4 离子交换法
4.1概述
离子交换法是基于固体离子交换剂在与电解质水溶液接触时，溶液中的某种离子与交换剂中的同性电荷离子发生离子交换作用，结果溶液中的离子进入交换剂，而交换剂中的离子转入溶液中的一种方法。离子交换法是目前最重要和应用最广泛的化学分离方法之一，该法就其适用的分离对象而言，几乎可以用来分离所有的无机离子，同时也能用于许多结构复杂、性质相似的有机化合物的分离。该法就其可适用的分离规模而言，它不仅能适应工业生产中大规模分离的要求，而且也可以用于实验室微量物质的分离和分析。例如：
其中，表示H+型阳离子交换剂，表示Cl-型阴离子交换剂。
离子交换是自然界中广泛存在的现象，人类在长时期中都在自觉不自觉中应用着这一过程，但真正确认离子交换现象的，通常都认为是两位英国农业科学家Tompson和Way。1850年他们报道，用硫酸铵或碳酸铵处理土壤时，铵离子被吸收而析出钙，土壤即为有显著离子交换效应的离子交换剂。其他无机离子交换剂如硅酸盐等到上一世纪初已经在水的软化、糖的净化等许多方面有了工业规模的应用。但无机离子交换剂往往不能在酸性条件下使用。1935年Adams和Holmes研究合成了具有离子交换功能的高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂，为人类获得性质优良的离子交换剂开辟了新的途径，这一成就被认为是离子交换发展进程中最重要的事件。1945年美国人Alelio成功地合成了聚苯乙烯系阳离子交换树脂，此后又合成了其他性能良好的聚苯乙烯系、聚苯烯酸系树脂，使离子交换成为在许多方面表现出优势的低能耗、高效率的分离技术。后来离子交换树脂的发展取得重要突破，Kunin等人合成了一种兼具离子交换和吸附两种功能的大孔离子交换树脂。离子交换树脂的合成和它的应用技术互相推动，迅速发展，在化工、冶金、环保、生物、医药、食品等许多领域取得了巨大成就和效益。
离子交换过程能得以如此广泛的应用，主要是由于离子交换法具有以下优点：（1）吸附的选择性高。可以选择合适的离子交换树脂和操作条件，使对所处理的离子具有较
高的吸附选择性。因而可以从稀溶液中把他们提取出来，或根据所带电荷性质、电离程度的不同，将离子混合物加以分离。
（2）适用范围广。处理对象从痕量物质到工业规模，范围极其广泛，尤其适用于从大量物质中富集微量组分。
（3）多相操作，分离容易。由于离子交换是在固相和液相之间操作，通过交换树脂后，固液相已实现分离，故易于操作。
在湿法冶金中，20世纪40年代后期成立了第一个离子交换色层法生产单一稀土元素的试验工厂，1952年南非把离子交换用于大规模提铀工业上，近年来，由于科学技术的发展，已合成了各种性能的离子交换树脂，例如大孔网状树脂、两性树脂、螯合树脂、氧化还原树脂、均孔树脂、离子交换膜和离子交换纤维等，以满足工业的需要。在湿法冶金中，目前离子交换主要用于下列几个方面：
(1)从贫液中富集和回收有价金属，例如铀的回收、贵金属和稀散金属的回收；
(2)提纯化合物和分离性质相似的元素，例如钨酸钠溶液的离子交换提纯和转型，稀土分离，铬铪分离相超铀元素分离等；
(3)处理某些工厂的废水；
(4)生产软化水。
自上世纪60年代以来，溶剂萃取法有了很大的发展，在许多方面已取代了离子交换法，但是，在提取高纯稀有金属化合物方面，离子交换法仍然是目前的主要分离方法之一。
4.2离子交换树脂及其分类
4.2.1离子交换树脂的结构
迄今为止，人们从自然界或者通过人工合成，已经找到了许多物质可以作为离子交换剂，按性质可以分为两大类：一为无机化合物，称为无机离子交换剂，自然界中存在的粘土、沸石，人工制备的某些金属氧化物或难溶盐类等；另一类是有机化合物，即称为有机离子交换剂，其中应用最为广泛的是离子交换树脂，他们是人工合成的带有离子交换功能团的有机高分子聚合物。一般由以下三部分构成：
1．高分子部分
高分子部分是树脂的主干，常用的为聚苯乙烯或聚丙烯酸脂等，它起着连结树脂的
功能团的作用。
2．交联剂部分
它的作用是把整个线状高分子链交联起来，使之具有三度空间的网状结构。这种网状结构就是树脂的骨架。在网状骨架中有一定大小的孔隙，可允许交换的离子自由通过。树脂中交联剂(通常为二乙烯本)所占质量分数称为树脂的交联度：
树脂的交联度，在我国常用符号“×”后数字表示，例如强碱201×7，表示交联度为7％，它的大小决定了树脂的机械强度、交换容量和溶胀性等性质。交联度的影响有：（1）网状结构的紧密度
（2）孔径大小
（3）交换速度
（4）选择性
交联度小，则对水的溶胀性能好，网眼大，交换速度快，但选择性差，树脂的机械性能差。相反，交联度大，网眼小，交换的选择性高，机械强度高，但对水的溶胀性能差，交换速度慢。
3．功能团部分
它是固定在树脂高分子部分上的活性离子基团。例如—SO3H，—COOH，在电解质水溶液中可电离出可交换离子(如—SO3H中的H+)与溶液中的离子进行交换。功能团的种类，含量和酸碱性的强弱决定了树脂的性质和交换容量。例如，聚苯乙烯/二乙烯苯型强酸性阳离子交换树脂有如下的结构：
聚苯乙烯/二乙烯苯型强碱性阴离子交换树脂有如下的结构：
聚合链为聚苯乙烯，以二乙烯苯作交联剂。
图4-1聚苯乙烯型阳离子交换树脂化学结构示意图
树脂互相交联的高分子链之间具有空隙，链间的空隙在充满水的时候成为分子和离子的通道。这些空隙一般孔径都小于5nm，称为化学孔。只含有化学孔的树脂称为凝胶树脂。树脂凝胶相中还可以形成一些较大的孔穴，他们是在制备树脂时加入了致孔剂，在高聚物结构形成时因发生相分离而生成的。致孔剂被提取出来之后，树脂中留下了大大小小、形状各异、互相贯通的孔穴。这些孔穴的直径小则数十纳米，大则数千纳米，称为物理孔，具有这种网状物理孔的树脂就是通常所说的大孔树脂。大孔树脂字自上世纪60年代研制成功以来有很大的发展，几乎各种类型的树脂都可以用大孔骨架结构通过功能基反应来制备。大孔树脂的孔结构是永久性的，不象凝胶树脂的空隙那样只有在加水溶胀之后才出现。因而大孔树脂的表面积较大，交换速度快。不仅在水溶液中，而且在非水体系中也能使用。由于大孔的存在，在反复溶胀时，颗粒不易破碎，热稳定性也较好。除凝胶型、大孔型树脂之外，还有一类载体型树脂，它是以硅胶球或玻璃球为核心，覆以树脂层而制得的，可用在高效液相色谱柱这样的柱内压力很大的装
置中。
4.2.2离子交换树脂的分类
离子交换树脂种类繁多，分类方法也有好几种。按树脂的物理结构分类，可分为凝胶型、大孔型和载体型树脂；按合成树脂所用原料单体分类，可分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系；按用途分类时，对树脂的纯度、粒度、密度等等有不同要求，可以分为工业级、食品级、分析级、核等级等几类。
最常用的分类法则是依据树脂功能基的类别分为以下几大类：
1．强酸性阳离子交换树脂
这是指功能基为磺酸基-SO 3H 的一类树脂，它的酸性相当于硫酸、盐酸等无机酸，在碱性、中性乃至酸性介质中都具有离子交换功能。
以苯乙烯和二乙烯苯共聚体为基础的磺酸型树脂是最常用的强酸性阳离子交换树脂。在生产这类树脂时，使主要单体苯乙烯与交联剂二乙烯苯共聚合，得到的球状基体称为白球。白球用浓硫酸或发烟硫酸磺化，在苯环上引入一个磺酸基。此时树脂的结构为：
SO 3H
CH CH 2CH CH 2
CH CH 2n
2．弱酸性阳离子交换树脂 这种树脂以含羧酸基的为多，母体有芳香族和脂肪族两类。用二乙烯苯交联的聚甲基丙烯酸可以作为一个代表：
C
CH 2H 3C
COOH n
CH CH 2CH
CH 2
聚合单体中除甲基丙烯酸外，也常用丙烯酸。含膦酸基-PO 3H 2的树脂酸性稍强，有人把它从弱酸类分出来，称为中酸性树脂。膦酸基树脂往往是交联聚苯乙烯用三氯化磷在AlCl 3催化下与之反应，然后经碱解和硝酸氧化而得到。酚醛类树脂也属于弱酸性阳离子交换树脂，如：
2
CH 2
CH 2OH
HO
H 2C
n
3．强碱性阴离子交换树脂
这种树脂的功能基为季铵基。其骨架多为交联聚苯乙烯。在傅氏催化剂，如ZnCl 2、AlCl 3、SnCl 4等存在下，使骨架上的苯环与氯甲基醚进行氯甲基化反应，再与不同的胺类进行季铵化反应。季铵化试剂有两种。使用第一种（如三甲胺）得到Ⅰ型强碱性阴离子交换树脂： CH 2
CH CH 2N(CH 3)3Cl -CH CH 2
CH CH 2n
Ⅰ型阴离子交换树脂碱性很强，即对OH -的亲和力很弱，当用NaOH 使树脂再生时效率较低。为了略为降低其碱性，使用第二种季铵化试剂（二甲基乙醇胺），得到Ⅱ型强碱性阴离子交换树脂，其结构为：
CH 2CH 2OH CH 2CH CH 2
N(CH 3)2Cl -
CH CH 2
CH CH 2n
Ⅱ型树脂的耐氧化性和热稳定性较Ⅰ型树脂略差。
4．弱碱性阴离子交换树脂
这是一些含有伯胺-NH 2、仲胺-NRH 或叔胺-NR 2功能基的树脂。基本骨架也是交联聚苯乙烯。经过氯甲基化后，用不同的胺化试剂处理，与六次甲基四胺反应可得伯胺树脂，与伯胺反应可得仲胺树脂，与仲胺反应可得叔胺树脂。有的胺化试剂可导致多种胺基的生成。如用乙二胺胺化时生成既含伯胺基，又含仲胺基的树脂：
CH 2CH CH 2
NH CH 2CH 2NH 2
CH CH 2CH CH 2n
5．螯合型树脂
这种树脂最常用的功能基为胺羧基-N(CH 2COOH)2，能与金属离子生成六环螯合物。由于这类树脂用于分离时，在树脂上同时进行离子交换反应和螯合反应，从而呈现出其高选择性和高稳定性。其稳定性是由于它与金属离子形成了螯合物，其选择性主要取决于树脂中螯合基的结构。
6．两性树脂
