水处理中使用的离子交换树指，交联度一 般7~10％。
树脂的再生
交换后的树脂在强酸或强碱中浸泡可恢复 交换能力，称为树脂的再生。
水质对离子交换的影响
1、悬浮物、油脂：堵塞树指孔隙，包裹树脂 颗粒，影响交换容量。
预处理：沉淀、过滤、除油等。
2、有机物：某些高分子有机物与固定离子 结合力很强，使树脂难以再生，降低了交换 容量。
活动离子：依靠静电引力与固定离子结合， 遇水可离解，并能在一定范围内自由移动， 与水中其它同性离子进行交换反应，为可交 换离子。
例：—SO3H中，—SO3固定，H+移动； ≡NHOH中，≡NH固定，OH-移动
故：酸性树脂以RH表示；碱性树脂以ROH表 示
树脂的类型
按树脂类型和孔结构不同，分为凝胶型、 大孔型、多孔型、巨孔型等。
交换容量
两种表示方法之间具有如下关系：
Ev Ew （1 含水率）湿视密度 （11-6）
式中：Ev—单位体积湿树脂的交换能力（毫 克当量/毫升湿树脂）
Ew—单位重量干树脂的交换能力（毫克 当量/克干树脂）
交换容量
树脂的交换容量有几种，常用两种：
（1）全（总）交换容量：指单位重量（干） 或单位体积（湿）树脂的交换基团总数，用滴 定法测定。
减少有机污染，选用低交联度树脂， 预处理，特殊的再生操作( 加氧化剂等)。
水质对离子交换的影响
3、高价金属离子：Fe3+、Al3+、Cr3+，与 固定离子结合力强，优先交换。难以再生、 洗脱(中毒)，降低工作容量。
高浓度酸（10~15％HCl或20％H2SO4） 长时间浸泡。
4、氧化剂：如Cl2、O2、H2Cr2O7等，会使 树脂氧化分解，强碱性树脂容易被氧化，使 交换基团变成非碱性物质，完全丧失交换能 力；氧化作用影响母体，使树脂加速老化。
影响交换速度的因素
1、交联度 2、水中的离子浓度 3、水的流速 4、树脂颗粒大小 5、水温
树脂层的离子交换过程
在离子交换柱中装填钠型树脂，从上而下 通以含有一定浓度钙离子的硬水，逐层取出 样品并测定其吸着的钙离子含量以及饱和程 度。图中，黑点表示钙型树脂，白点表示钠 型树脂，1段表示树脂已全部被钙离子饱和， 2段表示正在进行离子交换反应的部分，其 饱和程度顺着流向逐渐减小，3段表示树脂 尚未进行交换的区段。如把整个树脂层各点 饱和程度连成曲线，即得图所表示的饱和程 度曲线。
可见，交换带厚度相当于此时的保护层厚度， 在水的离子交换软化的情况下，交换带厚度 主要与进水流速及进水总硬度有关。
水的离子交换软化
水的离子交换软化是指利用离子交换去除 水中的硬度离子（Ca、Mg），主要利用阳离 子交换树脂的交换特性。
一、阳离子交换树脂的交换特性
二、离子交换软化系统
三、离子交换软化装置
2RH + CaSO4 R2Ca + H2SO4
(11-12)
2RH + CaCl2 R2Ca + 2HCl
(11-13)
RH + NaCl RNa + HCl
(11-14)
从上述反应方程式可知，利用强酸性H型树脂 不仅可去除水中的硬度，还可去除碱度。
➢ 过量投加石灰反而会增加水的硬度
➢ 一般用于原水中碳酸盐硬度较高且要求 深度处理的情况，作为钠离子交换法的 预处理
石灰苏打软化
➢ 同时投加石灰和苏打Na2CO3 ，石灰用 于降低水的碳酸盐硬度，苏打用于降低 水的非碳酸盐硬度。
➢ 软化水的剩余硬度可以降低到 0.15~0.2mol/L
➢ 适应于硬度大于碱度的水
离子交换树脂的结构
常用的交换基团有：经磺化反应引入的SO3H（阳离子）；经氯甲基化及胺化引入的 ≡NOH（强碱性阴离子）、≡NHOH（叔胺 型）、=NH2OH（仲胺型）和—NH3OH（伯 胺型）等。
交换基团分为固定离子和活动离子
离子交换树脂的结构
固定离子：与母体牢固结合，固定在树脂的 网状骨架上，不能自由移动。
R2Ca + Na2SO4
(11-9)
2RNa + MgCl2 R2Mg + 2NaCl
(11-10)
水的硬度可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。 从上述反应方程式可以看出，利用钠型树脂可去 除水中的硬度，但不能去除碱度。
强酸性H型树脂的交换特性
2RH + Ca(HCO3)2 R2Ca + 2CO2 + 2H2O (11-11)
含水率
在水中充分膨胀后的湿树脂所含溶胀水的 重量与湿树脂重量的百分比
含水率
溶胀水重 干树脂重 溶胀水重100
%
（11-5）
一般为50%
酸、碱性
离子交换树脂具有一般酸、碱的反应性能， 在水中离解出H+或OH-。根据离解能力的大 小，树脂的酸、碱性有强、弱之分。
