離子交換實驗

1、專業(yè)：環(huán)境工程別f尹丿占實驗報告姓名：王義學(xué)號：_71_日期： 2010-4-2三、主要儀器設(shè)備（必填）五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理四、操作方法和實驗步驟六、實驗結(jié)果與分析（必填）課程名稱：水處理工程實驗指導(dǎo)老師：胡宏成績：實驗名稱：離子交換實驗類型：同組學(xué)生姓名：陳巧麗、林蓓等一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵箅x子交換法是一種借助于離子交換劑上的離子和廢水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)而除去廢水中有害離子 的方法。離子交換是一種特殊吸附過程，通常是可逆性化學(xué)吸附；其特點是吸附水中離子化物質(zhì)，并進(jìn)行 等電荷的離子交換。離子交換劑分無機的離子交換劑如天然沸石，人

2、工合成沸石，及有機的離子交換劑如磺化煤和各種離 子交換樹脂。在應(yīng)用離子交換法進(jìn)行水處理時，需要根據(jù)離子交換樹脂的性能設(shè)計離子交換設(shè)備，決定交換設(shè)備的 運行周期和再生處理。通過本實驗希望達(dá)到下述目的：1）加深對離子交換基本理論的理解；學(xué)會離子交換樹脂的鑒別；2）學(xué)會離子交換設(shè)備操作方法；3）學(xué)會使用手持式鹽度計，掌握pH計、電導(dǎo)率儀的校正及測量方法。二、實驗內(nèi)容和原理由于離子交換樹脂具有交換基因，其中的可游離交換離子能與水中的同性離子進(jìn)行等當(dāng)量交換。用酸性陽離子交換樹脂除去水中陽離子，反應(yīng)式如下：+nM+nRH + M t Rn + nHM陽離子n離子價數(shù)R交換樹脂用堿性陰離子交換樹脂除去水中的

3、陰離子，反應(yīng)式如下：_ nn-n ROH + Y t RY + nOHY陰離子離子交換法是固體吸附的一種特殊形式，因此也可以用解吸法來解吸，進(jìn)行樹脂再生。本實驗采用自來水為進(jìn)水， 進(jìn)行離子交換處理。因為自來水中含有較多量的陰、陽離子，如Cl 一，NH4+,CaT, Mcj+, Fe3+, Al3+, K, N/等。在某些工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、醫(yī)療衛(wèi)生等工作中所用的水，以及某些廢水 深度處理過程中，都需要除去水中的這些離子。而采用離子交換樹脂來達(dá)到目的是可行的方法。本實驗采用測量水中電導(dǎo)率值或鹽度的方法來間接地、近似地表示離子的去除情況。三、主要儀器設(shè)備離子交換樹脂的鑒別:30ml試管數(shù)支、吸管1支

4、、5ml移液管數(shù)支，廢液缸一個；溶液、5mol/L NHOH溶液、1溶液、10%CuSO溶液，酚酞指示劑、甲基紅指示劑；離子交換樹脂對水中離子的交換作用：燒杯50ml 5只，METTLER TOLEDO 32電導(dǎo)率儀1臺、PHS-9V型酸度計一臺、手握式鹽度計一支，清水、模擬廢水，流量計，砂濾柱、陽樹脂柱、陰樹脂柱、混樹脂柱裝置一套。交換柱有效值： =9cm, h=100cmo小i十A月旨圖1離子交換實驗裝置流程圖四、操作方法和實驗步驟離子交換樹脂的鑒別第一步：1）取試樣樹脂2g,置于20ml試管中，用吸管吸去樹脂的附著水；2）加入5ml ，搖動12分鐘，將上部清液吸去，重復(fù)操作23次；3）加

5、入純水，搖動后將上部清液吸去，重復(fù)操作23次；4）加入10%CuSO5ml，搖動一分鐘，按 3）充分用純水清洗。第二步：經(jīng)第一步處理，如樹脂變?yōu)闇\綠色， 加入2ml，搖動一分鐘，用純水充分清洗。如樹脂經(jīng)處理后,顏色加深（深藍(lán)）則為強酸性陽離子交換樹脂。如樹脂淺綠顏色不變，則為弱堿性陰離子交換樹脂。第三步：經(jīng)第一步處理后，如樹脂不變色，則：1）加入5ml，搖動一分鐘后用純水充分清洗干凈；2）加入酚酞5滴，搖動一分鐘，用純水充分清洗；3）經(jīng)此處理后，樹脂呈紅色，則為強堿性陰樹脂。第四步：經(jīng)第三步處理后，樹脂不變色，則：1）加入5ml，搖動一分鐘，然后用純水清洗23次；2）加入5滴甲基紅，搖動一分種

