全交换容量 /(mmol/g)(干树脂) ≥9.0 ≥4.5 ≥5.0 ≥3.5
工作交换容量 /(mmol/g)(湿树脂) 2.3～2.5 0.8～1.1 0.6～1.0 0.35～0.45
一、离子交换树脂的选用 ---原水水质
仅去除吸附性较强的阳离子 （Ca、Mg、Al、Fe） 选用交换容量大的弱酸型树脂
化学性能
交换容量

单位质量或单位体积的树脂所能交换离子的摩尔数。表示离子交换树脂的交 换能力。
1. 全交换容量：单位质量的离子交换树脂全部离子交换基团的数量，mmol/L。 2. 工作交换容量

指一个周期中单位体积树脂实现的离子交换量，即单位体积树脂从再生型离 子交换基团变为失效型基团的量。 影响因素：树脂种类、粒度、原水水质、出水水质的终点控制、交换运行流 速、树脂层高度、再生方式等。 质量表示单位EM：mol/kg(干树脂) 体积表示单位EV：mol/m3(湿树脂) EV=EM×(1-含水率)×湿视密度
化学性能
对各种离子的交换能力是不同的。

易被交换的离子，解析就困难。 交换顺序：优先高化合价的，其次原子序数大的。 强酸性阳离子交换树脂： Fe2+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞H+
弱酸性阳离子交换树脂：
H+ ＞ Fe2+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+ 强碱性阴离子交换树脂： SO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3弱酸性阴离子交换树脂： OH-＞ SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-＞HSiO3-
复分解反应
RSO3H +CaCl = R(SO3)2Ca + 2NaCl
R(=NCl)2 + Na2SO4l = R(=N)2SO4 + 2NaCl
1. 离子交换反应
--- 弱型树脂的交换反应
R(COOH)2 + Ca(HCO3)2 = R(COO)2Ca + 2H2CO3
非中性盐的分解反应
R=NH2OH + NH4Cl = R=NH2Cl + NH4OH
树脂的交联度: 交联度大的树脂的交换速度受孔道扩散控制;
树脂的粒径:
树脂的粒径越小,扩散速度越快;
树脂的空隙度: 树脂的空隙度越小,扩散速度越快; 水中离子浓度: C＞0.1mol/L时孔道扩散控制; C＜0.003mol/L时液膜扩散控制;

水溶液的流速: 流速增加,液膜扩散速度加快,但孔道扩散不受影响;
离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂: 强酸性和弱酸性 阴离子交换树脂: 强碱性和弱碱性 按活性基团的性质 螯合型 两性 氧化还原型 凝胶型 大孔型 等孔型* 苯乙烯 丙烯酸 酚醛
按离子交换树脂的孔型
按单体的种类
离子交换树脂的内部结构
凝胶型和大孔型树脂的物理性能比较
特性 平均孔径(润湿态) 对有机物的吸附能力 普通凝胶型 离子交换树脂 范围1.5-9.0nm (平均2-4nm) 吸附能力低, 易被污染和老化 大孔型离子交换数值 范围10-500nm (平均20-100nm) 吸附能力高
交换
2 RNa + Ca2+
再生
R2Ca +2 Na+
1. 离子交换反应
--- 强型树脂的交换反应
中性盐分解反应
RSO3H +NaCl = RSO3Na + HCl R=NOH + NaCl = R=NCl + NaOH
中和反应
RSO3H +NaOH = RSO3Na + H2O R=NOH + HCl = R=NCl + H2O


物理性能
转型膨胀率

离子交换树脂从一种单一离子型转为另一种单一离子型时体积的 变化的百分率. 树脂在交换和再生时,体积均会发生变化。 经长时间不断地胀缩，树脂会发生老化现象，从而影响树脂的使 用寿命。

耐磨性

由于相互摩擦和胀缩作用，产生破裂现象。
一般年损耗应小于3-7%。
化学性能
D0 B --- 总扩散系数； --- 与粒度均匀程度有关的系数；
C1、C2
ρ φ
--- 分别表示同一种离子在溶液相和树脂相中的浓度；
--- 树脂的空隙度； --- 树脂颗粒的粒径；
δ
--- 扩散距离。
3. 离子交换速度

