離子交換樹脂綜合知識(shí)

1、為了除去水中離子態(tài)雜質(zhì),現(xiàn)在采用得最普遍的方法是離子交換。這種方法可以將水中離子態(tài)雜質(zhì)清除得以較徹底，因而能制得很純的水。所以，在熱力發(fā)電廠鍋爐用水的制備工藝中，它是一個(gè)必要的步驟。      離子交換處理，必須用一種稱做離子交換劑的物質(zhì)（簡(jiǎn)稱交換劑）來(lái)進(jìn)行。這種物質(zhì)遇水時(shí)，可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號(hào)的離子相互交換，離子交換劑的種類很多，有天然和人造、有機(jī)和無(wú)機(jī)、陽(yáng)離子型和陰離子型等之分，大概情況如表所示。此外，按結(jié)構(gòu)特征來(lái)分，還有大孔型和凝膠型等。離 子 交 換 劑 的 分 類    &#

2、160;       無(wú)機(jī)離子交換劑:            天然   海綠砂           人造   合成沸石      有機(jī)離子交換劑       &

3、#160;   碳質(zhì)   磺化煤           有機(jī)質(zhì)   陽(yáng)離子型  強(qiáng)酸性   磺酸基(-SO3H)                       &#

4、160;           弱酸性   羧酸基（COOH）                      陰離子型  強(qiáng)堿性 型   -N(-CH3)3OH       &

5、#160;                                    型   N(CH3)2OH           

6、                        弱堿性  （(NH3)OH、（NH2）OH                       &#

7、160;                       或NH）OH                      其他氧化還原型、有機(jī)物清除除型等 

8、60;   在離子交換技術(shù)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的初期，采用的只有天然的無(wú)機(jī)離子交換劑，如海綠砂。然而這類物質(zhì)不能用于酸性介質(zhì)而且其交換容量較小，所以現(xiàn)已被人造離子交換劑所替代，特別是由于合成離子交換樹脂的制造成功，交換劑的品種不斷增加，應(yīng)用更為廣泛。      第一節(jié)  離 子 交 換 劑 的 結(jié) 構(gòu)     離子交換樹脂屬于高分子化合物，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜.離子交換劑的結(jié)構(gòu)可以被區(qū)分為兩個(gè)部分：一部分具有高分子的結(jié)構(gòu)形式，稱為離子交換劑的骨架；另一部分是帶有可交換離子的基團(tuán)（稱為活性集團(tuán)

9、），它們化合在高分子骨架上.所謂“骨架”，是因?yàn)樗哂旋嫶蟮目臻g結(jié)構(gòu)，支持著整個(gè)化合物，正象動(dòng)物的骨架支持著肌體一樣，從化學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它是一種不溶于水的高分子化合物，現(xiàn)將常用離子交換劑的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單介紹如下。     一、磺化煤     磺化煤是一種半化合成的離子交換劑，它利用煤質(zhì)本身的空間結(jié)構(gòu)作為高分子骨架，用濃硫酸處理的方法（稱磺化）引入活性基團(tuán)而制成。磺化煤的活性基團(tuán)，除了有由于磺化而引入的SO3H外，還有一些煤質(zhì)本身原有的基團(tuán)（如COOH和OH）以及因硫酸氧化作用生成的羧酸（COOH），所以它實(shí)質(zhì)上是一種混合

10、型離子交換劑。     磺化煤的價(jià)格比較便宜，是過(guò)去水處理系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的交換劑，但由于它有以下的缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在大都為合成離子交換樹脂所替代：     化學(xué)穩(wěn)定性較差，特別是對(duì)于堿性強(qiáng)的水，抵抗力很差；     機(jī)械強(qiáng)度不好，易碎；     交換容量小，小于合成離子交換樹脂的13；     性能隨原煤的品種而異,難保持穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。     二、離子交換樹

11、脂     高分子化合物一般是由許多低分子化合物頭尾相結(jié)合、連成一大串而形成的。這些低分子化合物稱為單體，此化合過(guò)程稱為聚合或縮合。離子交換樹脂，根據(jù)其單體的種類，可分為苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等。     苯乙烯系離子交換樹脂     苯乙烯系是現(xiàn)在我國(guó)電廠用得最廣泛的一種，其制造工藝的第一步是用苯乙烯和二乙烯苯進(jìn)行共聚。     工業(yè)用二乙烯苯常常是它的各種異構(gòu)體（約4055）和乙基乙烯的混合物。所以在聚合時(shí)，實(shí)際上這些組成物均聚