6、，用純水充分清洗；3）經(jīng)處理后，樹脂呈桃紅色，則為弱酸性陽樹脂；如樹脂不變色，則該樹脂無離子交換能力。離子交換樹脂對水中離子的交換作用1、熟悉離子交換柱的流程、閥門的位置和開閥的次序；2、測定原水pH,電導(dǎo)率，記入表中；3、打開進(jìn)水閥，分別調(diào)節(jié)在 50L/h、20L/h的進(jìn)水流量下進(jìn)行實驗；4、 在相應(yīng)的進(jìn)水流量分別穩(wěn)定 30、55分鐘后，分別取進(jìn)水水樣、陽柱出水水樣、陰柱出水水量、混合柱出水水樣各20ml。測定各水樣的pH、電導(dǎo)率，鹽度。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理表1 離子交換實驗數(shù)據(jù)記錄表實驗日期：2010年仝月2-日，星期五圖2 50L/h水流速度時出水性質(zhì)圖圖3 20L/h水流速度時出水性

7、質(zhì)圖值數(shù)參水出柱脂樹di120 5 0 5 0 5 05 4 4 3 3 2 23值數(shù)參水出柱脂樹0鹽度，ppm ; 2pH值；3電導(dǎo)率，S/cm 1圖4不同水流速度時出水pH比較圖60圖5不同水流速度時出水電導(dǎo)率比較圖1 原模擬廢水2 陽離子交換柱岀水3 陰離子交換柱出水4 陰陽離子交換柱岀水50L/h20L/h09 876 543 HP -數(shù)參水出柱脂樹昌，率導(dǎo)電一數(shù)參水出柱脂樹504030201 2 3 4 陰陽離子交換柱出水原水特性：溫度 15 C pH 電導(dǎo)率 卩S/cm 鹽度15ppm、出水水質(zhì) 交換柱水流速度陽離子交換柱陰離子交換柱陰陽離子交換柱鹽度(ppm)pH電導(dǎo)率(S/cm

8、)鹽度(ppm)pH電導(dǎo)率(i S/cm)鹽度(ppm)pH電導(dǎo)率(i S/cm)50L/h258020L/h29800鹽度去除率原水樣鹽度交換柱出水樣鹽度原水樣鹽度圖6不同水流速度時出水鹽度比較圖30出水水質(zhì)50L/h20L/h陽離子交換柱%陰離子交換柱%陰陽離子交換柱100%100%表2離子交換實驗鹽度去除率表【規(guī)律觀察】由上圖 2至圖6及表2可發(fā)現(xiàn)，同樣msp ,度鹽一數(shù)參水岀柱脂樹201原模擬廢水2 陽離子交換柱岀水3 陰離子交換柱出水4 陰陽離子交換柱岀水.50L/h*20L/hI1I1I1I1I1ITI1.01.52.02.53.03.54.0的模擬NaCI廢水，在水流速度分別為5

9、0L/h、20L/h時，依次經(jīng)過陽離子交換柱、陰離子交換柱及陰陽離子交換柱后，出水水質(zhì)的變化基本一致，各參數(shù)值相差也不大：pH值：模擬廢水的pH本值為，屬于中性廢水；經(jīng)過陽離子交換柱后，pH均下降至左右，出水呈現(xiàn)中酸性；再經(jīng)過陰離子交換柱后，出水的pH值均上升至10左右，呈現(xiàn)中堿性；最后經(jīng)過混離子交換柱后，出水的pH值又降低至左右，呈現(xiàn)弱堿性。電導(dǎo)率：原廢水的電導(dǎo)率為卩S/cm,經(jīng)過陽離子交換柱后，電導(dǎo)率均上升至50 I S/cm左右；再經(jīng)過陰離子交換柱后，出水的電導(dǎo)率卻都下降至15卩S/cm左右；最后經(jīng)過混離子交換柱后，出水的電導(dǎo)率又基本上降低至零。但是，仔細(xì)比較圖4、圖5,可發(fā)現(xiàn)不同水流速

