第十二章离子交换已讲
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离子交换PPT课件
交换容量 表征活性基团的性能参数
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
27
影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
（可交换离子）
3
树脂的网络骨架
4
5
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
6
7
常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
17
DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
16
CMC Cation Exchanger
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
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影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
（可交换离子）
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树脂的网络骨架
4
5
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
6
7
常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
17
DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
16
CMC Cation Exchanger
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
离子交换专用讲座
新型离子交换树脂
毫无疑问，离子交换树脂的结构和性能直接决定着产品的 质量。
在常规离子交换树脂的应用过程中，出现了一些常规树脂 很难解决的问题。针对这些问题，一些新型的离子交换树 脂便应运而生。例如，反常规均粒混床树脂的出现在很大 程度上解决了火电厂凝结水精处理的出水水质恶化问题， 两性树脂的使用大大降低了树脂再生的酸碱耗量；另外， 某些特殊的场合需要使用符合特定质量要求的离子交换树 脂，例如核电站使用的树脂必须是具备特殊性能的核级离 子交换树脂。下文将重点介绍上述几种新型离子交换树脂。
• 离子交换树脂的品种很多，因化学组成和结构不同而具有 不同的功能和特性，适应于不同的用途。应用树脂要根据 工艺要求和物料的性质选用适当的类型和品种。
离子交换树脂回收铬酸
阴离子交换柱，除去Cr2O72-和CrO42-离子
电镀的工艺过程
再生液，含Na2Cr2O7和Na2CrO4
阳离子交换器5的作用：除去金属离子及杂质，减少对阴 蒸发器，使铬酸浓缩，达到
变色树脂
• 变色树脂是一类带有指示剂的阳离子交换树脂或阴离子交 换树脂。它既能与水中的阳离子或阴离子进行交换反应， 又因为其再生型和失效型时的颜色具有明显色差，非常便 于分辨，从而便于现场人员的操作控制。其中，变色阳树 脂主要可以用来监测蒸汽和凝结水处理混床出水的阳电导 率。树脂装填于小型交换柱中，水中微量的矿物质被树脂 交换转化为酸，大大提高了监测水中阳离子的灵敏度。当 树脂失效时变成另一种颜色，明显的指示出交换柱的工作 状态。另外，变色阳树脂还可以与变色阴树脂或普通强碱 性阴树脂配套装于小直径的透明混床交换柱中，作为带指 示剂的混床树脂，用于电厂汽轮机内冷水的监测，并可以 用于电子仪表工业和食品、医药工业等领域。
• 3）制药行业
离子交换培训资料 ppt课件
投入运行。
交换器经过多周期运行后，下部树脂层也会受到一定程度的污染，必须定期对
整个树脂层进行大反洗，大反洗前先进行小反洗，在大反洗时流量应由小到大，逐
步增大。
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12
运行时的技术经济指标
离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质，工作交换容量和相应的 再生剂 比耗，周期制水量及再生过程中消耗水量。
在实际运行时，交换树脂分为几个区域， 上层全部转为B型树脂，是失效层。 失效层的下一个区域为工作层， 水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行， 在这一层中的树脂是A型和B型的混合物， 随着交换的进行，工作层树脂被B离子饱和， 也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到下 一区域， 可见交换柱中的工作层是自上而下不断 移动的。
如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。
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6
二 一级除盐系统
一级化学除盐系统由阳离子交换器、除碳器和阴离子交换 器所组成，其组合方式分为单元制和母管制。
单元制
H
C
OH
H
母管制
H H H
C
OH
OH C
OH
图3 一级复床除盐系统 1—阳床水泵； 2—强酸性H型阳离子交换器； 3—除碳器；
图4 交换器中离子分布情况 (a)开始进水时 (b)交换器失效时
开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因
而电导率、酸度、钠离子快速下降（a点前）。在ab
为稳定制水过程，b点后树脂开始失效。此时水中钠增
加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率
下降。
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a
b
图5 强酸H型阳离子交 换 器典型出水曲线
离子交换基本原理
离子交换基本原理离子交换是一种常见的水处理技术，通过其基本原理，可以有效地去除水中的杂质和污染物，提高水质，使其符合特定的要求和标准。