12、合在高分子內(nèi)。     由于在一個(gè)二乙烯苯的分子上有兩個(gè)可以聚合的乙烯基，它可以將兩個(gè)苯乙烯聚合鍵交聯(lián)起來(lái)，所以二乙烯苯稱為架橋物質(zhì)。在市場(chǎng)上買到的離子交換樹脂所標(biāo)稱的交聯(lián)度（簡(jiǎn)寫為DVB），就是指聚合時(shí)所用二乙烯苯的質(zhì)量占苯乙烯總質(zhì)量的百分率。交聯(lián)度的大小對(duì)聚合體的性能有很大的影響。最顯著的影響是它的機(jī)械強(qiáng)度和密度是隨交聯(lián)度的增大而加大的。     現(xiàn)在，由于水處理工藝的需要，常在合成離子交換樹脂時(shí)直接制成小球狀。這種小球是將單體放在水溶液中，使其在懸浮狀態(tài)下聚合而成。由苯乙烯和二乙烯苯制得的是高分子化合物聚苯乙

13、烯，還沒(méi)有可交換離子的基團(tuán)，是半成品，稱為白球。當(dāng)將還些白球作進(jìn)一步處理，引入帶有可交換離子的基團(tuán)后，即可得陰、陽(yáng)離子交換樹脂。     苯乙烯系磺酸型陽(yáng)離子交換樹脂。如將白球用濃硫酸處理，引入活性基團(tuán)SO3H，則可制得磺酸型陽(yáng)離子交換樹脂。     苯乙烯系陰離子交換樹脂。它的制造方法是先將聚苯乙烯氯甲基化，然后胺化。氯甲基化的方法為用無(wú)水氯化鋁或氧化鋅為催化劑，用氯甲醚處理（稱為傅氏反應(yīng)）。如用叔胺處理此反應(yīng)產(chǎn)物，即得季銨型強(qiáng)堿性陰離子交換劑，如用仲胺或伯胺處理，則生成的是弱堿性陰離子交換樹脂。 &#

14、160;   強(qiáng)堿性陰離子交換劑分型和型。型是用三甲胺(CH3)3N胺化而得, 型則是用二甲基乙醇基胺(CH3)2NC2H4OH胺化而得。型的堿性比型強(qiáng)，型的交換容量比型的大。     在進(jìn)行傅氏反應(yīng)時(shí)，實(shí)際上還有生成亞甲基橋的副反應(yīng)，此種副反應(yīng)會(huì)使苯乙烯鏈之間的交聯(lián)增多，結(jié)果使產(chǎn)品更趨緊密，而且結(jié)構(gòu)不均勻。為此，還可以采用以下的合成路線：先制成氯甲基苯乙烯單體，然后將它和二乙烯苯共聚，最后再用三甲胺胺化。用這種方法制得的離子交換樹脂，有交換容量大、離子交換速度快和耐熱性能較好等優(yōu)點(diǎn)。    &

15、#160; 丙烯酸系離子交換樹脂      丙烯酸系樹脂的基體是由丙烯酸甲酯（或甲基丙烯酸甲酯）和二乙烯苯共聚而成。       丙烯酸系羧酸樹脂。當(dāng)將上述基體進(jìn)行水解時(shí)，就可獲得丙烯酸系羧樹脂。羧酸型樹脂是弱酸性陽(yáng)離子交換劑。      丙烯酸系陰離子交換樹脂。當(dāng)將上述基體用多胺進(jìn)行胺化時(shí)，就可獲得丙烯酸系陰離子交換樹脂。      這樣制得的產(chǎn)品是弱堿性。因?yàn)樗拿恳粋€(gè)活性基團(tuán)中有一個(gè)仲胺基和一個(gè)伯胺基

16、，故其交換容量很大。除了以上兩種樹脂外，基于基體組成的不同，還有酚醛型和環(huán)氧型等多種離子交換樹脂。     樹脂的結(jié)構(gòu)類型     用普通聚合法制成的離子樹脂都是由許多不規(guī)則的網(wǎng)狀高分子構(gòu)成的，類似凝膠，故稱凝膠型樹脂。這種樹脂的缺點(diǎn)是，抗氧化性和機(jī)械強(qiáng)度差，易受有機(jī)物污染等，所以后來(lái)又發(fā)展了許多其他類型的離子交換樹脂，現(xiàn)分述如下：     大孔型樹脂（MR型樹脂）。大孔型樹脂是在本世紀(jì)50年代末制成的。因其孔眼比凝膠型的大得多而得名。普通凝膠型樹脂的孔眼孔徑平均為12nm，