10、度下，電導(dǎo)率的變化相比而言有一定差別，就是50L/h水流速度時陽、陰離子交換柱的出水電導(dǎo)率都小于20L/h水流速度時對應(yīng)的電導(dǎo)率值；但陰陽離子交換柱出水卻是 20L/h水流速度時的電導(dǎo)率更低。鹽度：模擬廢水的鹽度本底值為 15ppm經(jīng)過陽樹脂柱后，鹽度都出現(xiàn)了明顯的增大，分別達(dá)到了 25ppm 29ppm再經(jīng)過陰離子交換柱后，鹽度卻呈現(xiàn)出明顯的減小，且均比原模擬廢水的鹽度小，降到了8ppm；最后經(jīng)過混樹脂柱后，鹽度都降到了零。鹽度去除率：模擬廢水的鹽度值基本保持不變，因而鹽度去除率的變化趨勢基本等同于出水鹽度變化趨勢；廢水經(jīng)過陽樹脂柱后，鹽度都明顯增大使鹽度去除率為負(fù)，再經(jīng)陰樹脂柱，出水鹽度減

11、小到比原模100%擬廢水的鹽度還要小，鹽度去除率是正值，最后經(jīng)過混樹脂柱后，出水鹽度去除率都達(dá)到了六、實驗結(jié)果與分析【離子交換樹脂的鑒別 】鑒別各類離子交換樹脂的具體方法步驟與產(chǎn)生的反應(yīng)結(jié)果可由下圖表示:酸陽子換脂 弱性離交W2.53L.再淆詵性陰性陽商子離子交換交換tH.5nx>tlNIL01T削入mo,LXaCH2m；f 渣詵；加人酎旣，冉-甘識酸陽丁換脂 廻性離交W®性離交W碩絹了換Ik性陰 高于 空換射酸性無離予交 陽樹脂換能力樹脂jinx ImVlllCBmb怕扎甲荃紅再諸洗聞色不變?nèi)跛嵝愿鞑降姆磻?yīng)機理為：鑒定前加入1mol/L HCI約5ml，目的是使樹脂再生，本實

12、驗小組使用的是新鮮樹脂，只需加入約1ml的鹽酸便可，搖動后加入純水清洗，再加入10%CuSO勺，搖動再清洗，觀察顏色：2+2+2+1）若為強酸性陽離子交換樹脂，由于Cu交換勢強于H,加入的Cu會與H發(fā)生離子交換，而 Cu與樹脂結(jié)合后生成水合銅離子，清洗之后樹脂呈現(xiàn)淺綠色；2）若為弱堿性陰離子交換樹脂，則水合銅離子與弱堿性陰離子交換樹脂固定基團(tuán)一NHOH NHOH及一NHOF中的-N-H中的氮原子配位形成類似于銅氨絡(luò)離子的特殊結(jié)構(gòu)，從而使樹脂清洗后亦呈現(xiàn)淺綠色；3）若為弱酸性陽離子交換樹脂（氫離子具有最強的交換勢）或強堿性陰離子交換樹脂，則不會有離子交換發(fā)生，清洗后樹脂不會有顏色變化。若第一步處

13、理后，樹脂呈現(xiàn)淺綠色，則樹脂可能是強酸性陽離子交換樹脂或弱堿性陰離子交換樹脂,再加入5mol/LNH4OH約2ml，搖動再清洗，觀察顏色變化：1）若為強酸性陽離子交換樹脂，則原先生成的淺綠色水合銅離子會與NHOH繼續(xù)反應(yīng)生成藍(lán)色的銅氨絡(luò)離子，樹脂顏色加深；2）若為弱堿性陰離子交換樹脂，加入NHOH后沒有反應(yīng)發(fā)生，無顏色變化，樹脂仍呈淺綠色。若第一步處理后，樹脂不變色，再加入1mol/L NaOH約2ml再生后，純水清洗，再加入 2-3滴酚酞,充分搖動后再清洗，觀察：1）若為強堿性陰離子交換樹脂，再生后樹脂上的OH會與酚酞發(fā)生顯色反應(yīng)，呈現(xiàn)出紅色;樹脂都不會有顏色變化。2）若為弱酸性陽離子交換樹

