第5节离子交换除盐
需求：高温高压锅炉的补给水、某些电子工业用水等
一、阴离子树脂特性
阴树脂是在粒状高分子化合物母体的最后处理阶段导入各种胺基而成的。
1．强碱性阴离子树脂
※可以交换经H离子交换出来的各种阴离子。
SO42－、Cl－、HCO3－、HSiO3-
※为彻底除硅：阴离子树脂进水的pH必须较低
ROH + H2SiO3---- RHSiO3 + H2O
若进水酸性降低，则
ROH + NaHSiO3---- RHSiO3 + NaOH
生成的NaOH阻碍反应向右进行。
※化学稳定性比阳树脂差。
●易受氧化剂的氧化而变质。特别是其中的氮氧化后，碱性逐渐变弱。交换容量逐渐较少。
●抗有机物污染能力较差――交换能力逐渐降低。原因尚不清楚。但一般认为阴树脂的交
联程度不均，有机物易被交联紧密部分卡住。
2．弱碱性阴树脂
※只能与强酸阴离子交换反应（以酸形式存在时）。
如：R-NH3OH +HCl = R-NH3Cl + H2O
※极易再生
※与强碱阴树脂一快用
弱碱――去除强酸阴离子
强碱――去除其他阴离子
同时，强碱阴树脂的再生废碱液――再生弱碱性阴树脂
※树脂内部孔隙较大，抗有机污染能力较强，交换容量较大。
二、复床除盐
1）强酸－脱气－强碱：最基本
2）强酸－脱气－弱碱－强碱
适用于有机物含量高，强酸阴离子多的情况
三、混合床
阳、阴树脂按比例混合装在同一反应器内。
再生时分层再生，使用时均匀混合。
相当于许多阳、阴树脂交错排列而成的多级复床。
一般交换反应为：
RH＋ROH＋NaCl ---- RNa＋RCl＋H2O
平衡常数（选择性系数）K=K H Na K OH Cl 1/K H2O>>1 交换反应远比复床彻底得多，出水纯度高。
体内再生：见图。
特点（与复床比较）：出水水质好而稳定，交换终点明显，设备也比较少。
缺点：是树脂交换容量的利用率比较低，损耗率大。再生操作复杂。
应用：在除盐系统的最后，起精加工作用。
四、双层床
1
弱酸型：去除碳酸盐硬度
强酸型：去除非碳酸盐硬度
应用：硬度和碱度接近或硬度略大于碱度，Na＋含量不大的水质条件。
2．阴树脂双层床
弱碱：去除强酸阴离子
强碱：去除弱酸阴离子
注意再生条件：防止胶体硅胶聚集在弱碱树脂上
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：
1实验目的 (1)熟悉顺流再生固定床运行操作过程； (2)加深对钠离子交换基本理论的理解。 2实验原理 当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca2+及Mg2+便与树脂中的可交换离子（钠型树脂中的Na+,氢型树脂中的H+）交换，使水中的Ca2+和Mg2+含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。钠离子交换用食盐（NaCl）再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。基本反应式如下:（1）钠离子交换 软化 再生 （2）氢离子交换 交换
再生 钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性水。本实验采用钠离子交换。 3实验内容 3.1实验设备与试剂 表3-1 实验中所用试剂及说明 仪器（试剂）数量或说明 软化装置 1 套 100 mL量筒 1 个 秒表 1 块 2000 mm钢卷尺 1 个 测硬度所需用品若干 食盐1000 g
3.2实验装置 实验装置如图3-1所示。 图3-1 离子树脂交换装置 1—软化柱；2—阳离子交换树脂；3—转子流量计；4—软化水箱；5—定量投再生液瓶； 6—反洗进水管；7—反洗排水管；8—清洗排水管；9—排气管 3.3实验步骤 (1)熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用； (2)测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度； 用100 mL吸管移取三份水样，分别加5mL NH3-NH4Cl缓冲溶液，2~3滴铬黑T 指示剂，用EDTA 标准溶液滴定，溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。 (3)将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用15 m/h，以去除树脂层的气泡；
广州奥凯环保科技有限公司 1、离子交换树脂（软水器树脂）的污染、中毒与活化 离子交换（软水器树脂）树脂在长期使用中易受悬浮物质、胶体物质、有机物、细菌、藻类和铁、锰等的污染，使离子交换能力降低甚至失去。因此，需根据情况对树脂进行不定期的活化处理。活化方法可根据污染情况和条件而定，一般阳树脂在软化中易受Fe3+污染，可用盐酸浸泡后逐步稀释。阴树脂易受有机物污染，可用10%NaCl+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗。必要时可用1%双氧水溶液浸泡数分钟，也可采用酸、碱交替处理法，漂白处理法，酒精处理法和各种灭菌法进行处理。 2、软水器树脂预处理 工业生产的离子交换树脂如锅炉软化水设备常含有一些过剩溶剂、低聚物和其他杂质，必须除去，否则将影响交换效果和出水质量，因此新树脂必须进行预处理。树脂经预处理转成所需离子型还可以提高其稳定性，并能起到活化树脂的作用。 