17、而大孔型的孔徑在20100nm以上。凝膠型樹脂的孔眼由高分子鏈和交聯(lián)劑相鍵合而形成，這些孔眼不是其原有的，而是當(dāng)它浸入水中時(shí)，由于活性基團(tuán)發(fā)生水化而顯示出來(lái)的。大孔型樹脂實(shí)際上由許多小塊凝膠型樹脂所構(gòu)成，孔眼存在于這些小塊凝膠之間。不論是干的或濕的樹脂，這些孔眼都可用電子顯微鏡看到。     大孔樹脂的交聯(lián)度通常要比凝膠型樹脂的大，因?yàn)檫@樣可制得抗氧化性好和機(jī)械強(qiáng)度高的樹脂。至于凝膠型樹脂，如果其交聯(lián)度太大，則由于樹脂孔眼過(guò)小和反應(yīng)緩慢等原因，就失掉實(shí)用價(jià)值。對(duì)于大孔樹脂來(lái)說(shuō)，由于其大孔中有大量的表面積，離子很容易到達(dá)這里，所以可以補(bǔ)償凝膠相中反應(yīng)緩慢的

18、過(guò)程。     實(shí)際上，由于大孔型樹脂中的孔大，離子交換反應(yīng)的速度加快，而且能抗有機(jī)物的污染（因?yàn)楸唤亓舻挠袡C(jī)物容易在再生時(shí)通過(guò)這些孔道除去）。大孔型樹脂的缺點(diǎn)是交換容量較低，再生時(shí)酸、堿的用量較大和售價(jià)較貴等。      第二代大孔型樹脂。這是在上述第一代大孔樹脂基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新品種。它是由小塊凝膠型樹脂構(gòu)成的大孔型樹脂，但在其制造過(guò)程中，孔眼的大小和孔隙度的多少都加以控制，使它們更符合實(shí)際應(yīng)用的要求。它的孔徑比第一代大孔型樹脂的小，孔隙率也較?。?%20%），第一代大孔型樹脂的孔隙率通常為30%)。這種新樹

19、脂的優(yōu)點(diǎn)是與凝膠型樹脂有相近的交換容量，有較快的反應(yīng)速度，有比第一代大孔型樹脂更好的物理性能、抗污染性能和抗?jié)B透沖擊性能等。      超凝膠型樹脂。普通凝膠型樹脂有機(jī)械強(qiáng)度較差的缺點(diǎn)，其原因是苯乙烯和二乙烯苯進(jìn)行聚合反應(yīng)時(shí)，通常是二乙烯苯首先反應(yīng)完了，隨后進(jìn)行單獨(dú)的苯乙烯分子間的聚合。此時(shí)，聚合成的是線型高分子，機(jī)械強(qiáng)度較差，這是凝膠型樹脂的薄弱環(huán)節(jié)。在超凝膠型樹脂的制造過(guò)程中，設(shè)法控制好苯乙烯和二乙烯苯之間的反應(yīng)速度，不使產(chǎn)生單獨(dú)由苯乙烯本身分子間產(chǎn)生聚合反應(yīng)。這樣制得的樹脂機(jī)械強(qiáng)度較好，可以與大孔樹脂相比，價(jià)格和凝膠型樹脂相近或相同。&#

20、160;    均孔型強(qiáng)堿性陰樹脂。此種樹脂可防止有機(jī)物中毒，它是基于以下原理制?。簶渲挠袡C(jī)物中毒原因之一是交聯(lián)得不均勻，如果使交聯(lián)均勻，所有孔眼的大小相近，在樹脂內(nèi)部不再有緊密區(qū)，樹脂就不會(huì)中毒，但用二乙烯苯作交聯(lián)劑時(shí)，由于苯乙烯和二乙烯苯是兩種不同單體，所以聚合引起的不均勻性是不可避免的。因此，在制取均孔型樹脂時(shí)不用二乙烯苯作交聯(lián)劑，而是在引入氯甲基時(shí)，利用傅氏反應(yīng)的副反應(yīng)，使樹脂骨架上的氯甲基和鄰近的苯環(huán)間和忝亞甲基橋。這種交聯(lián)不會(huì)集攏在一起，網(wǎng)孔較均勻，故稱均孔型（也可稱為等孔型）。均孔型樹脂對(duì)有機(jī)物的吸著是可逆的，所以不會(huì)被污染。  

21、;     第二節(jié)  離 子 交 換 樹 脂 的 命 名     一、  全稱     有機(jī)合成離子交換樹脂的全名稱，由分類名稱、骨架名稱、基本名稱三部分按順序依次排序組成。     分類名稱。按有機(jī)合成離子交換樹脂本體的微孔形態(tài)分類，分為凝膠型、大孔型等。     骨架名稱。按有機(jī)合成離子交換樹脂骨架材料命名，分為苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧系等。  