14、脂或樹脂沒有離子交換能力，加入酚酞之后都不會有顯色反應(yīng)的進(jìn)行,經(jīng)第三步處理后，若樹脂仍不變色，再加入1mol/L HCl約5ml再生后純水清洗，再加入甲基紅 2-3滴，充分搖動后 再清洗，觀察：1）若為弱酸性陽離子交換樹脂，再生后，樹脂上的H+會與加入的甲基紅發(fā)生顯色反應(yīng)，樹脂呈桃紅色；2）若樹脂沒有離子交換能力，再生后加入甲基紅，樹脂不會有顏色變化。本次實驗中，我們小組鑒別的是 D號樹脂，鑒定步驟及各步的反應(yīng)結(jié)果如右圖示，鑒定結(jié)果為：D樹脂是強堿性陰離子交換樹脂。【不同離子交換柱出水性質(zhì)變化探討分析】廢水在陽離子交換柱中，水中陽離子（本實驗?zāi)M廢水中主要是Na+）與H+發(fā)生如下離子交換：-

15、+ + - + +R- SO H + Na ? R SO Na + H由此易知陽離子交換柱出水的pH值會因水中H+的大量增加而降低；原廢水的電導(dǎo)率及鹽度的主要貢獻(xiàn)者就是Na+、Cl-，而H+的電導(dǎo)率、遷移率均比Na+的高，不是因為 M的離子半徑較小，而是因為"A hydrogenion, H （or OH）, could makea new bond with a nearby water molecule. The water molecule then releases a new hydrogen ion of its other side, resulting in the

16、apparent motion of a hydrogen ion without any sin gle ion actually moving. This process con ti nues through the soluti on, result ing in highconductivities for Hand OH -”因而等量 H與Na+離子交換后，陽離子交換柱出水的電導(dǎo)率會明顯增大；又電導(dǎo)率與鹽度存在一定的正相關(guān)性（見水樣鹽度與電導(dǎo)率關(guān)系分析） ，則其出水鹽度也會出現(xiàn)明顯 的增大。陰離子交換柱中，水樣中陰離子（本實驗?zāi)M廢水中主要是CI-）與0H發(fā)生離子交換，進(jìn)入水樣中的

17、0H立即會與廢水流經(jīng)陽離子交換柱產(chǎn)生的H+反應(yīng)，促進(jìn)了離子交換的進(jìn)行， 因而陰離子交換柱的出水呈堿性，pH大于7;雖然導(dǎo)電機制類似，但是 0H的電導(dǎo)率、遷移率均比 H+的低，且水樣中OH、H+濃度都很低， “The most important fact for measuring seawater saIinity is that anything that is not present at reIativeIy high concentrations just doesn't contribute significantIy to the totaI. Even Hand OH&

18、quot; , with their high in here nt con ductivities,do not con tribute muchbecause they are prese ntat very Iow concentrations ”，故此時陰離子交換柱出水的電導(dǎo)率和鹽度都下降，且比原廢水還要小。流經(jīng)陰陽離子混合柱后，水樣中 NJ Cl-進(jìn)一步與H+、OH發(fā)生離子交換，相互促進(jìn)直至水樣中 Na+、 Cl-基本被交換完畢，之前陰離子交換柱出水中的 OH被部分中和，混合柱出水的pH下降至接近中性，也因 其基本只含很少量的 H+、OH，故電導(dǎo)率及鹽度下降至幾近于 0?！静煌髁繉?/p>

19、交換柱出水性質(zhì)的影響探討】廢水流量增大則交換柱水流速度增大， 會導(dǎo)致兩方面的變化： 廢水在離子交換柱內(nèi)的停留時間減少;交換柱內(nèi)水流的湍動程度增大，進(jìn)而使廢水中陰陽離子擴(kuò)散速度增大。離子交換的總速度取決于離子擴(kuò)散速度，因為離子交換的反應(yīng)速度比較大，因而廢水流量的增大可在 一定程度上增大離子交換的總速度。由圖 4圖 6 可看出，廢水流量不同，停留時間不同，雖然出水水質(zhì)的變化基本一致，各參數(shù)值相差也不大，但總體來講，陽、陰離子交換柱出水的主導(dǎo)離子濃度，不論是H+或 OH, 20L/h流量時總要大于50L/h流量時，因而出水的 pH比較會如圖4所示，電導(dǎo)率和鹽度也是 20L/h流量時大于50L/h流量