a) 离子交换器阳树脂预处理：将树脂用水洗至流出清水后，用2-4%NaOH浸泡4-8小时再用水洗至中性，再用5%盐酸浸泡4-8小时，用水洗至pH6，待用。 b) 阴树脂预处理：将树脂用水洗至流出清水后，用5%盐酸浸泡4-8小时后，用水洗至pH6，再用2-4%NaOH浸泡4-8小时，用水洗至pH7-9，待用。 c) D301-Ⅲ、D301弱碱树脂预处理：将树脂用温水浸泡4-8小时，用水洗至pH6，再用2-4%NaOH浸泡4-8小时，用水洗至中性，有可能进行二次处理，待用。 d) 对于医药工业、食品工业所用树脂，请按特殊要求进行处理。 e) 用户可根据不同用途流程设计，将树脂转成所需的离子型。 3、离子交换器树脂（软化水树脂树脂）贮存运输 a) 离子交换树脂的贮存温度应该在5-40℃之间。离子交换树脂应贮存在密封容器内，避免受冷或曝晒。若冬季没有防冻设施时，可将树脂贮于食盐水中，食盐水的浓度可根据气温而定。树脂一旦受冻，不要突然转到高温环境，要放到5-10℃低温环境中，让其缓慢解冻。 b) 离子交换树脂内含有一定量地水份，在储运及应用过程中应保持这部分水份。如不慎树脂失水，应先用浓食盐水（约10%）浸泡，再逐渐稀释，不得直接加水，以免树脂急剧膨胀而破碎。 c) 树脂在长期贮存中，强型树脂应转成盐型，弱型树脂应转成氢型或游离碱型，然后浸泡在清净的水中。 d) 树脂贮存期为2年，超过2年复检合格方可使用。 e) 在使用和贮运过程中，严防树脂被有机油类污染。 2) 预处理 工业生产的离子交换树脂常含有一些过剩溶剂、低聚物和其他杂质，必须除去，否则将影响交换效果和出水质量，因此新树脂必须进行预处理。树脂经预处理转成所需离子型还可以提高其稳定性，并能起到活化树脂的作用。 a) 阳树脂预处理：将树脂用水洗至流出清水后，用2-4%NaOH浸泡4-8小时再用水洗至中性，再用5%盐酸浸泡4-8小时，用水洗至pH6，待用。
佳木斯大学 理学院 环境科学 环境工程原理作业 第九章 离子交换 第一节 概述 1. 离子交换的概述 1.1定义：离子交换法是通过离子交换剂与水中的可溶性无机离子发生交换反应。 1.2使用范围：主要用于制备软化水、纯水和去除水中有害离子，也常用于工业废水的贵重离子回收、放射性废水和有机废水处理。 1.3离子交换剂分类 1.3.1 按母体材质： （1）无机离子交换剂：包括天然沸石和合成沸石，属于硅质阳离子交换剂。 （2）有机离子交换剂：可分为碘化煤和离子交换树脂。其中离子交换树脂相比于其他离子交换剂具有较大的交换容量。 1.3.2 离子交换树脂分类 （1）按活性基团分为：阳离子交换树脂分为强酸性和弱酸性两类； 阴离子交换树脂分为强碱性和弱碱性两类； 特殊活性基团的交换树脂如氧化还原树脂、两性树脂、螯合树脂。 （2）按树脂类型和孔结构的不同：凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型树脂、高巨孔型树脂等。 1.4离子交换树脂结构 离子交换树脂结构分为两大部分：一是 不溶性树脂母体部分，称为骨架，不参与交换反应；二是连接在骨架上的活性基团，带可交换离子参与离子交换反应。 2. 离子交换树脂性能 2.1 物理性质： （1）外观:凝胶型树脂为透明或半透明珠体，大孔型树脂为乳白色后不透明珠体 （2）粒度：粒度影响着离子交换速率 （3）密度：)/(mL g 括空隙体积）湿树脂的真体积（不包湿树脂质量湿真密度= ) /(mL g 空隙体积） 湿树脂堆积体积（包括湿树脂质量 湿视密度= （4）含水量：在水中充分溶胀的湿树脂所含溶胀水质量占湿树脂质量比例 （5）溶胀性：干树脂浸入水中，由于活性基团的水合作用使交联网孔增大，体积膨胀现象。 （6）机械强度：取决于交联度与溶胀率。 （7）耐热性：每种树脂耐受的温度均有一定范围。 2.2 化学性质： （1）可逆性：使离子交换树脂可以重复使用。 （2）酸碱性：由于活性集团的解离与pH 有关，因此每种树脂都有适当的pH 范围。
实验三离子交换除盐实验 一实验目的 1．熟悉顺流再生固定床运行的操作过程。 2．加深对阳离子交换和阴离子交换基本理论的理解。 3．了解离子交换法在水处理中作用与原理。 二实验原理 离子交换过程可以看做是固相的离子交换树脂与液相中电解质之间的化学置换反应，其反应一般都是可逆的。 本实验采用国产001×7（711）强酸树脂和201×4（711）强碱树脂把水中的成盐离子（阳、阴离子）除掉，这种方法称为水的化学除盐处理。原水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的阳离子如Ca2+、Mg2+、K+、Na+等离子便与树脂是的可交换离子（H+）交换；接着通过装有阴离子交换树脂的交换器时，水中的阴离子Cl-、SO42-、HCO3-等与树脂中的可交换离子（OH-）交换。基本反应如下： 1/2Ca2+1/2SO42-1/2Ca2+1/2SO42- RH+ ＋1/2Mg2+Cl-=== R 1/2Mg2++ H+Cl- Na+HCO3-Na+HCO3- K+HSiO3-K+HSiO3- 1/2SO42-1/2SO42- ROH-+ H+Cl-==== R Cl-+ H2O HCO3-HCO3- HSiO3-HSiO3- 经过上述阴、阳离子交换器处理的水，水中的盐分被除去，此即为一级复床的除盐处理。树脂使用失效后要进行再生即把树脂上吸附的阴、阳离子置换出来，代之以新的可交换离子。阳离子交换树脂用HCl或H2SO4再生，阴离子交换树脂用NaOH再生。基本反应式如下：R2Ca + 2HCl → 2RH + CaCl2 R2Mg + 2HCl → 2RH + MgCl2 RCl + NaOH → ROH + NaCl 三实验仪器、设备与药品 阴阳离子交换树脂 离子交换树脂装置一套 电导率仪， 秒表 pH计 四实验步骤 1．熟悉装置。研究管路连接方式、明白阀门作用、弄懂管路流程。 2．连接装置。将两个交换柱串联起来：水箱进水→阴离子柱→阳离子柱→出水，反复研究，确保各路连接管无误（忘关阀门漏水、漏开阀门成死路）后启动水泵进水。