同时具有阳离子交换基团和阴离子交换基团，比如同时含有强碱基团-N(CH 3)3+和弱酸基团-COOH 的树脂。
7．其他特种树脂
除以上几类树脂外，近年来又发展了一批其他类型的特种树脂。如：
（1）氧化还原型：其功能基具有氧化还原能力，如硫醇基-CH 2SH 、对二苯二酚基等。
（2）萃淋树脂：是一种含有液态萃取剂的树脂，以苯乙烯-二乙烯苯为骨架的大孔结构和有机萃取剂的共聚物。在溶剂萃取中常用的一些萃取剂如中性和酸性磷酸酯、脂肪胺、脂肪肟和芳香肟等，都可用来制备该类树脂。该类树脂兼有离子交换法和萃取法的优点。由于萃淋树脂中的萃取剂是吸留于树脂内，实际上与萃取色谱法所用色谱粉相似。
（3）冠醚类树脂
冠醚树脂对碱金属、碱土金属等特殊的选择性，在金属离子分离中引人注目。其所含的冠醚结构能与阳离子配位结合，一方面表现出对阳离子有选择性的吸附性能，另一方面在吸附阳离子的同时又伴随吸附等量的阴离子，以保持其电中性，因此此类树脂均可用于阴阳离子的分离。
此外，还有一些具有特殊功能或特殊用途的树脂，如热再生树脂、光活性树脂、生物活性树脂、磁性树脂等等。
表某些国产离子交换树脂的产品名称、型号及性能对照
4.3离子交换树脂的基本性能
一、物理性能
1．粒度
离子交换树脂一般都做成球状，直径为0.3~1.2mm ，树脂颗粒的直径呈连续分布。要准确描述树脂粒度，只给出一个范围是不科学的。一般用有效粒径和均一系数来描述。有效粒径是指在筛分树脂时，10%体积的树脂颗粒通过，而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。比如，树脂的有效粒径≥0.45mm ，就是说，最多允许10%体积的树脂颗粒直径小于0.45mm 。均一系数是能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积树脂的筛孔直径之比。显然，这个分数总是大于1。均一系数越接近1，表明树脂颗粒越均匀。
在文献上常常见到用筛目数表示树脂的粒度。公制的筛目按筛孔数/cm 2计。英、美制的筛子则按筛孔数/in 2计。美国标准筛目数与毫米的换算经验式为：
）（筛目数
球粒直径m m 16= 英国标准筛目数与毫米的换算经验式则为：
）（筛目数
球粒直径mm 5.15~2.12= 选用树脂的粒度由使用目的而定，大颗粒树脂的通透性较好，但交换速度慢，小颗粒树脂交换速度快，但床层压差大。粒度均匀的树脂交换速度一致，往往能得到比不均匀的树脂更好的分离效果。多数通用的树脂产品的有效粒径在0.4～0.6mm 之间。
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．含水量
将树脂放在水中，使其吸收水分达到平衡，然后用离心法在规定的转速和时间内除去外部水分，得到含平衡水的湿树脂。然后在105℃烘干，比较烘干前后的重量，即得到平衡水含量占湿树脂的重量百分数，这就是平常所说的含水量。
含水量是一定类型树脂的固有性质，与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、
离子形态等因素有关。离子交换树脂是由亲水高分子构成的，水含量取决于亲水基团的多少及树脂孔隙的大小。有物理孔的大孔树脂含水量比凝胶树脂高。比如大孔的Amberlite IRA-938强碱树脂含水量可达80%，而同类的凝胶树脂含水量为56%。
交联度对含水量影响很大，特别是对凝胶型树脂。交联度提高，一方面使引入的基团减少，一方面使树脂孔隙度减小，这些都使得水含量降低。树脂在使用中，因链断裂、孔结构的变化、污染、基团降解或脱落等现象，会使水含量发生变化。强酸性阳离子交换树脂由于氧化造成的链断裂会使水含量上升，而阴树脂使用中发生的问题主要是基团降解、脱落或被有机物污染，常常使水含量下降。所以水含量的变化也反映着树脂内在质量的变化。
3．密度
离子交换树脂的密度表示有两种，一是湿视密度，另一为湿真密度。将质量W1的含有平衡水的湿树脂加到水中，观察排开水的量，即得树脂的真体积V真。将含平衡水的树脂装入量筒中，敲击振动使体积达最小，即得树脂的空间体积，即视体积V视。则树脂的湿视密度为d视=（W1/V
视），湿真密度为d真=（W1/V真）。
树脂内在质量起变化也会使密度发生变化，但一般没有水含量变化明显。
4．溶胀性
树脂浸入水时，由于树脂的网状结构表面有许多毛细孔，水从毛细孔渗入材脂而引起溶胀，另外，树脂上功能团具有亲水性，也促使树脂溶胀，使树脂体积增大。
因此，树脂的交联度愈小，空隙愈大，吸水愈多，溶胀性就愈强；树脂功能团的亲水性愈大，水合程度愈强、溶胀性也愈强，故强酸树脂比弱酸树脂的溶胀性大很多；树脂从水溶液中所吸附的离子水合能力愈强，或水合离子半径愈大，则其溶胀性也愈大。
在强酸性阳离子交换树脂中，根据功能团上可交换离子水合离子半径的大小，树脂的溶胀性顺序为：H+>Li+>Na+>Mg2+>Ca2+>NH4+≈K+>Ag+
强碱性阴离子交换树脂的溶胀性顺序为：F->OH->HCO3->SO42->Cr2O72-
5．机械性能
机械性能主要是指与树脂颗粒保持完整有关的性能。树脂颗粒的破裂或破碎会直接影响操作，使树脂床的性能变坏。树脂破碎的原因有多种，包括原有的裂球，使用中受压、受摩擦造成的破碎，因受热、受氧化作用使树脂骨架破坏造成的强度下降，多次再生和转型过程中树脂
经受反复膨胀与收缩造成的破裂等等。
凝胶树脂因反复膨胀与收缩造成的颗粒破裂是造成破球的主要原因。在这一方面，强酸性树脂更严重一些。树脂颗粒越大，越容易破裂。大孔树脂要好得多。
二、离子交换树脂的化学特性
1．酸碱性
离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出H+或OH-能力的不同表示他们酸碱性的不同。树脂可以视为固态的酸或碱，实际上也可以用酸碱滴定的方法测出各种树脂的酸碱滴定曲线。在滴定过程中考虑到离子交换的速度，平衡的达到要比通常溶液中的酸碱滴定慢一些。图4-2示出各种类型树脂的滴定曲线。
图中曲线A和D分别是强酸性和强碱性树脂的滴定曲线，他们有明显的pH突跃，与普通的强酸或强碱的滴定曲线类似。B是弱酸性树脂的滴定曲线。它在pH=9附近有一突跃。C是膦酸型中等强度酸性树脂的滴定曲线，在pH=5和pH=9附近有两处不大明显的突跃。在pH=5处相应于-PO3H2基团中一个氢离解，在pH=9处相应于该基团的两个氢均离解。E是弱碱性阴离子树脂的滴定曲线。在树脂中同时含有叔胺基团和伯胺基团的情况下，看不出明显的突跃。
图4-2各种类型离子交换树脂的滴定曲线
从滴定曲线可以大致看出各种树脂能够进行离子交换的有效pH范围。（如表4-4）。
表4-4不同类型离子交换树脂的有效pH范围
2．交换容量
离子交换树脂的化学性能取决于树脂上功能团的性质，主要为其交换容量。交换容量常以每克干树脂或每毫升湿树脂上的交换离子的摩尔数表示。交换容量又可分为总交换容量、操作容量、漏穿容量和全容量。
交换容量或交换量，是离子交换树脂性能的重要指标。树脂可交换离子的多少，取决于树脂中功能基的多少，实际上可进行交换的离子是功能基上离解下来的、与功能基上固定离子符号相反的离子。常用离子交换树脂功能基的电荷数为1或只能提供一对共用电子的基团，如-SO3-，-COO-，-N+(CH3)3，-N(CH3)2，他们都相当于1价离子。交换容量的单位可以是mol/g，mmol/g，mol/m3等。
交换容量在科学实验或生产上都是非常重要而实用的量，它随着实验或操作条件的不同而表现不同的数值。
（1）总交换容量
或称全交换容量、极限交换容量、最大交换容量。它是由树脂中功能基含量所决定的。总交换容量是指单位树脂中所含功能团上可交换离子的总摩尔数，总交换容量与树脂的交联度有关，交联度小则总交换容量大。
在记录全交换容量时，一般有两种方式：一种是单位重量干树脂（指在100℃干燥过的树脂）的交换容量；另一种是比较实用的，即被水充分溶胀的单位体积的树脂所具有的交换容量。前一种称干基全交换容量q干，后一种称湿基体积交换容量q湿，二者换算关系为：
q干=q湿（1-x）d视
式中，x是含水量，d视是湿视密度。
值得注意的是，记录交换容量时须注明树脂的离子形态，一般阳离子树脂的交换容量以氢型树脂为准，阴离子树脂的以氢氧型（或游离胺型）树脂为准。有的树脂功能基不是单一的，则它的总交换容量应为各种功能基交换容量极大值的总和。
（2）操作容量（工作交换容量）
是指在一定的交换条件下所达到的实际交换容量即树脂中实际参加交换反应的离子摩尔数。所谓工作条件指溶液组成、溶液温度、流速、流出液组成及再生条件等，操作容量值不同程度地小于总交换容量。同一种树脂在不同条件下表现出不同的操作交换容量。
3．化学稳定性
离子交换树脂的化学稳定性主要指耐化学、耐氧化和耐辐照的性能。
离子交换树脂对一般化学试剂都有较好的耐受能力，但耐受能力与骨架类型有一定关系，以聚苯乙烯为骨架的树脂化学稳定性更好一些。不同离子型式的树脂，化学稳定性也有不同。钠型树脂一般要比氢型树脂稳定。氢氧型强碱性阴离子交换树脂易于发生不可逆的降解作用，使季铵功能团逐渐变为叔胺、仲胺，以致最后使功能团失去交换能力。因此不应将阴离子交换树脂长期置于强碱性溶液之中。
在强氧化剂，如热浓硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢的作用下，树脂骨架高分子链也会发生断裂、交联度降低，溶胀增加。一般地讲，树脂的交联度越低，其化学稳定性越差。在核燃料和其他放射性物质的分离纯化中使用时，芳环的树脂骨架比脂肪链的树脂骨架耐辐照能力强，交联度大的树脂耐辐照稳定性更好一些。在阳离子交换树脂中，以膦酸基团的辐照稳定性最好，磺酸基团次之，羧酸基团最差。在阴离子交换树脂中，乙烯吡啶基团的辐照稳定性最好，吡啶基团次之，三甲胺最差。周围介质及树脂离子型态的不同也会影响辐照稳定性。
