水的净化-离子交换法制备纯水

实用标准文案

精彩文档 实验2 离子交换法制备去离子水

一、实验目的

1．了解离子交换法的原理。

2．掌握离子交换柱的制作方法及去离子水的制备方法。

3．学习电导率仪的使用及水中常见离子的定性鉴定方法。

二、实验原理

1．离子原理

无论是工农业生产用水、日常生活用水，还是科研实验用水，对水质都有一定的要求。在天然水或者自来水中含有各种各样的无机和有机杂质，常见的无机杂质有2Mg、2Ca、23CO、3HCO、Cl离子及某些气体。常见的处理方法有蒸馏法、电渗析法和离子交换法。本实验中主要介绍离子交换法的原理及应用。

离子交换法中起核心作用的物质就是离子交换树脂，它是一种具有网状结构的有机高分子聚合物，由本体和交换基团两部分组成，其中本体起的是载体作用，而本体上附着的交换基团才是活性成分。根据活性基团类型的不同，可以把离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

典型的阳离子交换树脂是磺酸盐型交换树脂，其结构为

其中H+离子可以电离，进入溶液，并与溶液中阳离子如Na、2Mg、2Ca离子等进行交换，故名为阳离子交换树脂。

典型的阴离子交换树脂如季铵盐型离子交换树脂，其结构为

其中OH离子可以电离进入溶液，并与溶液中阴离子24SO、CI离子等进行交换，故名为阴离子交换树脂

等净化的水分别经过阴离子交换树脂后，杂实用标准文案

精彩文档 质离子被H离子和OH离子所取代，最后通过中和反应

结合生成水，达到净化的目的。值得指出的是离子交换法只能对水中电解质杂质有较好的净化作用，而对其他类型杂质如有机杂质是无能为力的。

实际生产时，将离子交换树脂装填入容器状管道中，做成离子交换柱（见图3.28），一个阳离子交换柱和一个阴离子交换柱串联在一起使用，称为一级离子交换法水处理装置（图3.29）。该装置串联的级数越多，去杂质的效果显然越好。实际上实验室里使用的所谓蒸馏水，有很多就是通过离子交换法制得的。

水的净化——离子交换法制备纯水（3学时）

一、实验目的

1．了解蒸馏法和离子交换法制备纯水的基本原理和操作方法。

2．学习离子交换树脂的使用方法。

3．学习蒸馏装置的组装方法。

二、实验原理

离子交换法制备纯水是利用离子交换树脂活性基团上具有离子交换能力的H+和OH－

与水中阳、阴离子杂质进行交换，将水中阳、阴离子杂质截留在树脂上，进入水中的H+和

OH－重新结合成水而达到纯化水的目的。凡能与阳离子起交换作用的树脂称为阳离子交换

树脂，与阴离子起交换作用的树脂称为阴离子交换树脂。

三、实验用品

仪器：250ml锥形瓶3只、烧杯、铁架台、离子交换柱（3支，50ml）、铁架台、试管

药品：铬黑T指示剂、AgNO3（0.1mol·L-1）、HNO3（2mol·L-1）、NH3-NH4Cl缓冲液、BaCl2（0.1mol·L-1）、717#强碱性阴离子交换树脂、732#强酸性阳离子交换树脂

材料：pH试纸、脱脂棉（或玻璃纤维）、乳胶管、螺旋夹

四、实验内容

1、装柱

用两只10mL小烧杯，分别量取再生过的阳离子交换树脂7mL（湿）或阴离子交换树脂

约10mL（湿），按照装柱操作要求进行装柱。第1支柱加入1/2柱容积的阳离子交换树脂，

在第2支柱加入2/3柱容积的阴离子交换树脂，在第3支柱加入2/3柱容积的阴阳离子混合

树脂。装置完毕，按将三个柱进行串联，在串联时同样适用纯水并注意尽量排除连接管内的

气泡，以免液柱阻力过大而交换不能畅通，各柱树脂层顶上也塞入少量脱脂棉，即得离子交

换净水装置。2、离子交换与水质检验

依次使原料水流经阳离子交换柱、阴离子交换柱、混合离子交换柱。并依次接收原料水、

阳离子交换柱流出水、阴离子交换柱流出水、混合离子交换柱流出水样，进行以下项目检验。

（1）用电导率仪测定个样品的电导率。

（2）取各样品水2滴分别放入点滴板的圆穴内，检测钙离子、镁离子、硫酸根离子和氯离

子。

结果填表格。

3、再生

按基本操作中所述的方法再生阴离子、阳离子交换树脂。

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；

3．巩固酸度计的使用，学会电导率仪的使用。

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：

本体 交换基团

R –SO3– ┆ H+

起交换作用的阳离子

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

实验2 离子交换法制备去离子水

一、实验目的

1．了解离子交换法的原理。

2．掌握离子交换柱的制作方法及去离子水的制备方法。

3．学习电导率仪的使用及水中常见离子的定性鉴定方法。

二、实验原理

1．离子原理

无论是工农业生产用水、日常生活用水，还是科研实验用水，对水质都有一定的要求。在天然水或者自来水中含有各种各样的无机和有机杂质，常见的无机杂质有2Mg、2Ca、23CO、3HCO、Cl离子及某些气体。常见的处理方法有蒸馏法、电渗析法和离子交换法。本实验中主要介绍离子交换法的原理及应用。

离子交换法中起核心作用的物质就是离子交换树脂，它是一种具有网状结构的有机高分子聚合物，由本体和交换基团两部分组成，其中本体起的是载体作用，而本体上附着的交换基团才是活性成分。根据活性基团类型的不同，可以把离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

典型的阳离子交换树脂是磺酸盐型交换树脂，其结构为

其中H+离子可以电离，进入溶液，并与溶液中阳离子如Na、2Mg、2Ca离子等进行交换，故名为阳离子交换树脂。

典型的阴离子交换树脂如季铵盐型离子交换树脂，其结构为

其中OH离子可以电离进入溶液，并与溶液中阴离子24SO、CI离子等进行交换，故名为阴离子交换树脂

等净化的水分别经过阴离子交换树脂后，杂质离子被H离子和OH离子所取代，最后通过中和反应

结合生成水，达到净化的目的。值得指出的是离子交换法只能对水中电解质杂质有较好的净化作用，而对其他类型杂质如有机杂质是无能为力的。

实际生产时，将离子交换树脂装填入容器状管道中，做成离子交换柱（见图3.28），一个阳离子交换柱和一个阴离子交换柱串联在一起使用，称为一级离子交换法水处理装置（图3.29）。该装置串联的级数越多，去杂质的效果显然越好。实际上实验室里使用的所谓蒸馏水，有很多就是通过离子交换法制得的。

离子换柱在使用过一段时间后，柱内树脂的离子交换能力会出现下降，解决办法是分别让NaOH溶液和HCl溶液流过失效的阳离子和阴离子交换树脂，这一过程叫做离子交换树脂的再生。