22、   基本名稱?；久Q為“離子交換樹脂”。     凡屬酸性反應(yīng)的在基本名稱前冠以“陽(yáng)”字。     凡屬堿性反應(yīng)的在基本名稱前冠以“陰”字。     按有機(jī)合成離子交換樹脂的活性基團(tuán)性質(zhì)，分類強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性、弱堿性、螯合性等，分別在基本名稱前冠以“強(qiáng)酸”、“弱酸”、“強(qiáng)堿”、“弱堿”、“螯合”等字樣。     全名稱舉例。微孔形態(tài)為凝膠型；骨架材料為“苯乙烯二乙烯苯”共聚體；活性基團(tuán)為“強(qiáng)酸”性磺酸基團(tuán)（

23、SO3H）的陽(yáng)離子交換樹脂，全名稱為“凝膠型苯乙烯系強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂”。     二、型號(hào)     有機(jī)合成離子交換樹脂產(chǎn)品型號(hào)的命名原則。有機(jī)合成離子交換樹脂產(chǎn)品型號(hào)，以三位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，凝膠型樹脂的交聯(lián)度值，用聯(lián)接符號(hào)所聯(lián)系的第四位阿拉伯?dāng)?shù)字表示。     凡屬大孔型樹脂，在型號(hào)前加“大”字的漢語(yǔ)拼音首位字母“D”。     凡屬凝膠型樹脂，在型號(hào)前不加任何字母。     各位數(shù)字所代表的

24、意義。各位數(shù)字所代表的意義如下：      第一位數(shù)字代表活性基團(tuán)代號(hào)                        第二位數(shù)字代表骨架代號(hào)      第三位數(shù)字代表順序代號(hào)      × 

25、               聯(lián)接符號(hào)      第四位數(shù)字代表交聯(lián)度（）            1) 第一位數(shù)字活性基團(tuán)代號(hào)見下表。              

26、0; 第一位數(shù)字活性基團(tuán)代號(hào)   代號(hào)0123456活性基團(tuán)強(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)堿性弱堿性螯合性兩性氧化還原性      2) 第二位數(shù)字骨架代號(hào)見下表。                 第二位數(shù)字骨架代號(hào)代號(hào)0123456活性基團(tuán)苯乙烯系丙烯酸系酚醛系環(huán)氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系       

27、60; 3)產(chǎn)品型號(hào)舉例：001×7    凝膠型苯乙烯系強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂，  交聯(lián)度為7%，產(chǎn)品舊型號(hào)“732”；D311   大孔型丙烯酸系弱堿陰離子交換樹脂，產(chǎn)品舊型號(hào)為“703”。       第三節(jié) 離 子 交 換 原 理      關(guān)于離子交換過(guò)程的機(jī)理很多，其中，最適于水處理工藝的，是將離子交換樹脂看作具有膠體型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，這種上觀點(diǎn)認(rèn)為，在離子交換樹脂的高分子表面上有許

28、多和膠體表面相似的雙電層。也就是說(shuō)這里有兩層離子，緊鄰高分子表面的一層離子稱為內(nèi)層離子，在其外面是一層符號(hào)相反的離子層。與膠體的命名法相似，我們常把和內(nèi)層離子符號(hào)相同的離子稱作同離子，符號(hào)相反的稱反離子。所以離子交換就是樹脂中原有反離子和溶液中它種反離子相互交換位置。     根據(jù)膠體結(jié)構(gòu)的概念，雙電層中的反離子按其活動(dòng)性的大小可劃分為固定層和擴(kuò)散層。那些活動(dòng)性能差，緊緊地被吸附在高分子表面的離子層，稱為固定層，在其外側(cè)，那些活動(dòng)性較大，向溶液中逐漸擴(kuò)散的反離子層，稱為擴(kuò)散層，因?yàn)檫@些反離子像地球上的大氣一樣，籠罩在高分子表面上，故又稱為離子氛。

29、0;    內(nèi)層離子依靠化學(xué)鍵結(jié)合在高分子的骨架上，固定層中的反離子依靠異電荷的吸引力被固定著。而在擴(kuò)散層中的反離子，由于受到異電荷的吸引力較小，熱運(yùn)動(dòng)比較顯著，所以這些反離子有自高分子表面向溶液中漸漸擴(kuò)散的現(xiàn)象。     當(dāng)離子交換劑遇到含有電解質(zhì)的水溶液時(shí)，電解質(zhì)對(duì)其雙電層有以下幾種作用：     交換作用。擴(kuò)散層中反離子在溶液中的活動(dòng)較自由，離子交換主要在此種反離子和溶液中其它反離子之間進(jìn)行，但并不局限于此。因動(dòng)平衡的關(guān)系，溶液中的反離子會(huì)先交換至擴(kuò)散層，然后再與固定層