4.4离子交换分离操作方法
一、离子交换树脂的选择
选用哪一种离子交换树脂，必须考虑被分离物质带何种电荷及其电性强弱、分子的大小与数量，同时还要考虑环境中存在哪些其他离子以及他们的性质。
如交换对象是无机阳离子或有机碱阳离子，则选用阳离子交换树脂；如如交换对象是无机阴离子或有机酸阴离子，则选用阴离子交换树脂；对配合物，要根据他们的电荷选用树脂，如对浓盐酸中的铁离子，以FeCl4-，FeCl52-存在，须选用阴离子交换树脂，而对氨溶液中的铜离子，由于生成了Cu(NH3)42+，则须选用阳离子树脂，对于两性的氨基酸，应当根据具体的pH要求选用阴离子或阳离子树脂。
树脂酸碱度强弱的选择也很重要。强酸强碱性树脂可以在酸性、中性、碱性环境中使用；弱酸性树脂宜在碱性环境中使用（RCOOH树脂pH>6，ROH树脂pH>10）；弱碱性树脂宜在酸
性条件下使用（pH<7）。
吸附性强的离子，选用弱酸性或弱碱性树脂，这是由于若用强酸或强碱树脂吸附，洗脱和再生就比较困难。而弱酸性和弱碱性树脂由于对H+和OH-有较大的亲和力，洗脱方便。例如，链霉素（一种有机碱）吸附在强酸性树脂上时，用Na+或Ca2+洗脱仅能回收很少一部分，用无机酸洗脱时，酸度过大（pH<1）会造成链霉素分解，而如果选用弱酸性树脂，稀的无机酸便可将链霉素定量解吸。而吸附性弱的离子，则选用强酸或强碱性树脂。
如果离子交换反应属于中性盐分解反应，应当选用强酸强碱树脂。用盐型树脂（如Na型），流出液的pH值较稳定；而用H+型或OH-型树脂，由于交换析出H+或OH-，流出液的pH值会改变。对于大分子物质，则宜选用大孔树脂或交联度低的树脂。而树脂的粒度、形状、密度、容量及稳定性都要依据过程的具体情况而定。
二、离子交换树脂的处理
市售的离子交换树脂，其粒度往往不均匀或粒度大小不符合要求，同时也或多或少地含有杂质，因此在使用前必须加以处理。处理过程包括研磨、过筛和浸泡、净化等等。
市售的树脂常常是潮湿的，在研磨过筛前应先将其铺开，置于阴处晾干，不可将树脂放在烘箱中或置于太阳下曝晒，这样做往往会使树脂部分分解而引起性能改变。晾干后的树脂在研钵中进行研磨，过筛，筛取所需的粒度。如果在离子交换色谱中需要很细的粒度十分均匀的树脂，可在研磨后用浮选法浮选出一定粒度范围的树脂。
经过研磨过筛后的树脂。放在4~6mol/L的HCl溶液中浸泡1~2天，以溶解除去树脂中的杂质。若浸出的溶液呈较深的黄色，应换新鲜的盐酸再浸泡一些时间，然后用去离子水洗至洗涤液呈中性。这样得到的阳离子树脂是H型，阴离子树脂是Cl型的。如果在分析中需要的是其他型式的树脂，例如需要Na型、NH4型或SO42-型的，则分别应用NaCl、NH4Cl和H2SO4等溶液处理，然后用去离子水洗净，浸在去离子水中备用。
三、离子交换分离操作方式
离子交换分离操作可分两种，一种是间隙操作（batch operation）或称为静态法，另一种是柱上操作（column operation）或称动态法。
间隙操作是将离子交换树脂置于含有欲分离组分的溶液中，经不断搅拌或连续振荡，经过一定时间后，使之达到交换平衡，将离子交换树脂滤出后使两相分开，并用少量溶液洗涤，这样可使某些元素达到部分分离或几乎完全分离。这种方法的离子交换效率低，常用于离子交换
现象的研究。
柱上操作是将离子交换树脂充填于玻璃管中制成交换柱，试液一般由上而下地流经交换柱。这种方法的离子交换效率高，在分析工作中常常采用柱上操作。如果试液中含有CO32-、S2-、SO32-等离子，在H型阳离子交换柱上交换时会产生气泡，混杂在树脂颗粒间隙中，影响液体流动，影响分离。在这种情况下，把两种方法结合使用，即先在试液中加入一部分树脂，搅动使之发生交换，产生的气体逸出，然后把试液和树脂一齐倒入交换柱中。
四、柱上操作
装柱前树脂需经净化处理和浸泡溶胀。用已溶胀的树脂装柱十分重要，否则干燥的树脂将在交换柱中吸收水分而溶胀，使交换柱堵塞。
在装柱前先在柱中充以水，在柱下端铺一层玻璃毛，将柱下端旋塞稍打开一些，将已溶胀的树脂带水慢慢装入柱中，让树脂自动沉下构成交换层。待树脂层达一定高度后再盖一层玻璃毛。这两层玻璃毛也可以用砂芯玻片代替。在装柱和整个交换洗脱过程中，要注意使树脂层经常全部浸在液面下，切勿让上层树脂暴露在空气中，否则在这部分树脂颗粒间隙中会混入空气泡，这种空气泡在以后加水回加溶液时不会逸出。当树脂颗粒间隙中夹杂气泡时，溶液将不是均匀地流过树脂层，而是顺着气泡流下，不能流经某些部位的树脂，即发生了“沟流”现象，使交换、洗脱不完全，影响分离效果。如果发现树脂层中混有气泡，应将树脂倒出重装。
在分析工作中一般所用交换柱内径约为8~15mm，树脂层高度约为柱内径的10~20倍，当然这个比值并不是固定的。交换柱准备好后，以去离子水洗涤后，将待分离的溶液倾入交换柱，转动旋塞使溶液按照某一定的、适当的速度流经树脂层，这时就发生了交换反应。以Ca2+在H 型强酸性阳离子交换树脂上的交换反应为例：
2RSO3-H++Ca2+(RSO3-)2Ca2++2H+
通过交换过程，阳离子交换H+后留于树脂上，阴离子不发生交换而留在流出液中，阳离子和阴离子就此分离。如果用的是阴离子交换树脂，则阴离子将交换而留在柱上，阳离子不发生交换而留在流出液中，同样可以实现阴阳离子的分离。
交换完毕后，进行洗涤。洗涤的目的是为了将留在交换柱中不发生交换作用的离子洗下。洗涤液一般用水，但为了避免某些离子水解析出沉淀，洗涤液可选用很稀的酸溶液，例如用0.01mol/L的HCl溶液洗涤，由于酸很稀，不会发生洗脱过程。有时为了保持交换柱中一定的酸度，可采用和试液酸度相同的酸溶液来洗涤。将流出液和洗涤液合并，在合并液中测定未被交
换的离子。
洗净后的交换柱就可以进行洗脱过程。将被交换的离子洗脱下来，可在洗脱液中测定该组分。对于阳离子交换树脂常常采用HCl溶液作为洗脱液，HCl溶液的浓度一般是3~4mol/L。对于容易洗脱的离子，也可用较稀的HCl溶液作洗脱液，例如上述交换Ca2+时，就可以用2mol/LHCl 溶液洗脱Ca2+。对于阴离子交换树脂，常用HCl、NaCl或NaOH溶液作洗脱液，通过洗脱过程，在大多数情况下，树脂已得到再生，再用去离子水洗涤后可以重复使用。
4.5离子交换分离的应用
离子交换分离法不但应用在分析中，也应用在工业生产中。这里把分析化学中应用的情况简单介绍如下：
一、去离子水的制备
在分析实验室中经常要用到大量的纯水，用离子交换法制取的去离子水，纯度可以符合一般分析工作的要求。
制取时，让自来水先通过H型强酸性阳离子交换树脂（聚苯乙烯或酚醛型均可用），交换除去各种阳离子。然后再通过OH型强碱性阴离子交换树脂，交换除去阴离子。用过的树脂分别用酸或碱洗脱，使之再生。
由于交换反应是可逆反应，反应进行达到平衡为止。因此通过离子交换树脂后的水中存在着微量未交换的离子。如果把阳离子交换树脂和阴离子交换树脂混合装在一根交换柱中，制成混合柱，当水流过混合柱时，由于两种交换作用同时进行，离子交换后生成的H+和OH-结合成水而除去，可使离子交换反应进行到底，从而提高去离子水的质量。当水中盐含量不太高时，制取去离子水比制取蒸馏水方便得多，但存在于水中的有机物质是不能用离子交换法分离除去的。
二、试样中总盐量的测定
对于天然水、造纸厂废水、海水、土壤抽提物等等，人们常常需要知道其中含有的盐类的总量，这种总盐量的测定可以利用离子交换法来进行。
让试液通过H型阳离子交换柱进行交换，然后以去离子水洗涤之。存在于溶液中的各种硫酸盐、硝酸盐、氯化物等等，通过交换转变成对应的H2SO4，HNO3，HCl等，存在于流出液中，
可用标准碱溶液按中和法滴定。如果试样中存在极弱的弱酸盐，标准碱不能准确滴定；试样中含有碳酸盐、亚硫酸盐等挥发性酸的盐类，交换后生成的酸易逸去，或者在柱中挥发生成气泡影响交换分离。在这类情况下，在进行交换前应用标准酸滴定其碱度，加以校正。而后驱除生成的酸，再进行交换。如果试样中存在一些较难溶于水的有机酸的可溶盐，可用乙醇的水溶液，或就用乙醇洗脱之。
如果试样中可能存在络离子，则要考虑在交换过程中络离子是否会离解而发生交换。某些较不稳定的络离子将离解，于是发生交换，如CdI42-；某些较稳定的络离子部分发生交换，如Fe(C2O4)33-、Fe(C2O4)2-、Al(C2O4)2-等；有些很稳定的络离子不发生交换，如Fe(CN)63-、Fe(CN)64-等。因此对于含络离子的试样，必须明确是否能交换，然后才能用本法测定总盐量。
如果试样中含有多元酸盐，由于他们可能以各种不同形式存在，交换后产生的H+的量不相同，计算结果时必须注意。
由于上述种种原因，这种测定总盐量的方法虽然已广泛得到应用，但如果应用不当，可能会产生种种误差。也可以使试液通过OH型强碱性阴离子交换树脂，交换得到对应的碱，以标准酸滴定。
三、干扰组分的分离
这里讨论的是被测组分与干扰组分具有不同电荷时的分离问题，对于具有相同电荷的不同离子间的分离问题，将在离子交换色谱法中讨论。
欲测定试样中某种阴离子，共存的阳离子有干扰，可让试液通过H型强酸性阳离子交换树脂，交换除去阳离子。交换柱以水或稀酸洗涤，合并流出液和洗涤液进行程度，为防止阳离子水解沉淀析出，交换的试液通常应保持酸性。例如硼镁矿中主要成分是硼酸镁，也含有硅酸盐和铁等。为了测定硼镁矿中的硼，可把试样碱熔融分解后，溶于稀盐酸中，然后让试液通过H 型强酸性阳离子交换树脂，交换除去阳离子，硼以H3BO3形式进入流出液中，以酸碱滴定法测定流出液中硼酸的含量。为了分离除去干扰的阳离子，也可以使被测定的阳离子络合成络阴离子，而后通过阴离子交换树脂分离之。