第九章软化与除盐（Softening and Salt Removal） 第1节概述 一、水中主要溶解杂质 离子：Ca2+, Mg2+, Na+(K+) HCO3-, SO42-, Cl- 一般Fe2+, SiO32-含量较少。 气体：CO2,O2 总硬度：Ca2+, Mg2+, 碳酸盐硬度（暂时硬度） 非碳酸盐硬度 含盐量：∑阳＋∑阴 软化：降低硬度 除碱：HCO3－（锅炉给水、碱度太高，会汽水共沸） 除盐：降低含盐量 二、硬度单位 mmol/L, meq/L, 度（我国用德国度） 德国度＝10 mg CaO/L 美国度＝1mg CaCO3/L 三、水的纯度 以含盐量或水的电阻率表示（单位：欧姆厘米） 淡化水：高含盐量水经局部处理 脱盐水：相当于普通蒸馏水，含盐量1－5mg/L 纯水：亦称去离子水，含盐量<1mg/L 高纯水：含盐量<0.1mg/L 四、软化和除盐基本方法 1.软化 (1)加热去除暂时硬度 (2)药剂软化：根据溶度积原理 (3)离子交换：离子交换硬度去除比较彻底。 2.除盐 蒸馏法、电渗析法、反渗透法、离子交换法 第2节药剂软化法 一、石灰软化法： CaO + H2O = Ca(OH)2 CO2 + Ca(OH)2 ---CaCO3↓+ H2O Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 --- 2CaCO3↓ + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 --- 2CaCO3↓+ Mg(OH)2↓+2H2O
若碱度>硬度，还应去除多余的HCO3－ 若水中存在Fe离子，也要消耗Ca(OH)2 所以，石灰投加量： [CaO] = [CO2] + [Ca(HCO3)2] + 2[Mg(HCO3)2] + [Fe] +a 为尽量降低碳酸盐硬度，石灰＋混凝沉淀可以同时进行。 注意：石灰法只能降低碳酸盐硬度以及降低水中的碱度 二、石灰－纯碱法 去除碳酸盐和非碳酸盐硬度 CaSO4 + Na2CO3 ----CaCO3↓+ Na2SO4 MgSO4 + Na2CO3 ---MgCO3 + Na2SO4 MgCO3 + Ca(OH)2– CaCO3↓+Mg(OH)2↓ 但纯碱太贵，此法一般不用。 三、石灰－石膏法 当原水的碱度大于硬度，即负硬度（有碱度存在时）出现时 2NaHCO3 + CaSO4 + Ca(OH)2----- 2CaCO3↓ + Na2SO4 + 2H2O 第3节离子交换基本知识 一、离子交换剂： 磺化煤（煤磨碎后经浓硫酸处理得到） 离子交换树脂 二、离子交换树脂 1．结构 * 母体（骨架）：高分子化合物和交联剂经聚合反应而生成的共聚物根据组成母体的单体材料：苯乙烯（最广泛）、丙烯酸、酚醛系列* 活性基团：遇水电离，称为固定部分和活动部分 具有交换性（可交换离子） 如聚苯乙烯磺化――磺酸基团（－SO3H） 一种强酸性阳离子树脂 强酸阳离子：RSO3H 弱酸阳离子：RCOOH 强碱阴离子：R≡NOH季胺 弱碱阴离子：R≡NHOH叔胺 R＝NH2OH仲胺 R－NH3OH（伯胺） * 微孔形态：凝胶型、大孔型、等孔型等 2．命名
工作原理就是离子的交换。 运行时：阳树脂(H-R)+(M+)-->：(M-R)+(H+) 阴树脂(OH-R)+(X-)-->：(X-R)+(OH-) 其中M+为金属离子，X-为阴离子。 再生过程为其逆过程。 离子交换器的失效控制 离子交换除盐水处理最简单的流程为阳床-阴床组成的一级复床除盐系统。有的一级复床除盐系统采用单元制，即每套一级复床除盐系统包括阳床、（除碳器）、阴床各一台，在离子交换除盐运行过程中，无论是阳床还是阴床先失效，都是同时再生；还有的一级复床除盐系统采用母管制，即阳床与阳床或阴床与阴床是并联运行的，哪一台交换器失效就再生哪一台。 1 检测和控制原理 强酸性阳树脂对水中各种阳离子的吸附顺序为：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ；由此可知，水中金属离子Na+被吸附的能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，H+.最后被其他阳离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的Na+；因此监督阳离子交换器失效是以漏钠为标准的；其反应方程为（A代表金属阳离子,R 为树脂基团）： An+ +nRH=RnA+n H+ HCO3- + H+ =H2O+CO2↑ 强碱性阴树脂对水中各种阴离子的吸附顺序为： SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，OH-.