20、時；而在流 經(jīng)混合柱后20L/h流量的出水pH更接近中性且其電導(dǎo)率更低。由此可知，停留時間（廢水與離子交換柱的接觸時間）是離子交換量的主要影響因素之一。圖7水樣鹽度與電導(dǎo)率關(guān)系圖3025RSD N P0.99727 0.926997<0.00012015 -10Linear Regression 丫 = A + B * XParameterValueErrorA-0.2800.54059B0.5440.01804102030405060電導(dǎo)率，S/cm【水樣鹽度與電導(dǎo)率關(guān)系分析】提取本實驗中各水樣的電導(dǎo)率、鹽度測定數(shù)據(jù)，以水樣電導(dǎo)率（卩S/cm）為橫坐標(biāo)，水樣鹽度（ppm）為縱坐標(biāo)，描點

21、后可發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)點大致呈直線分布，線性擬合后可得到線性回歸方程丫=,相關(guān)系數(shù)F高達(dá)，且達(dá)到了極顯著水平（P）,相關(guān)性好，因而一定濃度范圍內(nèi)，本實驗廢水的含鹽量與電導(dǎo)率呈正相關(guān)， 用水樣電導(dǎo)率值衡量水樣鹽度大小是準(zhǔn)確的。因此對本實驗類型的廢水，用標(biāo)準(zhǔn)溶液的電導(dǎo)率、鹽度數(shù)據(jù)確定回歸方程后，用電導(dǎo)法測定水樣鹽度 不失為一種簡便、快速且準(zhǔn)確的方法；但必須強調(diào)和指出的是，電導(dǎo)率受離子濃度、離子組成、離子遷移 率、溶液溫度和電導(dǎo)池常數(shù)的影響，根據(jù)上述方法而得到的標(biāo)準(zhǔn)回歸線有其適用的閾值范圍（本實驗為鹽 度0-47ppm），不宜外延，否則可能會產(chǎn)生失誤?！菊`差分析】本實驗中實驗誤差主要出現(xiàn)在離子交換樹脂對水中離

22、子的交換作用取樣、測定：1）本實驗中廢水流量是通過轉(zhuǎn)子流量計來控制，實驗溫度為15C而液體轉(zhuǎn)子計刻度是用20C的水進(jìn)行標(biāo)定的，因而廢水的實際流量與記錄值間存在一定誤差；2）實驗過程中廢水流量總在不停波動，出水取樣也會對后續(xù)離子交換柱的運行產(chǎn)生一定影響；且系統(tǒng)穩(wěn)定所需時間不可知但是實驗時間有限，估計的穩(wěn)定時間有誤差；3）燒杯等實驗器材潔凈度，取樣所用的燒杯雖經(jīng)過蒸餾水清洗，但學(xué)校提供的蒸餾水鹽度為2,故燒杯的不夠干凈會對電導(dǎo)率、鹽度測定結(jié)果造成影響；4）離子交換柱出水取樣應(yīng)該同始同終且等量進(jìn)行，小組配合實驗?zāi)茏龅酵瑫r開始取樣，但未能取到相當(dāng)體積的水樣且同時停止取樣；5）本實驗中水樣的pH、電導(dǎo)率

23、測定前都需要進(jìn)行校正，如電導(dǎo)率儀校正時， 標(biāo)準(zhǔn)溶液的電導(dǎo)率和待測液的電導(dǎo)率相差很大等，這對測定結(jié)果的準(zhǔn)確度有一定的影響；6）實驗中所使用的各類儀器設(shè)備本身帶入的誤差，如鹽度計、酸度計及電導(dǎo)率儀等。七、討論、心得本實驗中水樣鹽度、電導(dǎo)率及pH值的測定是本實驗的關(guān)鍵；離子交換樹脂鑒別中要特別注意清洗及搖動充分，為減少各操作步驟帶入的實驗誤差，應(yīng)注意如下事項：1）為保證離子交換樹脂鑒別的準(zhǔn)確性，不可忘記樹脂的再生，且加入某試劑后要注意充分搖動再純水充分清洗，清洗如果不干凈，加入的試劑本身的顏色或發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)會干擾判定；2）轉(zhuǎn)子流量計控制廢水流量的準(zhǔn)確性有限，實驗中要經(jīng)常關(guān)注其讀數(shù)變化，確保廢水流量