如果欲测定试样中的某些阳离子，而需分离除去干扰阴离子，可使试液通过强碱性阴离子交换树脂，以交换法分离之，例如Ca2+、Mg2+的测定，不论用络合滴定法还是原子吸收光谱法，HPO42-的存在都会有干扰，可使试液通过Cl型强碱性阴离子交换柱，交换除去HPO42-，在流出液测定Ca2+、Mg2+。
四、痕量组分的富集
如果试样中不含有大量的其他电解质，用离子交换法富集其中的痕量组分是比较方便的。例如，测定天然水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-组分时，可取数升水样，让它流过阳离子交换柱，再流过阴离子交换柱，然后用数十毫升以至100mL的稀盐酸溶液把交换在柱上的阳离子洗脱，另用数十毫升以至100mL的稀氨溶液洗脱阴离子，经过这样交换、处理，这些组分的浓度就增加数十倍至100倍。
如果试样中不含有大量的其他电解质，用离子交换法富集其中的痕量组分是比较方便的。例如，测定天然水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-组分时，可取数升水样，让它流过阳离子交换柱，再流过阴离子交换柱，然后用数十毫升以至100mL的稀盐酸溶液把交换在柱上的阳离子洗脱，另用数十毫升以至100mL的稀氨溶液洗脱阴离子，经过这样交换、处理，这些组分的浓度就增加数十倍至100倍。
思考题与习题
1．离子交换树脂怎样分类？试对各类离子交换树脂分别举例说明。
2．什么是离子交换树脂的交联度？它对树脂的性能有何影响？交联度如何表示？
3．举例说明阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的交换过程和洗脱过程。
4．平衡常数、选择常数的含义是什么？他们之间有什么关系？离子交换亲和力和这些常数有什么关系？
5．碱金属和碱土金属离子在强酸性阳离子交换树脂上的交换亲和力顺序怎样？为什么会存在这样的顺序，如何解释？稀土元素离子的交换亲和力顺序又怎样？如何解释？
6．阳离子交换亲和力的顺序在弱酸性和强酸性阳离子交换树脂上是否相同？如何解释？
7．离子交换过程分几步进行？决定离子交换速度的是哪几步？溶液浓度、温度、树脂粒度对交换速度的影响怎样？
8．怎样选择树脂？如果要在盐酸溶液中分离Fe3+、Al3+，应该选择什么树脂？分离后Fe3+、Al3+分别出现在哪里？
9．如果在交换过程中希望严格控制溶液的酸度，而实验室中只有H-型强酸性阳离子交换树脂，该怎么办？
10．哪些因素影响洗脱曲线的形状？为什么一般说来用3~4mol.L-1的HCl溶液可以获得较好的洗脱效果？
11．为什么制备去离子水时，总是让自来水通过H-型阳离子、OH型阴离子交换柱以后再通过混合柱？如果颠倒顺序呢？
12．欲分别测定天然水中的微量K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-时应如何进行？
13．为什么我们不仅应从平衡的角度，而且还应从动力学角度来考虑离子交换色谱法？
14．试讨论洗脱液的浓度和酸度对离子交换色谱分离所起的作用。
15．在洗脱液中加入络合剂对离子交换色谱分离起什么作用？为什么能起这种作用？用络合剂作洗脱液时为什么要控制溶液的pH值？
《湿法冶金》课程教学大纲 一、课程说明 课程编码4301307课程类别专业方向课 修读学期第六学期学分2学时32课程英文名称Hydrometallurgy 适用专业应用化学 先修课程无机化学 二、课程的地位及作用 湿法冶金是应用化学专业学生的一门专业方向课。它一方面在不断发展丰富和完善自身，同时也与其他的相关学科联系，渗透、交融得非常密切，近年来发展迅速，其深度、广度在不断变化。它不仅与化学中的无机化学、物理化学、化工工程与工艺等学科相互关联、渗透，而且与矿物学、金属冶炼以及材料科学等其他学科的关系也越来越密切。新的冶炼技术知识，新的冶炼设备，新的成果不断涌现，同时有色金属冶炼一些原理和知识也是大学本科生培养过程中应掌握的内容。本课程主要介绍有色金属冶炼的基本原理和知识，以及现代有色金属冶炼技术的新知识、新工艺、新设备、新成果、新进展及趋势。 三、课程教学目标 1. 系统地讲授有色金属冶炼的基本原理和知识；使学生能够初步地应用有色金属冶炼基本理论和知识处理一般的有色金属冶炼的问题； 2. 通过系统地向讲授有色金属冶炼的基本原理和知识，使学生能进一步地加深对有色金属冶炼基本原理和知识的理解，并运用有关原理去研究说明、理解、预测相应的冶金过程，从而培养思考问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力。应用了解有色金属冶炼的及发展趋势；从而进一步 3. 使学生了解有色金属冶炼领域内最新研究进展及新技术、新成果、新设备、新知
识、新进展、典型案例，培养学生基本科学素养与创新意识； 4. 通过学习使学生对有色金属冶炼的知识具有一定的系统性和覆盖面，掌握事实与理论，普及与提高，基础与实用，以及了解个别与综合，独立与联系，现在和未来的关系； 5. 运用所学有色金属冶炼的基本原理和知识，了解有色金属冶炼与其他学科相互交叉、渗透、融合的特点；结合工业生产实际，拓宽和加深知识的层面和深度，提高综合知识的运用及解决问题的能力，并使学生在科学思维能力上得到更高、更好的训练和培养。 四、课程学时学分、教学要求及主要教学内容 (一) 课程学时分配一览表 章节主要内容总学时 学时分配讲授实践 第1章绪论 2 2 0 第2章矿石学基础 2 2 0 第3章铜冶金 4 4 0 第4章铅冶金 4 4 0 第5章锌冶金 4 4 0 第6章铝冶金 4 4 0 第7章钒冶金 4 4 0 第八章钛冶金 4 4 0 第九章锰冶金 2 2 0 第十章有色冶金中的综合回收与清洁生产 2 2 0 (二) 课程教学要求及主要内容 第一章绪论 教学目的和要求： 1. 了解冶金发展史和金属的基本概念及分类； 2. 理解矿物资源分类及矿物、矿石和精矿；
精心整理如何筛分混合的阴阳离子交换树脂？ 离子交换树脂的工作原理及优缺点分析 将离子性官能基结合在树脂（有机高分子）上的材料，称之为“离子交换树脂”。树脂表面带有磺酸(sulfonic acid) 者，称为阳离子交换树脂，而带有四级氨离子的，则为阴离子交换树脂。由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子，所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中。(见下图) 离子交换树脂上的官能基虽可去除原水(Feed water) (Fouling)。方。 原理 软水，这是软化水设备的工作过程。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。
由于实际工作的需要，软化水设备的标准工作流程主要包括：工作(有时叫做产水，下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。 反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般 需要5-15分钟左右。 吸盐(再生) (只要进水有一定的压力即可) 慢冲洗(置换) 应用 1）水处理 水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
离子交换树脂预处理： 离子交换树脂广泛使用于生产中，但是其预处理却是几十年一贯制的千篇一律地照抄着上个世纪60年代国外的操作规程。 经常有朋友问这方面的东西，我想写出心得让大家共享。 阳离子交换树脂如果只是用于离子交换，那就直接从第二步开始操作。如果需要无污染水相，请如下预处理操作： 第一步：去除有机杂质残留 1.乙醇2BV(树脂体积)4小时流。 2.根据需要用水（纯水）洗净乙醇。 3.放干水液面并用高压空气吹至无水下流。 第二步：再生。 1.用2-4%液碱浸泡树脂1-3小时； 2.高压空气吹至无水下流； 3.用纯水洗碱，具体步骤可：水浸泡住树脂二十分钟，用高 压空气吹至无水下流，测压出水PH；再水浸泡住树脂二 十分钟，用高压空气吹至无水下流，测压出水PH，直至 PH=8 4.用2-4%盐酸浸泡树脂1-3小时； 5.高压空气吹至无水下流； 6.用纯水洗酸，具体步骤可：水浸泡住树脂二十分钟，用高 压空气吹至无水下流，测压出水PH；再水浸泡住树脂二 十分钟，用高压空气吹至无水下流，测压出水PH，直至
PH=6.5 7.加满纯水备好待用。 同样阴离子交换树脂如果只是用于离子交换，那就直接从第二步开始操作。如果需要无污染水相，请如下预处理操作： 第一步：去除有机杂质残留 1.乙醇2BV(树脂体积)4小时流。 2.根据需要用水（纯水）洗净乙醇。 3.放干水液面并用高压空气吹至无水下流。 第二步：再生。 1.用2-4%盐酸浸泡树脂1-3小时； 2.高压空气吹至无水下流； 3.用纯水洗酸，具体步骤可：水浸泡住树脂二十分钟，用高 压空气吹至无水下流，测压出水PH；再水浸泡住树脂二十 分钟，用高压空气吹至无水下流，测压出水PH，直至PH=6 4.用2-4%液碱浸泡树脂1-3小时； 5.高压空气吹至无水下流； 6.用纯水洗碱，具体步骤可：水浸泡住树脂二十分钟，用高 压空气吹至无水下流，测压出水PH；再水浸泡住树脂二十 分钟，用高压空气吹至无水下流，测压出水PH，直至PH=7.5 7.加满纯水备好待用。 备注：1.这个方法是经过多次生产实践得出的最好工艺，一般节省纯水35%以上。