30、中的反離子互換位置。     在擴(kuò)散層中處于不同位置離子的能量是不相等的，那些和內(nèi)層離得最遠(yuǎn)的反離子能量最大，因此它們最活潑，最易和其他反離子交換；和內(nèi)層離得較近的反離子能量最小，活動(dòng)性較差。這和多元酸或多元堿的多級(jí)電離情況相似。     壓縮作用。當(dāng)溶液中鹽類濃度增大時(shí)，可以使擴(kuò)散層壓縮，從而使擴(kuò)散層中部分反離子變成固定層中的反離子，擴(kuò)散層的活動(dòng)范圍變小。這說(shuō)明了為什么當(dāng)再生溶液的濃度太大時(shí)，不僅不能提高再生效果，有時(shí)反使再生效果降低。     

31、0; 第四節(jié)  離 子 交 換 樹 脂 的 性 能       離子交換樹脂是高分子化合物，所以它們的結(jié)構(gòu)和性能因制造工藝的不同而不同，為此，對(duì)于商品離子交換樹脂的性能，必須用一系列指標(biāo)加以說(shuō)明。      同一類型的離子交換樹脂，其交聯(lián)劑加入量的多少，對(duì)產(chǎn)品的物理化學(xué)性能有很大的影響，一般加交聯(lián)劑多（即交聯(lián)度大）的樹脂，由于許多苯乙烯鏈都被交聯(lián)成網(wǎng)狀，所以其產(chǎn)品有網(wǎng)孔小、機(jī)械強(qiáng)度大和穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)，其特點(diǎn)是交換容量較小。     一

32、、物理性能     1、外觀      顏色。離子交換樹脂是一種透明或半透明的物質(zhì)，依其組成的不同，呈現(xiàn)的顏色也各異，苯乙烯系均呈黃色，其他也有黑色及赤褐色的。樹脂的顏色稍深。樹脂在使用中，由于可交換離子的轉(zhuǎn)換或受雜質(zhì)的污染等原因，其顏色會(huì)發(fā)生變化，但這種變化不能確切表明它發(fā)生了什么改變，所以只可以作為參考。      形狀。離子交換樹脂一般均呈球形。樹脂呈球狀顆粒數(shù)占顆?？倲?shù)的百分率，稱為圓球率。對(duì)于交換柱水處理工藝來(lái)說(shuō)，圓球率愈大愈好，它一般應(yīng)達(dá)90%

33、以上。      樹脂圓球率的測(cè)定方法，是先將樹脂在60烘干、稱重，然后慢慢倒在傾斜10°的玻璃上端，讓樹脂分散地向下自由滾動(dòng)，將滾動(dòng)下來(lái)的樹脂再稱重，后者與前者比值的百分?jǐn)?shù)即為圓球率。       2、粒度      樹脂顆粒的大小對(duì)水處理的工藝過(guò)程有較大的影響。顆粒大，交換速度就慢；顆粒小，水通過(guò)樹脂層的壓力損失就大。如果各個(gè)顆粒的大小相差很大，則對(duì)水處理的工藝過(guò)程是不利的。這首先是因?yàn)樾☆w粒堵塞了大顆粒間的孔隙，水流不勻

34、和阻力增大；其次，在反洗時(shí)流速過(guò)大會(huì)沖走小顆粒樹脂，而流速過(guò)小，又不能松動(dòng)大顆粒。用于水處理的樹脂顆粒粒徑一般為0.31.2mm。樹脂粒度的表示法和過(guò)濾介質(zhì)的粒度一樣，可以用有效粒徑和不勻系數(shù)表示。      3、密度      離子交換樹脂的密度是水處理工藝中的實(shí)用數(shù)據(jù)。例如在估算設(shè)備中樹脂的裝載量，需要知道它的密度。離子交換樹脂的密度有以下幾種表示法。    （1）干真密度。干真密度即在干燥狀態(tài)下樹脂本身的密度：    

35、                    干真密度    g/mL           此值一般為1.6左右,在實(shí)用意義不大,常用在研究樹脂性能方面。     (2）濕真密度。濕真密度是指樹脂在水中經(jīng)過(guò)充分膨脹后，樹脂顆粒的密度： 

36、                    濕真密度  g/mL    （3）濕視密度.濕視密度是指樹脂在水中充分膨脹后的堆積密度:                    &

37、#160; 濕視密度  g/mL      濕視密度用來(lái)計(jì)算交換器中裝載樹脂時(shí)所需濕樹脂的質(zhì)量,此值一般在0.600.85之間。陰樹脂較輕，偏于下限；陽(yáng)樹脂較重，偏于上限。      4、含水率     離子交換樹脂的含水率是指它在潮濕空氣中所保持的水量，它可以反映交聯(lián)度和網(wǎng)眼中的孔隙率。樹脂的含水率愈大，表示它的孔隙率愈大，并聯(lián)度愈小。     5、溶脹性    