24、的穩(wěn)定；3）離子交換達(dá)到穩(wěn)定需要一定時間，取樣前要保證足夠的穩(wěn)定時間；4）取樣用的燒杯要盡量確保其足夠潔凈，減少測定誤差；5）小組實驗要注意協(xié)調(diào)，特別是取樣要盡量同始、同終、等量且足量，進(jìn)行水樣的鹽度、電導(dǎo)率及pH值的測定時要充分?jǐn)嚢?，?zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)。應(yīng)用離子交換法進(jìn)行水處理時，處理水質(zhì)對交換樹脂的交換能力有直接的、不可忽視的影響：A. 懸浮物、油脂：廢水中的懸浮物會堵塞樹脂孔隙，油脂會包住樹脂顆粒，這些都會使交換能力下降，因此當(dāng)這些物質(zhì)含量較多時，應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理的方法有過濾、吸附等。B. 有機物廢水中某些高分子有機物與樹脂活性基團(tuán)的固定離子結(jié)合力很大，一旦結(jié)合就很難進(jìn)行再生，降低了樹脂的

25、再生率和交換能力。為減少樹脂的有機污染，可選用低交聯(lián)度的樹脂或者進(jìn)行預(yù)處理。C. 高價金屬離子：廢水中Fe3+、Cr3+、A|3+等高價金屬離子可能引起樹脂中毒，如樹脂受鐵中毒時， 樹脂顏色會變深。另外，高價金屬離子易被樹脂吸附，再生時難于把它洗脫下來，大大降低了樹脂的交換能力；為了恢 復(fù)樹脂的交換能力，可用高濃度酸長時間浸泡。D. pH 值:pH值無關(guān)；但弱酸樹脂在低 pH值強酸和強堿樹脂活性基團(tuán)的電解能力很強，交換能力基本上與時不電離或部分電離，在堿性條件下才能得到較大的交換能力，而弱堿性樹脂在酸性溶液中才能得到較大的交換能力。螯合樹脂對金屬的結(jié)合力與 pH值有很大關(guān)系，對每種金屬都有適宜

26、的 pH值。另外, 有些雜質(zhì)在廢水中存在的狀態(tài)與pH值有關(guān)。E. 水溫：水溫高時可加速離子交換的擴(kuò)散，但各種離子交換樹脂都有一定的允許使用溫度范圍。水溫超過允許溫度時，會使樹脂交換基團(tuán)被分解破壞，降低樹脂的交換能力。F. 氧化劑：廢水中如果含有氧化劑（如CI2、Q、HaCQ等）時，會使樹脂氧化分解，如強堿性陰樹脂易被氧化 劑氧化，使交換基團(tuán)變成非堿性物質(zhì)，完全喪失交換能力；氧化作用還會影響交換樹脂的母體進(jìn)而加 速樹脂的老化，使其交換能力降低。 可選用交聯(lián)度大的樹脂或者加入適當(dāng)?shù)倪€原劑減輕氧化劑對樹脂 的影響；用離子交換樹脂處理高濃度電解質(zhì)廢水時，由于滲透壓的作用會使樹脂發(fā)生破碎現(xiàn)象，處理 這種

27、廢水一般選用交聯(lián)度大的樹脂。關(guān)于離子交換法及離子交換劑的簡單介紹：離子交換法是水處理中軟化和除鹽的主要方法之一，是一種借助于離子交換劑上的離子和廢水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)而除去廢水中有害離子的方法，其實質(zhì)是不溶性離子化合物（離子交換劑）上的交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)。離子交換是一種特殊吸附過程，通常是可逆性化學(xué)吸附。其特點是 吸附水中離子化物質(zhì)，并進(jìn)行等電荷的離子交換。離子交換是可逆反應(yīng)，對反應(yīng)RA+B? RB+A+，平衡狀態(tài)下，樹脂及溶液中反應(yīng)物濃度符合關(guān)系:K=RB ARA B +RB / RAB+ / A +式中：RB、RA樹脂中 A+、B+的離子濃度；A+、B+溶液中 A+

28、、B+的離子濃度；K平衡選擇系數(shù)（同一種樹脂對不同離子交換反應(yīng)的平衡選擇系數(shù)不同，選擇系數(shù)大于1說明該樹脂對 B+的親和力大于對 A的親和力，即有利于進(jìn)行 B+交換反應(yīng)）離子交換劑分無機的離子交換劑如天然沸石及有機的離子交換劑如磺化煤、各種離子交換樹脂?；腔菏且蕴烊幻簽樵稀釮2SO4磺化處理制成，交換容量低、機械強度差、化學(xué)穩(wěn)定性較差，已逐漸為離子交換樹脂取代；工業(yè)應(yīng)用中，離子交換樹脂的優(yōu)點主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復(fù)再生使用，工作壽命長，運行費用較低（雖然一次投入費用較大）；以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù)，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法