离子交换法 早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水.算是比较早的离子交换法.这些黏土主要是沸石....离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。例:苯乙烯型树脂的合成可分为阴离子类型和阳离子类型. 一．定义 离子交换法(ionexchangeprocess)是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。二．原理 离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水,水中的离子会与固定在树脂上的离子交换.常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法.硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前,先将水质硬度降低的一种前处理程序.软化机里面的球状树脂,以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质. 离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树
脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样,以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。 阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。 三．纯化方法 若将离子交换法与其他纯化水质方法(例如反渗透法、过滤法和活性碳吸附法)组合应用时，则离子交换法在整个纯化系统中，将扮演非常重要的一个部分。离子交换法能有效的去除离子，却无法有效的去除大部分的有机物或微生物。而微生物可附着在树脂上，并以树脂作为培养基，使得微生物可快速生长并产生热源。因此，需配合其他的纯化方法设计使用。 四．离子交换树脂 离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0.1~1mm。其离子交换能力依其交换能力特征可分：
离子交换树脂的处理 前言：001×7阳离了交换树指（以下简称树脂）用于水处理过程中由于受不同因素的影响出现变红、变棕、变褐、粉碎是常见的事情。各种变化对树脂工作交换容量的影响大不相同。有的变化使工作交换容量降低很少，有的变化使工作交换容量降低很多，甚至报废。近十年的锅炉水处理工作实践对数百个新、旧树脂样品的处理和工作交换容量的测定证明了这一点。 1. 正常使用过程中颜色变红、变棕对工作交换容量的影响。 在我所处理、测定过的近百个在使用过程中变红、变褐、粉碎的旧树脂样品中，有95%以上处理后颜色恢复到黄色或浅黄色，工作交换容量比处理前提高1——5%。少数几个样品用酸、碱、酒精处理后仍然呈褐色，处理前后工作交换容量都比较低，基本上没有变化。前者颜色的加深是由于水中微量铁和其它因素（如温度）等影响所致，后者属于原新树脂本身就呈褐色、工作交换容量就低，也可能是严重铁中毒和有机质污染而致。而一般软化罐内壁防腐层破损导致的树脂铁中毒，只是颜色变红、变棕，其工作交换容量变化甚微。这与个别书上所列表表示的树脂铁中毒经盐酸处理后工作交换容量可提高50%以上是有很大差距的。如陶瓷公司卫生瓷厂的旧树脂样品为褐色，粒度为0.6——1.0mm，破粹粒占30%，用酸碱处理前后工作交换容量均为0.86mmol/ml湿态，颜色均为棕色；又如七一八究所的旧树脂样品为红色，处理后为黄色，处理前后的工作交换容量分别为1.02mmol/ml湿态和1.03mmol/ml湿态。所以我认为，在使用井水，自来水为水源时，对树脂变红、变棕，无需用酸碱处理。如果设备周期制水量突然降低或出水水质突然不合格，应该先检查与出软水管路相通的源水阀门是否严密，或者奖树脂进行较好的水冲洗，以除去树脂中的悬浮物和泥沙，这样即可恢复到原周期制水量和出水水质。酸、碱的处理只能除去加深的颜色，工作交换容量增加甚少，但却降低树脂强度，提高破碎率。 2．树脂在使用过程中粒度破碎对其工作交换容量的影响。 树脂粒度破碎对其工作交换容量的影响根据导致破碎的因素不同分两种情况：一是正常使用磨损破碎，一是受冻破碎。磨损破碎不管破碎率多高，对其工作交换容量影响甚小（在操作软化罐误差之内）；而受冻破碎对其工作交换容量影响很大，以至报废。
处理硬水与软水的主要方法 通常我们所说的"硬水"与"软水"，主要是指碳酸钙和碳酸镁的含量，以"毫克碳酸钙/公升水"或"ppm"来表示，称为水的硬度 一般将水的硬度分为4个等级： 1.软水:0-60ppm 2.稍硬水：60-120ppm 3.硬水：120-180ppm 4.极硬水：181ppm以上 水的硬度太高时喝起来不可口，水中容易产生白色沉淀的水垢，水垢如附在加热容器或加热器上,会延长加热的时间，浪费能源。水的硬度高时，肥皂也不太容易起泡沫，需浪费较多的清洁剂。水垢进入人体后，无法被吸收，是健康的大敌。 那么水的硬度应该是多少才合适呢？目前并没有正式由政府机关或学会提出的建议值，我国的检验标准为1000ppm以下。
不过，在这污染日趋严重的工业社会中，水的问题不单是硬度或总溶解固体量多寡，目前已知的水中污染物质计有：细菌、微生物、氯和有机物质等。市面上已有多种滤水器可帮助我们除掉污染物，但由于处理水质的方法不同，去除的能力也不同。 已知处理饮用水的方法计有：蒸馏水机法、煮沸法、反渗透法、离子交换法、活性碳过滤法和臭氧杀菌法等。这些方法有的只能单纯的杀菌，有的可以去除细菌、微生物和悬浮固体，有的能除去三氯甲烷、有机物和恶臭。然而目前，只有RO反渗透式的水处理技术，才可称得上最先进的、实用的水处理技术。并且可以直接进入家庭、办公室，这为改变我们的用水状态有着革命性的意义。虽然目前这样的水处理设备还没有得到广泛的使用，但是，它的普及却是迟早的事情。 寻找一个理想的净化水质方法，对改善生活品质，促进健康是相当重要的。我们应该有个共识，净化水质的目标就是软化硬度、除去水中对健康有影响的污染物质。 1.硬水含有钙盐和镁盐的天然水。通常，地下水如井水、泉水含盐量较大，地面水如河水、湖水含盐量较小。在硬水中，钙、镁
实验二离子交换法制备纯水 一、实验目的 1．了解离子交换法制纯水的基本原理，掌握其操作方法； 2．掌握水质检验的原理和方法； 二、实验原理 离子交换法是目前广泛采用的制备纯水的方法之一。水的净化过程是在离子交换树脂上进行的。离子交换树脂是有机高分子聚合物，它是由交换剂本体和交换基团两部分组成的。例如，聚苯乙烯磺酸型强酸性阳离子交换树脂就是苯乙烯和一定量的二乙烯苯的共聚物，经过浓硫酸处理，在共聚物的苯环上引入磺酸基(–SO3H)而成。其中的H+可以在溶液中游离，并与金属离子进行交换。 R–SO3H + M+R–SO3M + H+ R：聚合物的本体；–SO3：与本体联结的固定部分，不能游离和交换；M+：代表一价金属离子。阳离子交换树脂可表示为： 如果在共聚物的本体上引入各种胺基，就成为阴离子交换树脂。例如，季胺型强碱性阴离子交换树R–N+(CH3)3OH–，其中OH–在溶液中可以游离，并与阴离子交换。 离子交换法制纯水的原理就是基于树脂和天然水中各种离子间的可交换性。例如，R–SO3H 型阳离子交换树脂，交换基团中的H+可与天然水中的各种阳离子进行交换，使天然水中的Ca2+、Mg2+、Na+、K+等离子结合到树脂上，而H+进入水中，于是就除去了水中的金属阳离子杂质。水通过阴离子交换树脂时，交换基团中的OH–具有可交换性，将HCO3–、Cl–、SO42–等离子除去，而交换出来的OH–与H+发生中和反应，这样就得到了高纯水。 交换反应可简单表示为： 2R–SO3H + Ca(HCO3)2→ (R–SO3)2Ca + 2H2CO3 R–SO3H + NaCl → R–SO3Na + HCl R–N(CH)3OH + NaHCO3→ R–N(CH)3HCO3 + NaOH R–N(CH)3OH + H2CO3→ R–N(CH)3HCO3 + H2O HCl + NaOH → H2O + NaCl 本实验用自来水通过混合阳、阴离子交换树脂来制备纯水。 [实验用品] 仪器：离子交换柱(也可用碱式滴定管代替)。 材料：玻璃纤维(棉花)、乳胶管、螺旋夹、pH试纸。 固体药品：717强碱性阴离子交换树脂、732强酸性阳离子交换树脂。 液体药品：NaOH(2mol·L-1)、HCl(2mol·L-1)、AgNO3(0.1mol·L-1)、NH3–NH4Cl缓冲溶液(pH=10)、铬黑T指示剂。 三、实验步骤 1．树脂的预处理 将717(201×7)强碱性阴离子交换树脂用NaOH(2mol·L-1)浸泡24小时，使其充分转为OH-型（由教师处理）。取OH-型阴离子交换树脂10mL，放入烧杯中，待树脂沉降后倾去碱液。加20mL 蒸馏水搅拌、洗涤、待树脂沉降后，倾去上层溶液，将水尽量倒净，重复洗涤至接近中性(用pH 试纸检验，pH=7～8)。 将732(001×7)强酸性阳离子交换树脂用HCl(2mol·L-1)浸泡24小时，使其充分转为H+型（由教师处理）。取H+型阳离子交换树脂5mL,于烧杯中,待树脂沉降后倾去上层酸液，用蒸馏水洗涤树脂，每次大约20mL，洗至接近中性(用pH试纸检验pH=5～6)。 最后，把已处理好的阳、阴离子交换树脂混合均匀。 2．装柱