--影响因素
离子性质:
离子水合半径或所带电荷越多,扩散速度就越慢;
强酸或强碱的中和反应
RCOOH +NaOH = RCOONa + H2O R=NH2OH + HCl = R=NH2Cl + H2O
复分解反应
R(COOH)2 + CaCl = R(COO)2Ca + 2NaCl
R=NH2Cl + NaNO3 = R=NH2NO3 + NaCl
2. 离子交换平衡和选择性系数 --离子交换平衡
比表面积(mL/g)(干燥态) ＜0.1
细孔容积(mL/g)(干燥态) 0 外观 加工工艺 透明球状颗粒 苯乙烯+二乙烯苯
0.1-0.4
＜0.2 半透明至不透明球状颗粒 苯乙烯+二乙烯苯+致孔剂
树脂的命名 (GB1631-1979)
代号 0 1 2 3 4 5 6 分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螯合性 两 性 氧化还原性 代号 0 1 2 3 4 5 6 骨架名称 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
2. 湿视密度：单位体积内紧密无规律排列的湿态离子交换树脂的质 量,g/mL。

湿视密度=湿态树脂质量/湿态树脂的视体积。 用来计算离子交换器中装载树脂时所需湿树脂量的主要数据，一 般在0.6-0.85。
物理性能
含水率

在水中充分膨胀的湿树脂中所含水分的百分数。 含水率=(湿树脂质量-干树脂质量)/湿树脂质量 与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等 有关。 反映离子交换树脂的交联度和网眼中的孔隙率。含水率愈大，孔 隙率愈大，其交联度愈小。 可了解树脂性能的变化。冬季应注意防冻。 一般在40-60%。


化学性能
热稳定性

表示受热作用下树脂保持理化性能不变的能力。 强碱性树脂：强碱基团受热分解，降低交换容量。


弱碱性树脂：弱碱基团受热发生脱落现象，稳定性较强碱性高。
强酸性树脂：最高使用温度为100-120℃，再高则发生脱落现象。 弱酸性树脂：稳定性更高一些，达200℃，且短时间内容量损失小。
酸碱性

不溶性的高分子电解质，可电离，使得水溶液具有酸碱性。 强型树脂不受溶液pH影响。 弱型树脂电离能力小。弱酸性树脂在碱性溶液中电离能力大，弱
碱性树脂在酸性溶液中电离能力大。

树脂的水解反应 RCOOHNa + H2O → RCOONa+NaOH RNH2Cl + H2O → RNH2OH+HCl
五、离子交换树脂的鉴别方法：

阳树脂和阴树脂 酸性树脂 碱性树脂
一、离子交换树脂的选用 ---交换容量

类型骨架组成的离子交换树脂,弱型树脂大于强型树脂。 同类型树脂，交换容量随交联度的变小而增大。 考虑交换容量、机械强度。
苯乙烯系树脂的交换容量比较
树脂类型 阳树脂 弱酸 强酸 阴树脂 弱碱 强碱

粒度



粒度小，交换速度快，交换容量大，但压力损失大。
粒度要均匀，在0.3-1.2mm范围。
物理性能
密度：单位体积树脂的质量。 1. 湿真密度：单位真体积（不包括树脂颗粒间空隙的体积）内湿态 离子交换树脂的质量，g/mL。

湿真密度=湿态树脂质量/湿态树脂的真体积
一般在1.04-1.30。阳离子大于阴离子的。 离子交换树脂的反洗强度、分层特性与其有关。

不同类型的设备要求选用不同性能的树脂。
移动床、流动床
耐磨、强度高的树脂
混 床
选用湿真密度相差大的树脂
热稳定性大小顺序为：
弱酸性＞强酸性＞弱碱性＞Ⅰ型强碱性＞Ⅱ型强碱性
第二节 离子交换基本原理
1. 离子交换反应

可逆性 强型树脂的交换反应 弱型树脂的交换反应
2. 离子交换平衡和选择性系数
3. 离子交换速度

控制步骤 表达式

影响因素
1. 离子交换反应

--- 可逆性
离子交换反应是在固态的树脂和溶液接触的界面间发生的。
吸附性较弱的离子 （K+、Na+或HCO3-、HSiO3-）
必须选用强型树脂
高硬度高含盐量的水
先弱型树脂，再强型树脂
有机物含量较多的水
选用抗氧化性好、强度高的大孔型树脂
一、离子交换树脂的选用 ---出水水质
软 化
强酸性阳树脂 或与弱酸性阳树脂组合
除 盐
一定选用强型树脂， 或与弱型树脂组合
一、离子交换树脂的选用 ---水处理设备的类型
RH +
Na+
= RNa +
H+
Na KH
[ RNa][H ] [ RH ][Na ]
2RNa + Ca2+ = R2Na + 2Na+
K
Ca Na
[ R2Ca][Na ]2 [ RNa]2 [Ca 2 ]
2. 离子交换平衡和选择性系数 --离子交换平衡