被其他阴离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的HSiO3-；因此监督阴离子交换器失效是以漏硅为标准的；其反应方程为（B代表酸根阴离子，R为树脂基团）： Bm- +mROH=RmB+mOH- 2 控制点和控制方法 由于母管制系统包含了单元制系统,而且它具有能充分使用树脂、提高交换器的出水能力、降低酸碱消耗等优点，我们在研究中主要讨论以这种结构为基础的离子交换除盐水处理系统。 以成都生物制品研究所蛋白分离车间纯水站为例，该系统为母管制水处理系统，系统的结构为：砂滤-活性炭过滤-粗滤-阳床- 一阴-二阴-混床-精滤-纯水罐，系统产水能力为5 t/h，在系统的失效控制研究中，我们提出单元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系统的优点对系统进行失效控制。 （1）RO对各有机溶质的去除率大于NF膜。（2）不同有机溶质的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜对乙酸的吸光度去除率分别为95.34%、81.45%，而对苯胺的吸光度去除率则分别为61.50%、46.82%）。 3 出水水质 原水经一级复床除盐后，电导率（25℃）低于10μS/cm，水中硅含量低于100μg/
离子交换软化和除盐实验 一、 实验目的 ① 加深离子交换基本理论的理解。 ② 了解离子交换软化设备的操作方法。 ③ 熟悉离子交换过程。 ④ 进一步熟悉水的硬度、碱度和pH 值的测定方法。 二、实验原理 离子交换是目前常用软化与除盐的方法。离子交换树脂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，它能够从电解质溶液中把本身所含的另外一种带有相同电性符合的离子与其等量的置换出来，按照所交换的种类，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大类。 阳离子交换树脂是以钠离子（Na +型）或氢离子型（H +型）置换溶液中的阳离子从而将其去除掉。置换反应为： 钠型 NaOR+M 2+?MR+2Na + 氢型 H 2R+M 2+?MR+2H + 反应式中R 表示树脂，M 2+表示阳离子。 阴离子交换树脂是以羟基（OH -）离子置换溶液中的阴离子，从而将其去除掉，置换反应式为： R(OH)+A 2-?RA+2OH - 反应式中R 表示树脂；A 2-表示阴离子。 离子交换吸附能力，在其他条件相同时，交换能力大小顺序如下：阳离子交换顺序（强酸性阳树脂）Fe 3+>Al 3+>Ca 2+>Mg 2+>K +>H +>Na +>H +>Li +。 阴离子交换顺序（强碱性阴树脂）为：草酸离子>柠檬酸离 子>-34PO >-24SO >Cl ->- 3NO 。 实际上，天然水中及工业废水中都不会只含有一种离子，通常都含有多种阳离子和多种阴离子，交换过程也复杂的多。就软化而言，含有多种阳离子和多种阴离子交换层时Cu 2+、Zn 2+、Ni 2+、Ca 2+、Mg 2+被吸附在树脂上，同时释放Na ，从而使水得到软化。当树脂的交换容量耗尽时，交换柱流出水的硬度就会超过规定值，这一情况称为穿透。此时，必须将树脂再生。再生前，应对交换柱进行反冲洗，以除去固体沉积物。阳离子交换柱再生方法是用盐溶液（）或用酸溶液（）流过交换柱；而阴离子交换柱再生方法是用氢氧化钠（）溶液或氢氧化铵（）溶液流过交换柱。再生后，用纯水冲洗交换柱以除去残留的无效离子。 如既需要软化水的硬度又要降低水的碱性，则可将OH 型和Na 型离子交换柱串联使用。利用阴阳树脂共同工作是目前制取纯水的基本方法之一。阳树脂自身可交换的H 与水中阳离子交换，去除阳离子；阴树脂官能团中的OH 与水中阴离
1 实验目的 (1) 熟悉顺流再生固定床运行操作过程； (2) 加深对钠离子交换基本理论的理解。 2 实验原理 当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca 2+及Mg 2+便与树脂中的可交换离子（钠型树脂中的Na +,氢型树脂中的H +）交换，使水中的Ca 2+和Mg 2+含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。钠离子交换用食盐（NaCl ）再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。基本反应式如下: （1）钠离子交换 软化 2RNa +{Ca (HCO 3)2 CaCl 2CaSO 4}→R 2Ca +{2NaHCO 32NaCl Na 2SO 4} 2RNa +{Mg (HCO 3)2 MgCl 2MgSO 4 }→R 2Mg +{2NaHCO 32NaCl Na 2SO 4} 再生 R 2Ca +2NaCl →2RNa +CaCl 2 R 2Mg +2NaCl →2RNa +MgCl 2 （2）氢离子交换 交换 2RH +{Ca (HCO 3)2 CaCl 2CaSO 4}→R 2Ca +{2H 2CO 32HCl H 2SO 4} 2RH +{Mg (HCO 3)2 MgCl 2MgSO 4 }→R 2Mg +{2H 2CO 32HCl H 2SO 4} 再生
R2Ca+{ 2HCl H2SO4}→2RH+{ CaCl2 CaSO4} R2Mg+{ 2HCl H2SO4}→2RH+{ MgCl2 MgSO4} 钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性水。本实验采用钠离子交换。 3实验内容 3.1实验设备与试剂 表3-1 实验中所用试剂及说明 3.2实验装置 实验装置如图3-1所示。