离子交换树脂的复苏 王勇、康健 鞍钢矿业公司齐大山铁矿 摘要：本文对我矿的热电厂，由于离子交换树脂污染造成除盐系统运行状况恶化进行了分析、论证,并提出离子交换树脂污染机理、污染程度的判断、复苏后达到标准、树脂复苏剂的选择及在我矿电厂的实际应用效果，进而阐明树脂污染复苏处理是解决树脂污染问题的有效途径，经复苏和调试,树脂基本恢复了工交,酸、碱耗降到正常值,出水水质完全合格,每年可为厂里节约酸、碱费用80万元. 所以，具有很好的经济效益、社会效益和应用价值 关键词：水处理树脂污染复苏剂树脂交换容量 概述： 鞍山鑫辰环境工程有限公司结合自己10多年来在离子交换水处理方面的试验研究成果，对阳离子交换树脂的各种污染原因进行了深入分析，对树脂复苏的各种方法进行了反复试验，特别是针对常见的树脂铁污染问题，开发出了一种新型的树脂复苏剂，使树脂复苏时不需要用化学纯盐酸，而只需要用高效渗透剂TFC-S(固体), 洒石酸,两性表面活性剂SYZ-6,，工业盐酸作为清洗剂，且复苏后树脂的工交可恢复到90％以上，解决了长期困扰人们的树脂铁污染复苏难题，并成功应用于生产实践。阴离子交换树脂污染与水中含有大量有机物有关.根据阴离子交换树脂污染与复苏的机理,在传统阴离子交换树脂复苏的基础上,添加某些络合剂、沉淀剂、增溶剂、氧化剂、表面活性剂等,对阴离子交换树脂复苏工艺进行改进,使树脂复苏的效果得到显著提高. 1.树脂污染及复苏简介 离子交换水处理技术是目前电力、石化、化工、冶金、电子等领域中使用最为普遍的水质净化技术。离子交换器在运行过程中，如果预处理系统运行不当，受进水中杂质的影响，离子交换树脂会发生污染，如阳树脂在使用过程中，会受悬浮物、铁、铝、硫酸钙、油脂类等物质的污染，强碱性阴树脂则会受到有机物、胶体硅、铁的化合物等杂质的污染。树脂污染后会造成工交明显下降，严重的甚至会下降到1/3以下，这样会造成周期运行时间会明显缩短，出水水质恶化，酸、碱耗明显上升，并会对锅炉等设备的安全经济运行造成严重的威胁。阳离子交换树脂在水处理系统中主要用来除去天然水中的阳离子。由于阳离子交换树脂在处理系统中的位置相对靠前，它所受到的污染有别于阴离子交换树脂，受到污染的阳离子交换树脂通常会发生周期制水量减少，工作交换容量下降，出水水质恶化等现象，而且会对后续的阴离子交换树脂的制水过程产生不利的影响。对被污染的树脂进行及时的诊断和有效的复苏对水处理系统的经济运行具有很重要的意义。如果污染程度较严重时，可以采用加入表面活性剂和分散剂的方法。其中表面活性剂可以增加树脂表面的亲水蛀；而分散剂则可以保证从树脂上脱离下来的颗粒可以被分散到水溶液中去。我们应用，罗门哈斯公司的非离子 表面活性剂TritonCF-54和分散剂Orotan 731对解决这一问题有较好的效果。Nalco公司， 采用了在受到污染的树脂层，反洗过程中加入由表面活性剂和分散剂等药剂，复配的复苏剂，对树脂进行复苏也取得了良好的效果。若阳离子型聚电解质污染了阳离子交换树脂也可以采 用4%的氢氧化钠溶液处理以溶解聚电解质达到复苏树脂的目的。
[水处理技术]十种常用水处理方法 沉淀物过滤法 沉淀物过滤法的目的是将水源内之悬浮颗粒物质或胶体物 质清除干净。这些颗粒物质如果没有清除，会对透析用水其它精密的过滤膜造成破坏或甚至水路的阻塞。这是最古老且最简单的净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初步处理，或有必要时，在管路中也会多加入几个滤器（filter）以清除体积较大的杂质。滤过悬浮的颗粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器，沙状滤器（如石英沙等）或膜状滤器等。只要颗粒大小大于这些孔洞之大小，就会被阻挡下来。对于溶解于水中的离子，就无法阻拦下来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗粒物质会愈来愈多，则水流量及水压会逐渐减少。人们就是利用入水压与出水压差来判断滤器被阻塞的程度。因此滤器要定时逆冲以排除堆积其上的杂质，同时也要在固定时间内更换滤器。沉淀物过滤法还有一个问题值得注意，因为颗粒物质不断被阻拦而堆积下来，这些物质面或许有细菌在此繁殖，并释放毒性物质通过滤器，造成热原反应，所以要经常更换滤器，原则上进水与出水的压力落差升高达到原先的五倍时，就需要换掉滤器。2硬水软化法 硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换
树脂以钠离子来交换硬水中的钙与镁离子，以此来降低水源内之钙镁离子的浓度。其软化的反应式如下： Ca2++2Na-EX→Ca-EX2+2Na+1Mg2++2Na-EX→Mg-EX2+ 2Na+1式中的EX表示离子交换树脂，这些离子交换树脂结合了Ca2+及Mg2+之後，将原本含在其内的Na+离子释放出来。树脂基质（resin matrix）内藏氯化钠，在硬水软化的过程中，钠离子会逐渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原（regeneration）的工作，也就是每隔固定时间加入特定浓度的盐水，一般是10%，其反应方式如下：Ca-EX2+2Na+ （浓盐水）→ 2Na-EX+Ca2+Mg-EX2+2Na+ （浓盐水）→ 2Na-EX+Mg2+如果水处理的过程中没有阳离子的软化，不只是逆渗透膜上会有钙镁体的沉积以致降低功效甚至破坏逆渗透膜，长期饮用也容易得到硬水症候群。硬水软化器也会引起细菌繁殖的问题，所以设备上需要有逆冲的功能，一段时间後就要逆冲一次以防止太多杂质吸附其上。全自动钠离子交换器采用离子交换原理，去除水中的钙、镁等结垢离子。当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时，水中的钙、镁离子便与树脂吸附的钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中，这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度的软化水。 3去离子法
2015离子交换树脂的贮存和装填 一、Lewatit 离子交换树脂的贮存 1、要保持树脂的水分。Lewatit树脂出厂时，其含水率是饱和的，在贮存过程中必须防止水分的消失。建议将离子交换树脂储存于干燥、没有阳光直射的室内.如发现树脂变干时，切忌将树脂直接置于水中浸泡，而应该将它置于饱和食盐水中浸泡，使树脂缓慢膨胀，然后再逐渐稀释食盐水溶液。 2、应将树脂贮存在产品资料中推荐的合适温度下。若贮存的温度过高，容易引起树脂交换基团的分解和微生物污染。若贮存在水的冰点之下，会使树脂内的水分冻结。如果树脂冻结，不能用机械方法处理，将其置于环境温度中逐步解冻。在处理或使用前，应当使树脂完全解冻。不能试图去加速解冻过程。 3、防止树脂受到污染。树脂贮存时要避免和铁容器、氧化剂和油类物质直接接触，以免树脂被污染或被氧化降解。 4、贮存期不要超过产品资料中的推荐值。 二、树脂的装填 1、离子交换器在装填树脂前要彻底清理和检查。确保所有接受树脂的容器在装树脂前是清洁的并用去离子水淋洗过。 2、用去离子水将树脂装入再生塔中，在再生塔中加入去离子水，以使下部排水管免受树脂的冲击。建议用水力引入器将混合水的树脂装入容器。也可以“倒”入容器，但是要始终将液面保持在树脂层上面。不要用机械泵装填树脂。速率最大不超过1m/s,水和树脂的混合比例>2:1。 3、确信去离子水的液面至少高于已经装入的树脂床的0.5m以上。然后将树脂浸泡在去离子水中至少2小时。浸泡时间越长越好，对树脂无害。（对于弱碱性和中碱性树脂（Lewatit MP 62，MonoPlus MP 64等）必须过夜使之浸泡透，防止反洗时损失树脂。 4、浸泡结束后，仔细并彻底反洗树脂约30min。除去所有的树脂细颗粒以及在装填过程中带入的外界杂质。可能会有一些细树脂，也可能没有。反洗出口处不应该有视窗，其会妨碍树脂细颗粒的去除。所有的细颗粒必须反洗出容器。小心不要将好的树脂也反洗出容器。阳树脂的反洗流出液开始的时候可能是棕色的，不必担心，这是磺酸树脂的共有特点，继续反洗，一直到反洗液澄清无细颗粒。推荐分步反洗，每次反洗50％的树脂，反洗速率根据各树脂的技术资料。阴树脂和阳树脂最好使用两个不同的反洗塔，防止交叉污染。 5、在所有的过程中，需要使用去离子水，如果没有去离子水，先用原水反洗阳离子树脂，然后用阳离子树脂软化后的原水，反洗和装填阴树脂。 5、第一次使用树脂前，使用倍量再生剂，再生树脂。注意：只需要增加再生剂的量，不要增加再生剂的浓度。 6、由于树脂在再生过程中会膨胀，所以推荐先装填90％的树脂，再生，淋洗，然后根据树脂的膨胀程度补填剩余的树脂 离子交换树脂床正确的反洗和再生 只有对离子交换树脂床采用适当的反洗和再生措施，才可以使离子交换树脂床正常有效的运行。如果反洗和再生的措施不恰当，可能会导致下列问题： a）树脂床的压降增高 b）由于额外的机械压力，会导致树脂颗粒易破碎 c）离子柱出口出的离子泄漏增大