38、當(dāng)將干的離子交換樹脂浸入水中時(shí),其體積常常要變大,這種現(xiàn)象稱為溶脹。     影響溶脹率大小的因素有以下幾種：    （1）溶劑。樹脂在極性溶劑中的溶脹性,通常比在非極性溶劑中強(qiáng)。    （2）交聯(lián)度。高交聯(lián)度樹脂的溶脹能力較低。    （3）活性基團(tuán)。此基團(tuán)愈易電離，樹脂的溶脹性愈強(qiáng)。    （4）交換容量。高交換容量離子交換樹脂的溶脹性要比低交換容量的強(qiáng)。    （5）溶液深度。溶液中電解質(zhì)濃

39、度愈大，由于樹脂內(nèi)外溶液的滲透壓差減小，樹脂的溶脹率愈小。    （6）可交換離子的本質(zhì)?？山粨Q的水合離子半徑愈大，其溶脹率愈大，故對(duì)于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性離子交換樹脂，溶脹率大小的次序?yàn)椋?#160;               HNaNH4KAg              OHHCO3CO32-SO42

40、-Cl-     一般，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂由Na轉(zhuǎn)變成H型，強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂由Cl型轉(zhuǎn)變成OH型，其體積均增加約5%。     由于離子交換樹脂具有這樣的性能，因而在其交換和再生的過(guò)程中會(huì)發(fā)生脹縮現(xiàn)象，多次的脹縮就容易促使樹脂顆粒碎裂。     6、耐磨性     交換樹脂顆粒在運(yùn)行中，由于相互磨軋和脹縮作用，會(huì)發(fā)生碎裂現(xiàn)象，所以其耐磨性是一個(gè)影響其實(shí)用性能的指標(biāo)。一般，其機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)能保證每年的樹脂耗損量不超過(guò)3%7%。 

41、;    7、 溶解性     離子交換樹脂是一種不溶于水的高分子化合物，但在產(chǎn)品中免不了會(huì)含有少量低聚物。因這些低聚物較易溶解，所以其應(yīng)用的最初階段。這些物質(zhì)會(huì)逐漸溶解。     離子交換樹脂在使用中，有時(shí)也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變成膠體漸漸溶入水中的現(xiàn)象，即所謂膠溶。促使膠溶的因素有：樹脂的交聯(lián)度小、電離能力大、離子的水合半徑大，有時(shí)還有受高溫或被氧化的影響。特別是強(qiáng)堿性陰樹脂，它會(huì)因化學(xué)降解而產(chǎn)生膠溶現(xiàn)象。     所以在運(yùn)行中要密切注意其運(yùn)行條件：如離

42、子交換樹脂處于蒸餾水中要比在鹽溶液中易膠溶，Na型比Ca型易膠溶。離子交換器備用后剛投入運(yùn)行時(shí)，有時(shí)發(fā)生出水帶色的現(xiàn)象，就是膠溶的緣故。     8、 耐熱性     各種樹脂所能承受的溫度都有限度，超過(guò)此溫度，樹脂熱分解的現(xiàn)象就很嚴(yán)重。由于各種樹脂的耐熱性能不一，所以對(duì)每種樹脂能承受的最高溫度，應(yīng)由鑒定試驗(yàn)來(lái)確定。一般陽(yáng)樹脂可耐100或更高的溫度；陰樹脂，強(qiáng)堿性的約可耐60，弱堿性的可耐80以上。通常，鹽型要比酸型或堿型穩(wěn)定。     9、 抗凍性  &

43、#160;  根據(jù)對(duì)各種樹脂在20的抗凍性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大孔型樹脂的搞凍性優(yōu)于凝膠型樹脂，實(shí)際上冰對(duì)大孔型樹脂沒(méi)有影響。凝膠型陽(yáng)樹脂的抗凍性不如陰樹脂。無(wú)論陰、陽(yáng)樹脂，機(jī)械強(qiáng)度好的（磨后圓球率高），抗凍性能也好。進(jìn)行濾干外部水分的001×7陽(yáng)樹脂10周期（凍干24h，再完全解凍24h為1周期）的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)磨后圓球率有所下降，裂球率提高，冰凍對(duì)浸在水中的001×7陽(yáng)樹脂的磨后圓球率幾乎無(wú)影響；201×7陰樹脂不管濾干外部水分、還是浸在水中冰凍，磨后圓球率和裂球率均變化不大，表明陰樹脂韌性較強(qiáng)。      10、 耐輻射性