离子交换除盐实验设计 【摘要】通过对离子交换除盐实验的设计，使学生了解并掌握离子交换法除盐实验装置的操作方法，并深刻理解离子交换机理，培养学生综合运用基础知识的能力，引导学生主动思考并提高其发现问题解决问题的综合能力。 【关键词】离子交换；除盐；再生 天然水中有很多可溶性无机盐类物质，在人类生活中和工业生产中对水中含盐量有不同的要求，在有些工业（如电子工业、制药工业）用水中，要求水中含盐量要很低，需经除盐制备纯水或高纯水。离子交换法是除盐的主要方法，对于市政工程和环境科学与工程的工作人员，掌握离子交换技术及其除盐机理十分必要。 1.实验目的与原理 1.1 实验目的 通过离子交换再生及除盐实验过程，使学生了解并掌握离子交换法除盐的技术操作，熟悉离子交换除盐过程，并加深离子交换基本理论及再生原理的理解。该实验涉及给水排水工程、环境工程、城市水资源等多个专业，掌握离子交换除盐技术，对提高学生综合实验及实践能力极为重要。 1.2 实验原理 1.2.1离子交换原理 离子交换树脂是一种不溶于水的高分子化合物，由空间结构骨架与附属在骨架上的活性基团组成[1]。活性基团在水溶液中电离，并于溶液中其他同性粒子发生交换反应。离子交换反应可以是中和反应、中性盐分解反应或复分解反应。 1.2.2失效树脂的再生 运行制水和交换再生是离子交换水处理的两个主要阶段，树脂失去继续交换离子的能力，称为失效。离子交换树脂交换能力被恢复过程称为再生。以下主要介绍一下强酸H交换器的再生和强碱OH交换器的再生。 1）强酸H交换器的再生 强酸H交换器失效后，必须用强酸进行再生，通常用HCl或H2SO4。再生时的交换反应如下： 相对来说，由于HCl再生时不会有沉淀物析出，所以操作比较简单。再生
离子交换对锅炉水进行软化处理的可行性分析 课题名称为《离子交换处理锅炉软化水》。本课题应属工业技术、化学工业专业，属于工业水处理技术类。所研究的对象是锅炉中的水，解决的问题是对锅炉水进行软化处理，采用的处理办法是离子交换法。在本课题中所涉及的理论基础知识有离子交换、活性基团吸附等多种概念，所确立的主题词有离子交换、锅炉水、吸附剂等，还可以根据课题的需要增加如离子交换树脂、钙镁离子硬度等。设计的方案是运用离子交换软化器使水与交换剂接触，以交换剂中的离子置换水中的钙镁离子，降低水的硬度即钙镁离子含量，使水软化，并可以进行树脂再生，循环使用。 《中国学术期刊全文数据库》是国家新闻出版总署批准的我国第一个海量数字化期刊全文数据库，也是目前为止国内数据收全率最高的中文期刊全文数据库。该数据库采用具有自主知识产权的网络出版技术，通过中国知网独创的知网节文献汇编模式和出版，构建了具有国际先进水平的权威性文献检索工具、数字化学习与研究平台。其文献来源国内公开的6300种核心期刊与专业特色期刊的全文，内容覆盖自然科学、工程技术、农业、哲学、医学、人文社会科学等各个领域，具有文献收录完整、内容层次清晰、读者对象准确、内容出版及时，查全率、查准率高等特点。其提供的检索方式有：初级检索、高级检索、专业检索和分类检索，在上述检索得到的检索结果基础上还可做更进一步的二次检索。检索条件包括检索字段和检索范围，其中检索逻辑关系有与、或、非。 通过上述的课题分析，得到的检索词有离子交换、锅炉水，吸附等，本篇论文的目的是对所设计的方案即用离子交换法对锅炉水进行软化处理进行可行性的分析，所以检索到的文章应与这一方案相关，才能是符合要求的。为了提高检索结果的查全率以及查准率，应将检索结果确定在10-100条为宜，利用《中国学术期刊网络出版总库》进行检索。检索策略如下： 检索控制条件： 期刊年期：不限指定期：不限更新时间：不限 来源期刊：不限来源类别：不限支持基金：不限 检索表达式： 篇名：离子交换 并且篇名：锅炉水 上述策略中得到的检索结果为7条，未达到指导要求，可能是所确定的检索字段太过于局限在篇名内，使得只有离子交换和锅炉水同时出现是才能符合要求，从而造成检索结果条数过低，查全率过低，查准率过高，所以检索策略需要修改，修改后策略如下： 检索控制条件不变 检索表达式： 关键词：离子交换 并且关键词：锅炉水 上述策略中得到的检索结果有5条，未达到检索要求，可能是所所确定的检索字段太过于局限在关键字，使得只有离子交换和锅炉水同时出现是才能符合要求，从而造成检索结果条数过低，查全率过低，查准率过高，所以检索策略需要修改，修改后策略如下： 控制条件不变
一、填空题 1、离子交换树脂的交换容量分为全交换容量、工作交换容量、平衡交换容量。 2、按离子交换树脂的结构，离子交换树脂分为凝胶型树脂、大孔型树脂、超凝胶型树脂和均孔型强碱型阴树脂。 3、树脂型号为001×7，第一位数字代表活性基团代号，第二位数字代表骨架代号，第三位数字代表顺序代号，×代表联接符号，第四位数字代表交联度。 4、树脂的污染主要分为有机物污染，无机物污染，硅酸根污染。 5、阴树脂发生硅酸根污染的主要原因为未及时再生或者再生不彻底。 6、离子交换器体再生分为顺流再生、逆流再生、分流再生和串联再生四种。 7、被处理的水流经离子交换树脂层时，其离子交换树脂按水流顺序可分为失效层、工作层、保护层。 8、离子交换树脂的可逆性是反复使用的基础。 9、离子交换器再生过程中，提高再生液温度，能增加再生程度，主要因为加快了扩散和膜扩散的速度。 10、混床反洗分层是利用阴阳树脂密度不同；若反洗效果不佳，可通过加碱浸泡后，重新反洗分层。 11、运行规程中，阳床出水Na＞100ug/L，即为失效；阴床出水DD＞5us/cm或SiO2＞50ug/L，即为失效；混床出水DD＞0.2us/cm或SiO2＞20ug/L，即为失效。 12、运行分析中测量钠离子，所用碱化剂为二异丙氨，控制样水pH＞10，pNa4=2300ug/L。 13、每台阳离子交换器的额定制水量为205t/h，每台阴离子交换器额定制水量