29、等各具獨特的功能，可以進(jìn)行各種特 殊的工作，是其他方法難以做到的，離子交換技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還在迅速發(fā)展之中。離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體（又稱母體或骨架）和活性基團(tuán)兩部分組成。 生產(chǎn)離子交換劑的樹脂母體最常見的是苯乙烯的聚合物，是線性結(jié)構(gòu)的高分子有機化合物。在原料中，常 加上一定數(shù)量的二乙烯苯作交聯(lián)劑，使線性聚合物之間相互交聯(lián)，成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。樹脂的外形呈球狀顆粒，粒徑為 （大粒徑樹脂）、 （中粒徑樹脂）、 （小粒徑樹脂）；樹脂本身 不是離子化合物，并無離子交換能力，需經(jīng)適當(dāng)處理加上活性基團(tuán)，活性基團(tuán)由固定離子和活動離子（或 稱交換離子）組成。固定離子固定在樹脂的網(wǎng)狀骨架上

30、，活動離子則依靠靜電引力與固定離子結(jié)合在一起，二者電性相反電荷相等。關(guān)于離子交換樹脂的選用：因為污水的成分復(fù)雜，要求處理的程度各異，因此合理地選擇離子交換樹脂，在生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)上都有重 大意義；嚴(yán)格地講，對不同的污水，應(yīng)通過一定試驗確定合適的離子交換樹脂和采用的流程。離子交換樹脂的有效 pH范圍交換樹脂的活性基團(tuán)分為強酸、弱酸、強堿和弱堿性，水的pH勢必對其造成影響：強酸、強堿性交換樹脂的活性基團(tuán)電離能力強，其交換能力基本上與pH無關(guān)；弱酸性交換樹脂在水 pH低時不電離或僅部分電離，故只能在堿性溶液中才有較高的交換能力；弱堿性交換樹脂則在水pH高時不電離或僅部分電離，故只能在酸性溶液中才有較高的交

31、換能力。交換容量交換容量定量地表示樹脂交換能力的大小，單位是mol/kg （干樹脂）或 mol/L （濕樹脂）；可分為全交換容量與工作交換容量：前者指一定量的樹脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量，后者指樹脂在 給定工作條件下實際的交換能力。樹脂的全交換容量可由滴定法測定，理論上也可以依據(jù)樹脂的單元結(jié)構(gòu) 式粗略地計算出來。關(guān)聯(lián)度樹脂合成時采用的交聯(lián)劑（如二乙烯苯）的用量，影響樹脂分子的交聯(lián)度。交聯(lián)度的改變將引起樹脂 的交換容量、含水率、溶脹度、機械強度等性質(zhì)的改變。交聯(lián)度較高的樹脂孔隙率較低、密度較大、離子 擴(kuò)散速率較低，對半徑較大的離子和水合離子的交換量較小。浸泡在水中時，水化度較低，形變

32、較小，也就比較穩(wěn)定，不易碎裂。水處理中使用的離子交換樹脂，交聯(lián)度為7%10%交換勢離子交換是可逆反應(yīng)，可利用化學(xué)中質(zhì)量作用定律解釋離子交換平衡規(guī)律。對同一種交換樹脂RH講，交換反應(yīng)的平衡選擇系數(shù) K隨交換離子 M而異。K值越大，交換離子越容易取代樹脂上的可交換離子，即 交換離子與樹脂之間的親和力越大，通常說這種離子的交換勢很大；反之，就說交換勢很小。當(dāng)含有多種 離子的廢水同離子交換樹脂接觸時，交換勢大的離子必然最先同樹脂上離子進(jìn)行交換。關(guān)于不同離子的交換勢大小的解釋有多種理論，但由于影響的因素還不很清楚，因此關(guān)于離子交換勢的規(guī)律還需依靠實踐，下面介紹一些規(guī)律可供才考：1）離子交換勢，除同它本身和離子交換樹脂的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，溫度和濃度的影響也很大；2）常溫和低濃度水溶液中，陽離子的化合價越高，它的交換勢越大；等價陽離子一般是原子序數(shù)越高，交換勢越大，但稀土元素正好相反；3）H對陽離子交換樹脂的交換勢，決定于樹脂的性質(zhì)：對強酸性陽離子交換樹脂，H的交換勢介于Na+、