44、能     在有核反應(yīng)堆的企業(yè)中，所用離子交換劑的抗輻射性是很重要的。一般而論，無(wú)機(jī)離子交換劑的耐輻射性能較好，而樹脂均易降解，其中又以陰樹脂為嚴(yán)重。     11、導(dǎo)電性     干燥的離子交換樹脂不導(dǎo)電，純水也不導(dǎo)電，但用純水潤(rùn)濕的離子交換樹脂可以導(dǎo)電，所以這種導(dǎo)電屬于離子型導(dǎo)電。這種導(dǎo)電在離子交換膜及樹脂的催化作用上很重要。     二、化學(xué)性能     離子交換樹脂的化學(xué)性能，有

45、離子交換、催化和形成絡(luò)鹽等。對(duì)于水處理來(lái)說(shuō)，以離子交換最為重要。今將有關(guān)離子交換方面的性能敘述于下。     1、 離子交換反應(yīng)的可逆性     離子交換反應(yīng)是可逆的，例如當(dāng)以含有硬度的水通過(guò)H型離子交換樹脂時(shí)，其反就如下式：               2RH Ca2        R2Ca 2H 

46、;    當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到失效后，為了恢復(fù)離子交換樹脂的交換能力，就可以利用離子交換反應(yīng)的可逆性，用硫酸或鹽酸溶液通過(guò)此失效的離子交換樹脂，以恢復(fù)其交換能力，其反應(yīng)如下：               R2Ca 2H        2RH Ca2     這兩種反應(yīng)，實(shí)質(zhì)上就是可逆反應(yīng)式（11）化學(xué)平衡的移動(dòng)。當(dāng)水中Ca2和

47、H型離子交換樹脂多時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行，反之，則逆向進(jìn)行。              2RH Ca2        R2Ca 2H    （11）     離子交換反應(yīng)的可逆性，是離子交換樹脂可以反復(fù)使用的重要性質(zhì)。     2、酸、堿性     H 型

48、陽(yáng)離子交換樹脂和OH型陰離子交換樹脂的性能與電解質(zhì)酸、堿相同，在水中有電離出H和OH的能力。因此，根據(jù)此能力的大小可以有強(qiáng)弱之分。例如     磺酸型是強(qiáng)酸性離子交換樹脂     羧酸型是弱酸性離子交換樹脂     季胺型是強(qiáng)堿性離子交換樹脂     伯胺、仲胺和叔胺型是弱堿性離子交換樹脂：     也有些離子交換樹脂介于上述強(qiáng)弱之間，例如PO3H2(膦酸基)型離子交換樹脂就是中等酸性的。

49、60;    強(qiáng)酸性H 型交換樹脂在水中電離出H的能力較大，所以它很容易和水中其他各種陽(yáng)離子進(jìn)行交換反應(yīng)；而弱酸性H 型交換樹脂在水中電離出的H能力較小，故當(dāng)水中有一定量的H時(shí)，就顯示不出交換反應(yīng)。強(qiáng)堿性和弱堿性陰離子交換樹脂的情況與此相似。      3、中和與水解      離子交換樹脂的中和與水解的性能和通常的電解質(zhì)一樣。H離子交換樹脂和堿溶液會(huì)進(jìn)行中和反應(yīng)，如強(qiáng)酸性H離子交換樹脂和強(qiáng)堿NaOH相遇，則中和反應(yīng)進(jìn)行得很完全，如下式：  &#

50、160;            RSO3H NaOH         RSO3Na H2O     因此，H型離子交換樹脂酸性的強(qiáng)弱，和一種化合物酸性的強(qiáng)弱一樣，可用測(cè)定滴定曲線的辦法求得。     它的水解反應(yīng)也和通常電解質(zhì)的水解反應(yīng)一樣，當(dāng)水解產(chǎn)物有弱酸或弱堿時(shí)，水解度就較大，如下式： 

51、0;            RCOONa H2O        RCOOH NaOH               RNH3Cl H2O         RNH3OH HCl  &#

52、160;  所以，具有弱酸性基團(tuán)和弱堿性基團(tuán)的離子交換樹脂的鹽型，容易水解。     4、離子交換樹脂的選擇性     離子交換樹脂吸著各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸著，但吸著后要把它置換下來(lái)就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來(lái)卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。選擇性會(huì)影響到離子交換樹脂的交換和再生過(guò)程，故在實(shí)際應(yīng)用中是一個(gè)很重要的問(wèn)題。     影響離子交換樹脂選擇性的因素很多，例如交換離子的種類、樹脂的本質(zhì)、溶液的濃度等。離子交換