为205t/h,每台混合离子交换器的额定制水量为235t/h。 14、除盐水的主要监测的项目为电导率和二氧化硅，其标准分别为DD≤0.2μs/cm,SiO2≤20μg/L。 15、阳床或阴床或混床失效时应停运进行再生。 16、001×7型树脂是强酸阳离子交换树脂。 17、离子交换器的交换过程，实质上就是工作层逐渐下移的过程。 18、强弱碱树脂联合使用，弱阴树脂交换强酸根离子，强阴树脂交换弱酸根离子。 19、混床阴阳树脂的填装比例阴：阳=2：1。 20、阴树脂再生液加热温度控制围30～45℃。 21、强碱阴离子交换器失效时首先漏过的是硅酸氢根。 22、树脂由骨架和活性基团两部分组成。 23、混床反洗的主要作用阴阳树脂分层。 24、树脂型号为201×7，其中2表示该树脂为强碱性。 25、离子交换树脂的再生过程实际上是除盐制水过程的逆反应。 26、判断混床阳阴树脂反洗分层终点的依据是阳阴树脂有明显的分层线。 27、若混床阳阴树脂反洗分层界线不明显时，应给混床进入1～2%浓度的NaOH 溶液，然后重新分层。 28、我厂除盐水系统混床反洗后，树脂分为两层，上层为阴树脂，下层为阳树脂，两层树脂高度分别为2比1。 29、我厂阳离子交换树脂再生采用的再生剂为盐酸，阴离子交换树脂的再生剂为氢氧化钠。 30、我厂除碳器填料为Φ40多面PP空心球，除碳器的作用是去除阳床出水中
全自动软水器设计指导手册 （附设计公式）
目录 一、总述........................................ 错误！未定义书签。 1. 锅炉水处理监督管理规则...................... 错误！未定义书签。 2. 离子交换树脂内部结构........................ 错误！未定义书签。 3. 钠离子交换软化原理及特性: ................... 错误！未定义书签。 4. 水质分析测试内容............................ 错误！未定义书签。 ?PH值(Potential of Hydrogen) ............... 错误！未定义书签。 ?总溶解固体(TDS --TOTAL DISSOLVED SOLIDS) . 错误！未定义书签。 ?铁含量(IRON) ............................. 错误！未定义书签。 ?锰....................................... 错误！未定义书签。 ?硬度值(HARDNESS) ......................... 错误！未定义书签。 ?碱度..................................... 错误！未定义书签。 ?克分子(mol) .............................. 错误！未定义书签。 ?当量..................................... 错误！未定义书签。 ?克当量................................... 错误！未定义书签。 ?硬度单位................................. 错误！未定义书签。 ?我国江河湖泊水质组成..................... 错误！未定义书签。 二、全自动软水器................................ 错误！未定义书签。 三、影响软水器交换容量的因素.................... 错误！未定义书签。 1. 流速(gpm/ft，m/h) ........................... 错误！未定义书签。 2. 水与树脂的接触时间：（gpm/ft3）............. 错误！未定义书签。 3. 树脂层的高度................................ 错误！未定义书签。 4. 进水含盐量.................................. 错误！未定义书签。 5. 温度........................................ 错误！未定义书签。 6. 再生剂质量(NaCl) ............................ 错误！未定义书签。 7. 再生液流量.................................. 错误！未定义书签。 8. 再生液浓度.................................. 错误！未定义书签。 9. 再生剂用量.................................. 错误！未定义书签。 10. 树脂....................................... 错误！未定义书签。 四、自动软水器设计.............................. 错误！未定义书签。 1. 软水器设备应遵循的标准...................... 错误！未定义书签。 2. 全自动软水器主要参数计算.................... 错误！未定义书签。 1) 反洗流速的计算: ......................... 错误！未定义书签。 2) 系统压降计算............................ 错误！未定义书签。 3. 软水器设计计算步骤.......................... 错误！未定义书签。计算示例............................................ 错误！未定义书签。