离子交换法 离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水，水中的离子会与固定在树脂上的离 子交换。常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。 离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、 Ca2+、Al3+)。同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。 阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。 若将离子交换法与其他纯化水质方法(例如反渗透法、过滤法和活性碳吸附法)组合应用 时，则离子交换法在整个纯化系统中，将扮演非常重要的一个部分。离子交换法能有效的去除离子，却无法有效的去除大部分的有机物或微生物。而微生物可附着在树脂上，并以树脂作为培养基，使得微生物可快速生长并产生热源。因此，需配合其他的纯化方法设计使用。
活性碳吸附法 有机物可能是阳离子、阴离子或非离子性的物质，离子交换树脂可去除原水中一些可溶性的有机酸和有机碱(阴离子和阳离子)，但有些非离子性的有机物却会被树脂包覆，这过程称为树脂的“污染阻塞”现象，不但会减少树脂的寿命，而且降低其交换能力。为保护离子交 换树脂，可将活性碳过滤器安装在离子交换树脂之前，以去除非离子性的有机物。 活性碳的吸附过程是利用活性碳过滤器的孔隙大小及有机物通过孔隙时的渗透率来达到 的。吸附率和有机物的分子量及其分子大小有关，某些颗粒状的活性碳较能有效的去除氯胺。活性碳也能去除水中的自由氯，以保护纯水系统内其他对氧化剂敏感的纯化单元。 活性碳通常与其他的处理方法组合应用。在设计纯水系统时，活性碳与其他相关纯化单位的相关配置，是一项极为重要的项目。 微孔过滤法 微孔过滤法包括三种类型：深层过滤(depth)、筛网过滤(screen)及表面过滤(surface)。 深层滤膜是以编织纤维或压缩材料制成的基质，利用随机性吸附或是捕捉方式来滞留颗粒。筛网滤膜基本上是具有一致性的结构，就像筛子一般，将大于孔径的颗粒，都滞留在表面上 (这种滤膜的孔径大小是非常精确的)，而表面过滤则是多层结构，当溶液通过滤膜时，较滤膜内部孔隙大的颗粒将被滞留下来，并主要堆积在滤膜表面上。 由于上述三种滤膜的功能不同，因此对滤膜之间的分辨非常重要。由于深层过滤是一种较为经济的方式，可去除98%以上的悬浮固体，同时保护下游的纯化单元不会败坏或堵塞，因此通常被作为预过滤处理。表面过滤可去除99.99%以上的悬浮固体，所以也可作为预过
操作步骤：树脂的预处理——装柱——清洗——出水——树脂再生 一、树脂的预处理： 1 、阳离子交换树脂的预处理：将树脂置于洁净的容器中，用清水漂洗，直到排水清晰为止。用水浸泡树脂 12~24 小时，使树脂充分膨胀。如为干树脂，应先用饱和氯化钠溶液浸泡，再逐步稀释氯化钠溶液，以免树脂突然急剧膨胀而破碎。用树脂体积2倍量的2~5%HC溶液浸泡树脂2~4小时，并不时搅拌。然后用低纯水洗涤树脂，直至溶液PH接近于4,再用2~5%NaO溶液处理，处理后用水洗至微碱性，再一次用5%HC 溶液处理，使树脂变为氢型，最后用纯水洗至PH=4无Cl-即可。 2 、阴离子交换树脂预处理：与阳离子树脂相同，只是在树脂用NaOH^理时， 可用5~8%NaO溶液，用量增加一些，使树脂变为 0H型后不要再用HCI处理。如果树脂量少，及要求较高时，在水洗后，增加一步醇洗，效果会更好一些。 二、装柱 将交换柱洗去油污杂质，用去离子水冲洗干净，在柱中先装入半柱水，然后将树脂和水一起倒入柱中。装柱时应注意柱中的水不能漏干，否则，树脂间形成气泡，影响交换效率。 三、清洗、出水装柱完成后，先用纯水按出水顺序流过交换柱，初出水含有装柱过程 混入的 杂质应弃去，待出水达到要求后，即可通入原水，进行正常的制水。 四、树脂的再生离子交换树脂使用失效后，可用酸碱再生处理，重新使用。 1、阳柱再生： 逆洗：将水从交换柱底部通入，废水从顶部排出，将被压紧的树脂松动，洗去树脂碎粒及其他杂质，排除树脂层内的气泡，洗至水清澈。 加酸：将4~5%HC水溶液从柱的顶部加入，控制流速，约 30~45分钟加完。正洗：将水从柱顶部通入，废水从柱下端流出，控制流速为约 2 倍于加酸的流速，开始的15分钟可慢些。洗至PH3~4此时用铬黑T检验应无阳离子。 2、阴柱再生： 逆洗：用阳柱水逆洗，可将阳柱出水口连接至阴柱下端，通入阳柱水。条件同阳柱。加碱：将5%NaO溶液从柱顶部加入，控制一定流速，使碱液在1~1.5小时加完。 正洗：从柱顶部通入阳柱水，下端放出废水，流速可以是加碱时的2倍，开始15分钟可慢些，洗至PH11~12用硝酸银溶液检验无氯离子。 注意：以上操作均不可将柱中水放至树脂层以下。
湿法炼铜 一、历史简介 我国劳动人民很早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁置换，从而发明了水法炼铜。它成为湿法冶金术的先驱，在世界化学史上占有光辉的一页。 在汉代许多著作里有记载“石胆能化铁为铜”，晋葛洪《抱朴子内篇·黄白》中也有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”的记载。南北朝时更进一步认识到不仅硫酸铜，其他可溶性铜盐也能与铁发生置换反应。南北朝的陶弘景说：“鸡屎矾投苦洒（醋）中涂铁，皆作铜色”，即不纯的碱式硫酸铜或碱式碳酸铜不溶于水，但可溶于醋，用醋溶解后也可与铁起置换反应。显然认识的范围扩大了。到唐末五代间，水法炼铜的原理应用到生产中去，至宋代更有发展，成为大量生产铜的重要方法之一。 葛洪是我国晋代著名的炼丹家。一次，葛洪之妻鲍菇在葛山用铁勺盛满曾青（硫酸铜溶液），几天后，葛洪拿那个铁勺使用，奇妙的现象出现了：铁勺变成“铜勺”，红光闪闪，葛洪的徒弟高兴得跳了起来：“点铁成金啦！”葛洪把“铜勺”放在火上烤，“铜勺”逐渐变黑。这些，葛洪在《黄白篇》（《抱朴子内篇·黄白》）一书中均做了记载。 在欧洲，湿法炼铜出现比较晚。15世纪50年代，人们把铁片浸入硫酸铜溶液，偶尔看出铜出现在铁表面，还感到十分惊讶，更谈不上应用这个原理来炼铜了。 二、具体操作 湿法炼铜也称胆铜法，其生产过程主要包括两个方面。一是浸铜，就是把铁放在胆矾（CuSO4·5H2O）溶液（俗称胆水）中，使胆矾中的铜离子被金属置换成单质铜沉积下来；二是收集，即将置换出的铜粉收集起来，再加以熔炼、铸造。 地所用的方法虽有不同，但总结起来主要有三种方法：第一种方法是在胆水产地就近随地形高低挖掘沟槽，用茅席铺底，把生铁击碎，排放在沟槽里，将胆水引入沟槽浸泡，利用铜盐溶液和铁盐溶液颜色差异，浸泡至颜色改变后，再把浸泡过的水放去，茅席取出，沉积在茅席上的铜就可以收集起来，再引入新的胆水。只要铁未被反应完，可周而复始地进行生产。第二种方法是在胆水产地设胆
混床离子交换器就是阳、阴两种离子交换树脂，互相充分地混合在一个离子交换器内，同时进行阳、阴离子交换的设备。简称混床。所谓混床，就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。由于阳树脂的比重比阴树脂大，所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下。一般阳、阴树脂装填的比例为1：2，也有装 填比例为1：1.5的，可按不同树脂酌情考虑选择。混床也分为体内同步再生式混床和体外再生式混床。同步再生式混床在运行及整个再生过程均在混床内进行，再生时树脂不移出设备以外，且阳、阴树脂同时再生，因此所需附属设备少，操作简便。 一、混床离子交换器的优点 (1)出水水质优良，出水pH值接近中性。 (2)出水水质稳定，短时间运行条件变化(如进水水质或组分、运行流速等)对混床出水水质影响不大。 (3)间断运行对出水水质的影响小，恢复到停运前水质所需的时间比较短。 混床设备比较好用一点的还是有机玻璃柱的那种，因为分层的时候比较容易看得清楚。 操作起来，再生效果好。以前我用的那种A3钢的，有个视孔，操作起来真的好麻烦，分层都看不到。 二、混床离子交换器的工作原理 混床床离子交换法，就是把阴、阳离子交换树脂放置在同一个交换器中，在运行前将它们均匀混合，所以可看着是由无数阴、阳交换树脂交错排列的多级式复床，水中所含盐类的阴、阳离子通过该项交换器，则被树脂交换，而得到高度纯水。在混合床中，由于阴、阳树脂是相互混匀的，所以其阴、阳离子交换反应几乎同时进行，或者说，水的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的，经H型交换所产生的H+和经过OH型交换所产生的OH-都不能积累起来，基本上消除反离子的影响，交换进行得比较彻底。由于进入混合床的初级纯水质较好，交换器的负载较轻，树脂的交换能力很长时间才被子耗竭。本混合床采用体内再生法，再生时首先利用两种树脂的比重不同，用反洗使用权阴、阳离子交换树脂完全分离，阳树脂沉积在下，阴树脂浮在上面，然后阳树脂用盐酸(或硫酸)再生，阴树脂用烧碱再生。 三、混床离子交换器的结构 1、再生装置：阴离子交换树脂再生碱液在高于阴离子交换树脂面300毫米处母管进液(Φ400、500、600采用单母管进液，Φ800、2500采用双母管进液)，管上小孔布液，管外采用塑料窗纱60目尼龙网布包覆。阳离子交换树脂再生酸性由底部排水装置的多孔板上排水帽进入。 2、中排装置：中排装置设置在阴、阳树脂的分界面上，用于再生排泄酸、碱还原液和冲洗型，型式分为双母管或支母管式，管子小孔外包覆塑料窗纱及60目尼龙网各一层。 3、排水装置：采用多孔板上装设PB2-500型叠片式排水帽,或宝塔式ABS型排水帽,多孔板材质按设备规格不同而异。(Φ400、500、600型采用硬聚氯乙烯多孔，Φ800、2500型采用钢衬胶多孔板)。
