q 为树脂的全交换容量； q 为B 在离子交换树脂上平衡交换量； C0、C 为水中B离子的初始和平衡浓度。
q Q
20 5 K=1 0.2
C
0
C0
[R B] K [B] [R A] [A]
四、特点 1 去除率高，净化效果好； 2 可做到污染物的回收利用； 3 对废水的预处理要求较高； 4 树脂再生液需要进一步处置。
第一节 离子交换树脂及其性能
一、离子交换树脂
固体球形颗粒，多孔网状 结构；不溶于水；具有离子交换 特性的有机高分子聚电解质。
(一) 组成
离子交 换树脂
母体(骨架) 活性基团
骨架类型 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
例如：001×7——(凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 。 110×4——(凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4。 D201——大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。
二、树脂的性能
物理性能
(一) 外观
(四) 交联度
交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为7%~10%。 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的 离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。 在水中浸泡，形变小，较稳定。
(五) 溶胀性
吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：
溶胀率
V后 V前 V前
100%
溶胀的原因
水扩散到树脂交联网孔发生溶胀； 活性基团离解形成水合离子。 影响因素 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大； 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+