离子交换除盐系统介绍 软化水处理设备：离子交换除盐系统介绍 离子交换除盐 除去水中离子态杂质的主要方法之一是离子交换法。水处理中常用到的离子交换法有Na离子交换、H离子交换和OH离子交换。根据应用目的的不同，它们组合成的水处理工艺有：为除去水中硬度的Na离子交换的软化处理;为除去硬度并降低碱度的H—Na离子交换的软化降碱处理以及为除去水中全部溶解盐类的H—OH离子交换的除盐处理。 动态离子交换过程 工业上常用的是动态离子交换法，即水在流动状态下完成的离子交换过程。用动态离子交换处理水，不但可以连续制水，而且由于交换反应的生成物不断被排除，因此离子交换反应进行得较为完全。 一、离子交换原理 离子交换树脂遇水时，可交换离子在水分子的作用下，有向水中扩散的倾向，从而使树脂功能基上留有与可交换离子相反的电荷，形成正的或负的电场。由于异性电荷的吸引力而抑制了可
交换离子的进一步扩散，结果在浓差扩散和静电引力两种相反力的作用下，形成厂双电层式结构，即固定离子层和可动离子层(反离子层)。由于树脂是多孔结构，所以双电层存在于网孔的任何部位，图10-1为R—SO3H树脂的双电层结构示意。由于离子交换树脂的骨架结构不变，所以交换作用是在水溶液中的离子和双电层中的反离子之间进行的。 在水溶液中，连接在树脂骨架上的功能基(如—SO3H)能离解出可交换离子(如H+)，并向溶液中扩散，同时溶液巾带同类电荷的离子(如Na+)也能扩散到整个树脂多孔结构的内部，两种离子之间的浓度差推动了它们的扩散和相互交换。所以，改变离子
浓度等环境条件，可促使树脂的可交换离子与水溶液中带同类电荷的离子进行可逆交换。而溶液中带相反电荷的离子(如C1-)，由于受到树脂功能基固定离子层负电场的排斥而不交换。 此外，由于离子交换树脂功能基对各种离子的亲合力大小各不相同，所以在人为控制的条件下，功能基离解出的可交换离子就町与溶液中带同类电荷的离子发生交换。例如，磺酸型阳离子交换树脂(R—SO3H)与含Nacl的水溶液接触时，由于树脂上H+浓度大，而且磺酸基对Na+的亲合力比对H+大，所以树脂上的H+就与溶液中的Na+发生交换，使树脂功能基上原来带有的H+进入溶液，而溶液中的Na+则交换到树脂上，其反应可以用方程式表示如下(右向箭头所示)： 交换以后.树脂由原来的H型变成Na型，失去交换水中Na+的能力。若在N9型树脂中通人浓度较大的HCI(如5%)，此时由于溶液中H+浓度较大，则可将树脂上的Na+置换下来.使树脂重新带上可交换的H+[式(10-1)中左向箭头所示]，恢复了树脂的交换能力，又可重新使用。 交换器的运行制水和树脂的再生是离子交换器—个运行周期的两个主要阶段，运行制水是树脂交换容量的发挥过程，再生是树脂交换容量的恢复过程。下面讨沦这两个过程中的离子交换。
钠离子交换软化 ? 1.离子交换水处理 ? 原水进入锅炉之前，通过与交换剂的离子交换反应，除去水中的离子态杂质 ? 降低硬度和碱度，以达到锅炉用水的水质要求 离子交换剂 具有离子交换性能的物质。遇水时将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换 由阳离子和复合阴离子根两部分组成，后者是一种不溶于水的高分子化合物 NaR ——钠离子交换剂、HR ——氢离子交换剂 R ——复合阴离子根 反应时，复合阴离子根是稳定的组成部分，阳离子和水中的钙、镁等离子互相交换 常用的离子交换剂为磺化煤和合成树脂 2.钠离子交换软化原理 ? 对供热锅炉用水，钠离子交换处理用得最多。处理后的水质特点： ? 达到了除硬目的——原水中的钙、镁盐类变成了钠盐 ? 达不到除碱目的——原重碳酸盐碱度(暂时硬度)转变为钠盐碱度，且摩尔数相等 ? 出水含盐量稍有增加——Na+的摩尔质量略高于0.5 Ca2+ 、 0.5 Mg2+ 3.交换剂失效 2NaCl R M Cl M 2NaR SO Na R M SO M 2NaR 2NaCl CaR CaCl 2NaR SO Na CaR CaSO 2NaR 2NaHCO R M )(HCO M 2NaR 2NaHCO CaR )Ca(HCO 2NaR 2242242242243 2233223+=++=++=++=++=++=+g g g g g g 作用： 与原水中非碳酸盐硬度用：与原水中碳酸盐硬度作
? 运行一段时间后，离子交换剂上的钠离子大部分转为钙、镁型，出水硬度增高 ? 交换剂的工作能力E g ? 将出水硬度达到软化水保证硬度作为交换剂失效标志，按此计算1m3湿态 离子交换剂的软化能力。 mol ／m3 或mmol ／L 1m3交换剂能软化钙镁离子的摩尔数↑ 交换剂还原（再生） ? 失效后的钠离子交换剂用浓度为 5～8％的食盐(NaCl)溶液进行还原 ? 理论上还原1mol 钙镁硬度需NaCl 117g 。在供热锅炉房还原1mol 钙镁硬度一般采用140～200g NaCl 4.固定床钠离子交换设备及其运行 ? 固定床离子交换 ? 运行中离子交换剂层固定不动，原水由上而下不断地通过交换剂层，完成反 应过程 ? 四个步骤 ? 交换(软化)、反洗、还原(再生)、正洗 ? 按再生运行的方式分 ? 逆流再生、顺流再生 1.顺流式再生 ? 交换时原水和再生时还原液都由上向下流动 （1）钠离子交换器结构 ? 由交换器本体、进水装置、排水装置、再生液分配装置、排气管、反洗管、 阀门等组成 ? 常用规格有φ500、750、1000、1200、1500及2000；交换器层高1.5、2、 2.5m 2 22 2Cl M 2NaR 2NaCl R M CaCl 2NaR 2NaCl CaR g g +=++=+