53、的選擇性實(shí)際上是離子交換平衡的一種表現(xiàn)。     5、交換容量     離子交換樹脂的交換容量表示其可交換離子量的多少。其表示單位有以下兩種：一是質(zhì)量表示法，即單位質(zhì)量離子交換樹脂吸著能力，通常用mmol/g表示；另一種是體積表示法，即單位體積離子交換樹脂的吸著能力，通常用mmol/m3表示。     在表示交換容量時(shí)，應(yīng)把交換樹脂上可交換離子的形態(tài)闡述清楚，因?yàn)殡x子交換樹脂形態(tài)不同，其質(zhì)量和體積也不相同。為了統(tǒng)一起見，一般是陽(yáng)離子交換樹脂以Na型為準(zhǔn)（也有以H型為準(zhǔn)的），陰

54、離子交換樹脂以Cl型為準(zhǔn)。必要時(shí)，應(yīng)標(biāo)明其離子形態(tài)。     今將常用的全交換容量、工作交換容量和平衡交換容量敘述如下：    （1） 全交換容量（Q）。此指標(biāo)表示離子交換樹脂中所有活性基團(tuán)的總量，即將樹脂中所有活性基團(tuán)全部再生成某種可交換的離子，然后測(cè)定其全部交換下來(lái)的量。對(duì)于同一種離子交換樹脂來(lái)說(shuō)，它是常數(shù)。這種交換容量主要用于離子樹脂的研究方面。    （2）工作交換容量（QG）。工作交換容量是在交換柱中，模擬水處理實(shí)際運(yùn)行條件下測(cè)得的交換容量，就是把離子交換樹脂放在動(dòng)態(tài)交換柱中

55、，通過(guò)需要處理的水，直到濾出液中有要交換的離子漏出為止所發(fā)揮出的交換容量，稱為工作交換容量。影響工作交換容量的因素甚多：如進(jìn)水中離子的濃度、交換終點(diǎn)的控制指標(biāo)、樹脂層的高度、水流速度等。此外，通常為了節(jié)約再生劑的用量，交換劑并不能得到徹底再生，這也會(huì)對(duì)工作交換容量有很大影響。所以在測(cè)定工作交換容量時(shí)，應(yīng)明確規(guī)定這些運(yùn)行條件，或根據(jù)設(shè)備情況、原水水質(zhì)和對(duì)出水水質(zhì)的要求等，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。工作交換容量常用體積表示法，即mmol/m3或mol/L。     顯然，離子交換樹脂的再生程度對(duì)其交換容量有很大的影響。如經(jīng)充分再生，則可得到最大的工作交換容量。

56、0;   （3）平衡交換容量（QP）。離子交換樹脂完全再生后，求它和一定組成的水溶液作用到平衡狀態(tài)時(shí)的交換容量，稱為平衡交換容量。此指標(biāo)表示在某種給定溶液中離子交換樹脂的最大交換容量。它不是常數(shù)，只與平衡的溶液組成有關(guān)。       第五節(jié)   離子交換選擇性順序     在離子交換水處理的實(shí)際應(yīng)用中,我們常常需要知道在許多離子的混合液中哪一種離子易被吸取,哪一種離子較難被吸取的次序。此種性能與它們呈離子交換平衡時(shí)的相對(duì)量有關(guān)。  &#

57、160;  對(duì)于陽(yáng)離子交換來(lái)說(shuō)，此種順序的規(guī)律比較明顯，在稀溶液中，強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂對(duì)常見陽(yáng)離子的選擇性順序如下：           Fe3Al3Ca2Mg2KNH4NaH     這可以歸納為兩個(gè)規(guī)律：離子所帶電荷量愈大，愈易被吸取；當(dāng)離子所帶電荷量相同時(shí)，離子水合半徑較小的易被吸取。     對(duì)于弱酸性陽(yáng)樹脂，H的位置向前移動(dòng)，例如羧酸型樹脂對(duì)H選擇性居于Fe3之前。在濃溶液中，選擇性順序有一些

58、不同，某些低價(jià)離子會(huì)居于高價(jià)離子之前，至于陰離子交換的選擇性順序，情況要比陽(yáng)離子交換復(fù)雜，通過(guò)研究得知，在淡水的離子交換除鹽處理系統(tǒng)中，即進(jìn)水是稀酸溶液時(shí)，強(qiáng)堿性O(shè)H型陰樹脂對(duì)陰離子的選擇性順序?yàn)?                        SO42-(+HSO4-)Cl-HCO3-HsiO3-      當(dāng)OH離子交換樹脂失效后，用堿進(jìn)行再生時(shí)，即對(duì)于進(jìn)水是濃堿溶液，陰離子的選擇性順序?yàn)椋?#160;                      Cl-SO42-CO32-SiO32-     據(jù)此，可以推知，強(qiáng)堿性O(shè)H型陰