离子交换树脂的变质、污染与复苏 一、离子交换树脂的变质 离子交换树脂在水处理系统运行的过程中，由于氧化或降解，树脂结构遭受破坏，这是一种不可逆的树脂的劣化，成为树脂的变质。 （一）阳离子交换树脂的氧化 1.阳树脂氧化的原因和现象 阳树脂氧化的主要原因是由于水中有氧化剂，如游离氯、硝酸根等，水中重金属离子能起催化作用，当温度高时，树脂受氧化剂浸蚀更为严重，其结果是使树脂交换基团降解和交换骨架断裂，树脂颜色变淡和其体积增大。 2.防止树脂被氧化的方法 （1）活性炭过滤用活性炭过滤水进行脱氧是防止树脂被氧化的常用方法，其原理是基于吸附作用，并在被吸附的活性炭表面上进行下面的化学反应。其反应为： C--－+HOCl→CO－+HCl 活性炭脱氯是一种简单、经济、行之有效的方法，故得到普通应用。 （2）化学还原法化学还原法是在含有余氯的水中，投加一定量还原剂（如SO2或Na2SO3）进行脱氯。 （3）选用高交联度的大孔阳树脂。 （4）避免使用质量差的盐酸其中含有氧化剂对阳树脂造成危害。 （二）强碱性阴树脂的降解 在离子交换水处理系统中，强碱性阴树脂通常是置于阳树脂后使用，一般是遭受水中溶解氧的氧化，以及再生过程中碱中所含的氧化剂（如ClO3－和FeO42－）的氧化，其结果是强碱性季铵基团逐渐降解，但不会发生骨架的断链。在化学除盐工艺中，强碱性阴树脂的降解主要表现为对中性盐的分解容量，特别是对硅的交换容量下降。 季铵基团受氧化后，按叔、仲、伯胺顺序降解的过程如下： CH3 CH3
R—N CH3 [O] R—N [O] R═N—CH3 [O]R≡N 非碱性物质 CH3 CH3 2.防止强碱性阴树脂降解的方法 (1) 真空除气法通过使用真空除气器，减少阴床进水中的氧含量。 (2)降低再生液中含铁量降低再生液中含铁良，必须认真做好碱液系统中的铁的腐蚀控制。 (3)选用隔膜法生产的烧碱，降低碱液中NaClO3的含量（可降至6～7㎎／L）。 二、离子交换树脂的污染与复苏 在离子交换处理系统中，由于水中杂质浸入，至使树脂性能下降，因尚未涉及树脂结构的破坏，故这种劣化现象称树脂的污染。树脂的污染是一个可逆的过程，也就是当树脂被污染后，通过适当的处理，可以恢复其交换性能，这种处理称为树脂的复苏。 （一）铁对树脂的污染 1.污染的现象 阳阴树脂都可能发生铁的污染，被铁污染的树脂的颜色明显变深，甚至呈黑色；铁污染 会使树脂床层的压降增加和可能导致偏流；严重降低交换容量和再生效率；会使树脂含水量增加；还会使阴树脂加速降解。 2.污染的原因 在阳树脂的使用中，原水带入的铁离子大部分以Fe2+存在，它们被树脂吸附后，部分被氧化为Fe3+，再生时这些铁离子不能完全被H+交换出来。这是由于形成的高价铁化合物，牢固地沉积在树脂内部和表面，堵塞了树脂微孔，从而影响了孔道扩散，造成铁的污染。在水的预处理中，使用铁盐作混凝剂时，部分矾花被带入阳床，由于树脂层的过滤作用，矾花被积聚在树脂表面，再生时，酸液溶解了矾花，使之成为Fe3+也会形成铁污染。一般用于软化水处理的纳离子交换的阳树脂，更容易受到铁的污染。 铁对阴树脂污染的原因主要是再生用的烧碱溶液中含有Fe2O3和NaClO3，它们生成高铁酸盐（如FeO43+）。高铁酸盐随碱液进入阴床后，因pH值降低，发生分解反应： 2FeO 42++10H+ 2Fe3++3/2O 2 +5H 2 O
一般水处理方法及原理 常用的水处理方法有：(一)沉淀物过滤法、(二)硬水软化法、(三)活性炭吸附法、(四)去离子法、(五)逆渗透法、(六)超过滤法、(七)蒸馏法、(八)紫外线消毒法、(九)生物化学法等，现在将这些处理法之原理及功能在此一一说明。 沉淀物过滤法 沉淀物过滤法的目的是将水源内之悬浮颗粒物质或胶体物质清除乾净。这些颗粒物质如果没有清除，会对透析用水其它精密的过滤膜造成破坏或甚至水路的阻塞。这是最古老且最简单的净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初步处理，或有必要时，在管路中也会多加入几个滤器(filter)以清除体积较大的杂质。滤过悬浮的颗粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器，沙状滤器(如石英沙等)或膜状滤器等。只要颗粒大小大於这些孔洞之大小，就会被阻挡下来。对於溶解于水中的离子，就无法阻拦下来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗粒物质会愈来愈多，则水流量及水压会逐渐减少。人们就是利用入水压与出水压差来判断滤器被阻塞的程度。因此滤器要定时逆冲以排除堆积其上的杂质，同时也要在固定时间内更换滤器。 沉淀物过滤法还有一个问题值得注意，因为颗粒物质不断被阻拦而堆积下来，这些物质面或许有细菌在此繁殖，并释放毒性物质通过滤器，造成热原反应，所以要经常更换滤器，原则上进水与出水的压力落差升高达到原先的五倍时，就需要换掉滤器。 硬水软化法 硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换树脂以钠离子来交换硬水中的钙与镁离子，*此来降低水源内之钙镁离子的浓度。其软化的反应式如下: Ca2++2Na-EX→Ca-EX2+2Na+1 Mg2++2Na-EX→Mg-EX2+2Na+1 式中的EX表示离子交换树脂，这些离子交换树脂结合了Ca2+及Mg2+之後，将原本含在其内的Na+离子释放出来。 现在市面上出售的离子交换树脂为球状的合成有机物高分子电解质。树脂基质(resin matrix)内藏氯化钠，在硬水软化的过程中，钠离子会逐渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原(regeneration)的工作，也就是每隔固定时间加入特定浓度的盐水，一般是10%，其反应方式如下: Ca-EX2+2Na+ (浓盐水)→2Na-EX+Ca2+ Mg-EX2+2Na+ (浓盐水)→2Na-EX+Mg2+ 如果水处理的过程中没有阳离子的软化，不只是逆渗透膜上会有钙镁体的沉积以致降低功效甚至破坏逆渗透膜，同时病人也容易得到硬水症候群。硬水软化器也会引起细菌繁殖的问题，所以设备上需要有逆冲的功能，一段时间後就要逆冲一次以防止太多杂质吸附其上。另一个值得注意问题的是高血钠症，因为透析用水的软化与再还原过程是*计时器来控制，正常情况还原作用大多发生在半夜，这是*阀门在控制，如果发生故障，大量盐水就会涌进水源，进而造成病人的高血钠症。 活性炭 活性炭是由木头，残木屑，水果核，椰子壳，煤炭或石油底渣等物质在高温下乾馏炭化而成，制成後还需以热空气或水蒸气加以活化。它的主要作用是清除氯与氯氨以及其它分子量在60到300道尔顿的溶解性有机物质。活性炭的表面呈颗粒状，内部是多孔的，孔内有许多约1Onm~lA大小的毛细管,1g的活性炭内部表面积高达700-1400m2，而这些毛细管内表面及颗粒表面就是吸附作用之所在。影响活性炭清除有机物能力的因素有活性炭本身的面积，孔洞大小以及被清
钠离子交换器工作原理说明 一般而言，化学除盐过程就是原水通过H+型阳离子交换器(也称阳床)和OH-型阴离子交换器(也称阴床)，经过离子交换反应，将水中的阴、阳离子去除，从而制得高纯水。当原水经阳床发生交换反应之后，出水呈酸性，即水中的阳离子几乎都等当量的转变成氢离子，此时H++HC03-?C02?+H2O，所以在阳床之后端要设置除二氧化碳器。 钠离子交换器工作原理 水的硬度主要有其中的阳离子:钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子构成。当含有硬度的原水通过交换器的树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂吸附，同时释放出钠离子。这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水，当吸附钙、镁离子的树脂达到一定程度后，出水硬度增大，此时软水器按照预定的程序自动进行失效树脂的再生工作，利用较高浓度的氯化钠溶液通过树脂，使失效的树脂重新恢复至钠型树脂。
钠离子交换器产品结构 沈阳软化水装置主要有三部分组成: 1、自动控制装置:根据用户需要，可配置时间控制、流量控制两种控制方式的全自动控制器，并可选配润新、富莱克等控制阀，也可选用液动、气动、电动多阀控制系统。 2、罐体部分:根据用户要求，交换罐、盐罐可采用玻璃钢、碳钢衬胶、不锈钢等材质。 3、配件部分:包括布水装置、吸盐装置、管路配件等。 天然水中含有的钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子在加热蒸发浓缩过程中生成危害锅炉安全运行的水垢，这种天然水叫硬水。当这种硬水通过离子交换剂(NaS)时，与吸附在交换剂上的Na+离子发生交换反应，被置换于水中，转化成钠的盐类。由于钠的盐类溶解度大，且在温度升高时溶解度进一步增加，所以不会生成水垢。这个过程称为软化。但水中的钙、镁离子置换到交换剂上，使钠型交换剂(NaR)变成钙型(CaR)，因而失去了与钙、镁离子再进行交换反应的能力，这一现象称之为钠离子交换失效。将失效的交换剂用食盐(NaCl)溶液使之还原成钠型交换剂，以便继续生产软水，这种现象称之为再生。钠离子交换器通过软化——失效——再生还原——软化的循环过程，使原水得到软化，供给锅炉合格的软化水。