专业综合性实验 实验名称离子交换制备除盐水实验 一、实验目的 1.熟悉顺流再生固定床运行的操作过程。 2.加深对阳离子交换和阴离子交换基本理论的理解。 3.了解离子交换法在水处理中作用与原理。 二、实验原理 离子交换过程可以看做是固相的离子交换树脂与液相中电解质之间的化学置换反应，其反应一般都是可逆的。 本实验采用国产001×7（711）强酸树脂和201×4（711）强碱树脂把水中的成盐离子（阳、阴离子）除掉，这种方法称为水的化学除盐处理。原水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的阳离子如Ca2+、Mg2+、K+、Na+等离子便与树脂是的可交换离子（H+）交换；接着通过装有阴离子交换树脂的交换器时，水中的阴离子Cl-、SO42-、HCO3-等与树脂中的可交换离子（OH-）交换。基本反应如下： 1/2Ca2+1/2SO42-1/2Ca2+1/2SO42- RH+ ＋1/2Mg2+Cl-=== R 1/2Mg2++ H+Cl- Na+HCO3-Na+HCO3- K+HSiO3-K+HSiO3- 1/2SO42-1/2SO42- ROH-+ H+Cl-==== R Cl-+ H2O HCO3-HCO3- HSiO3-HSiO3- 经过上述阴、阳离子交换器处理的水，水中的盐分被除去，此即为一级复床的除盐处理。树脂使用失效后要进行再生即把树脂上吸附的阴、阳离子置换出来，
代之以新的可交换离子。阳离子交换树脂用HCl或H2SO4再生，阴离子交换树脂用NaOH再生。基本反应式如下： R2Ca + 2HCl 2RH + CaCl2 R2Mg + 2HCl 2RH + MgCl2 RCl + NaOH ROH + NaCl 三、实验仪器、设备与药品 离子交换树脂装置一套、DDSJ-308A型电导率仪、秒表 四、实验步骤 （1）熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用。 （2）强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子树脂的预处理用70～80°C 浸洗树脂7～8次（阴离子树脂耐热性较差一些，可用50～60°C热 水），浸洗至浸出水不带褐色，然后用1mol/L盐酸和1mol/LNaOH 轮流浸洗，即按酸－碱－酸－碱－酸顺序浸洗五次（阴离子树脂与 之相反），每次2h，浸泡体积为树脂体积的2～3倍。酸碱互换时应 用水进行洗涤，五次浸泡结束后用去离子水洗涤至溶液呈中性。 （3）测定原水电导率，测量交换柱内径及树脂层高度。（表1） 表1 原水电导率及实验装置的有关数据 （4）离子交换。原水按一定的流速通过交换柱，每隔10min测一次出水的电导率。 （5）改变运行流速。改变原水通过交换柱的流速，每个流速按每隔5min 测一次出水的电导率。（表2） 表2 交换实验记录
离子交换水处理设备工艺原理及应用 自然界中，天然水中通常含有各种种类不同、浓度不同的可溶性无机盐类，在人类日常生活和工、农业生产中，对水中的无机盐的种类和浓度均有不同的要求，所以必须对不符合标准的水进行除盐处理，传统的除盐方法采用的是阴、阳离子交换树脂化学除盐工艺，也叫复床处理工艺。 采用顺流或逆流再生的阴、阳离子交换器，适应于各种给水除盐或水质脱碱的工业给水处理。阴、阳离子交换器可以除去水中的阳离子和阴离子，以阴、阳离子交换器及除二氧化碳器为单元可以组合成各种各样的复床式脱盐系统。能除去水中大部分的盐类，是各种离子交换水处理设备工艺中的基本设备。 工艺原理 当含有各种离子的原水通过氢(H)型阳离子交换树脂H+)被交换到水中，与水中的阴离子组成相应的无机酸。将含有无机酸的水再通过氢氧(OH)型阴离子交换树脂时，水中的阴离子被树脂OH-)被交换到水中，并与水中的氢离子(H+)结合成水。 这样，原水在经过离子交换除盐工艺处理后，即可将水中的成盐离子“完全”除去，从而获得除盐水，这种离子交换除盐工艺被称为化学除盐工艺。
原水中含有大量的碳酸盐，它是构成水中碱度的主要成分。在化学水处理工艺的脱碱软化或除盐过程中，原水经阳床交换后，水中的钙( Ga2+ )、镁( Mg2+ )、钠 ( Na+ )离子被阳离子交 换树脂所吸附，水中的碳酸盐在交换后则形成大量的碳酸。 在一定温度下，水中的碳酸化合物的比例与水的氢离子(H+)浓度有关。当pH<4.5 时，水中的碳酸( H2CO3 )几乎全部以游离二氧化碳( CO2 )的形式存在。大量的游离二氧化碳(CO2)存在于水中会影响水质。所以当原水中的碳酸根( CO2)的含量超过 50mg/L 时，应设置除碳器以除去水中的游离二氧化碳( CO2 )。吸附，树脂上的可交换氢氧根离子(时，水中的阳离子被树脂吸附，树脂上的可交换氢离子。 应用范围: 离子交换器(柱)主要用于锅炉、电站、化工、轻工、纺织、生物、制药、电子等工业需进行硬水软化，去离子水的制备场合。根据用户对水质的要求不同，形成不同组合的工艺流程，可制得符合用户要求的各种软水，纯水。 工艺流程