pH影响活性基团的电离能力，强酸强碱性 受其影响小，弱酸碱性则受pH影响大。
树脂层的离子交换过程
实验证明，树脂层离子交换过程可分为两 个阶段（见图）。
交换带是指在某一时刻正在进行交换反应 的软化工作层。这个软化工作层并非在一段 时间内固定不动的，而是随着时间的推移而 缓慢地推移。交换带厚度可以理解为处于动 态的软化工作层的厚度。
树脂层的离子交换过程
当交换带下端到达树脂层底部，硬度也就 开始泄漏。此时，整个树脂层可分为两个部 分：树脂交换容量得到充分利用的部分称为 饱和层，树脂交换容量只是部分利用的部分 称为保护层。
磺化煤：煤研磨后经浓硫酸处理而得的碳质 离子交换剂。
离子交换树脂：有凝胶型、大孔型和等孔 型等。根据交换基团（活性基团）的不同， 可分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性四 种。前两种有酸性交换基团，为阳离子型交 换树脂；后两种带碱性交换基团，为阴离子 交换树脂。
离子交换剂
一、离子交换树脂的结构 二、树脂的类型 三、离子交换树指的性能指标 四、废水水质对离子交换的影响
选择性
关于不同离子交换势的大小，有多种理论 解释，影响因素较多，一般有如下规律：
① 离子的交换势，与自身化学性质，树脂化 学性有关，并受温度和浓度影响较大。下面 介绍的规律适用于常温和低浓度溶液中。
② 离子所带电荷愈多，交换势愈大。
Th4+ > Al3+ > Ca2+ > Na+
PO43- > SO42- > Cl-
强酸性阳树脂 Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > … > Na+ > H+ > Li+
弱酸性阳树脂 H+ > Fe3+ > …
强碱性阴树脂 SO42- > NO3- > Cl- > OH- > F> HCO3- > HSiO3弱碱性阴树脂 OH- > SO42- > …
选择性
⑤ 离子量高的有机离子和金属络合离子交换 势特别大。
离子交换树脂的结构
离子交换树脂是人工合成的高分子化合物 (小球状、多孔结构)，由树脂本体(母体、骨 架)和交换基团两大部分组成。
母体：由高分子化合物与交联剂经聚合反 应而成。树脂中交联剂的重量在树脂重量中 所占的百分数称为交联度。
交换基团：树脂母体并不具有离子交换性 能，只能在母体上引入交换基团才成为离子 化合物，具有离子交换能力。
离子交换法
概述 8.1.1 离子交换剂 8.1.2 离子交换速度 8.1.3 树脂层的离子交换过程 8.1.4 水的离子交换软化 8.1.5 水的离子交换除盐 8.1.6 离子交换法在废水处理中的应用
概述
在给水处理中，离子交换是软化、除盐的
主要方法之一；废水处理中，常用于去除金 属离子。
离子交换的实质是不溶性离子化合物（离 子交换剂）上的可交换离子与溶液中其它同 样离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程， 通常是可逆的化学吸附。
反应式可表达为：
RH + M+ RM + H+
（11-1）
概述
平衡时，有：
RM H RH M K
（11-2）
K——平衡常数。K越大，越有利于交换 反应。K值能定量地表示离子交换选择性的 大小，故亦称为选择性系数。
离子交换剂
水处理中常用的离子交换剂为磺化煤和离子 交换树指，废水处理中主要用树指。
选用交联度大的树指，加入适当的还原剂等。
离子交换速度
一、交换过程 二、影响交换速度的因素
交换过程
1、水中Na+离子扩散至树脂表面水膜（膜扩散） 2、Na+经水膜至某一交换基团位置（内扩散） 3、Na+与H+交换 4、交换下的H+经孔隙向树脂表面扩散（内扩散） 5、H+经水膜向水中扩散（膜扩散）
其中第三步速度快，其余步骤速度慢，离子交换 速度指全过程的速度。
硬度的单位
➢ 硬度的单位为mEq/L ➢ 10mgCaO/L为1度（德国） ➢ mgCaCO3/L（美国，日本）
➢ 1 mEq/L＝2.8德国度＝50 mgCaCO3/L
➢ 法定计量单位为物质的量浓度mol/L
水的软化处理
➢ 药剂软化法 基于溶度积的原理，加入某些药剂，把水
中钙镁离子转变成难溶解化合物使之沉淀析出 ➢ 离子交换法
⑥ 大孔型树脂具有很强的吸附性，可以吸附 非离型杂质。
上述规律适用于稀溶液，当离子浓度很高 时则可使交换次序发生改变，再生时即如此。
交换容量
是树脂最重要的性能指标，定量表示树指 交换能力的大小。
表示方法：① 重量表示法：单位重量干树 脂的交换能力，毫克当量/克(干树脂)
② 体积表示法：单位重量湿树 脂的交换能力，毫克当量/毫升(湿树脂)