下面我将详细介绍离子交换的基本原理。
离子交换是指通过固体离子交换树脂将水中的离子与树脂上的离子进行交换，从而实现水中离子的去除或浓缩。
离子交换树脂通常是由高分子化合物构成的，可以吸附和释放水中的离子。
离子交换的基本原理可以分为吸附和解吸两个过程。
吸附是指当水通过离子交换树脂时，树脂表面的固定离子与水中的离子发生相互作用，形成化学键，并将水中的离子吸附在树脂上。
树脂表面的固定离子通常是氢离子（H+）或氢氧根离子（OH-），这些固定离子可以与水中的阳离子或阴离子进行交换。
当树脂吸附了大量的离子后，其容量将达到饱和状态，此时需要对树脂进行再生，以恢复其吸附能力。
解吸是指将水中的离子与树脂上的固定离子进行交换，使树脂释放出吸附的离子。
一般来说，树脂的再生可以通过两种方式进行：化学再生和物理再生。
化学再生是指使用化学物质与树脂上的固定离子进行反应，将吸附在树脂上的离子去除并替代为新的固定离子。
常用的化学再生剂包括盐酸、盐酸钠、盐酸铁等。
物理再生是指使用物理方法将吸附在树脂上的离子去除，常见的物理再生方法有反向冲洗、气体吹扫等。
离子交换技术的应用非常广泛，主要用于水处理领域。
通过离子交换可以有效去除水中的硬度离子（如钙、镁离子）、重金属离子（如铅、铜离子）、放射性核素（如铯、锶离子）等有害物质。
此外，离子交换也可以用于水的软化、脱盐、浓缩和纯化等过程。
离子交换技术在水处理中的应用可以提高水质，减少水中有害物质对人体和环境的影响，保护人类的健康和生态环境的可持续发展。
然而，离子交换也存在一些限制，如树脂的成本较高、再生过程中产生的废液处理问题等。
总之，离子交换是一种重要的水处理技术，通过吸附和解吸的过程，可以有效地去除水中的离子，提高水质。
离子交换技术在水处理领域具有广泛的应用前景，将为人类提供更加健康和清洁的水资源。
第十二章离子交换--待讲ppt课件
R=NH2-OH 仲胺型
R-NH3OH 伯胺型
1〕.交换才干差，不能吸附弱酸阴离子。
只能吸附强酸阴离子：
2R-NH3OH+H2SO4→〔R-NH3〕2SO4+2H2O PH值〔0～ 7〕
R-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O
PH值〔0～ 7〕
2R-NH3-OH+Na2SO4→2〔R-NH3〕2SO4+2NaOH 〔不能进展〕
2．构造和计算： 1〕 构造：
2〕 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3〕 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间可以去除CO2的量〔才干〕 K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推进力下去除的CO2的数 量瓷环面积
单位时间需去除量 ：
求F——瓷环面积 〔1〕求体积V V＝F/E
⑹ 设备防腐
12.3.4固定床软化系统的设计计算 物料平衡关系式： Fh·q＝QT·Ht
Q＝ηqo ＝ {ηr －〔1－ηs〕}qo
η：树脂实践利用率 ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
12.4离子交换除盐方法与系统
12.4.1水的纯度概念 电阻率：1cm×1cm×1cm体积的水所测得的电阻〔Ω·cm〕
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl NaOH
耗量(g/mol) 80～100 50～55 55～65
浓度(%) 5～8 1.5～3 1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
R-NH3OH 伯胺型
1〕.交换才干差，不能吸附弱酸阴离子。
只能吸附强酸阴离子：
2R-NH3OH+H2SO4→〔R-NH3〕2SO4+2H2O PH值〔0～ 7〕
R-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O
PH值〔0～ 7〕
2R-NH3-OH+Na2SO4→2〔R-NH3〕2SO4+2NaOH 〔不能进展〕
2．构造和计算： 1〕 构造：
2〕 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3〕 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间可以去除CO2的量〔才干〕 K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推进力下去除的CO2的数 量瓷环面积
单位时间需去除量 ：
求F——瓷环面积 〔1〕求体积V V＝F/E
⑹ 设备防腐
12.3.4固定床软化系统的设计计算 物料平衡关系式： Fh·q＝QT·Ht
Q＝ηqo ＝ {ηr －〔1－ηs〕}qo
η：树脂实践利用率 ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
12.4离子交换除盐方法与系统
12.4.1水的纯度概念 电阻率：1cm×1cm×1cm体积的水所测得的电阻〔Ω·cm〕
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl NaOH
耗量(g/mol) 80～100 50～55 55～65
浓度(%) 5～8 1.5～3 1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
有色冶金原理第八章溶剂萃取和离子交换
有 －水 RT =ln a水 a有
e a 有 －水 RT 水
a有 c有 有
c水 水
其中c为摩尔浓度， 为活度系数。
当溶质浓度较低时，活度系数都接近于1，有，水 为 常数，故有C有/C水为常数，即
K为分配常数
K= C有/C水
分配定律仅适用于溶质浓度较低，接近理想体系， 溶质和溶剂不发生化学作用，溶质以同种的分子状态分 配在两相的情况。
电子-活化中心型的配位键，这种键比水分子键更牢固。
②各种有机碱及其盐或者是各种有机酸及其盐，能与水溶液接触时发
生萃取分子中的无机阴离子或阳离子和水溶液中的同名离子之间的 离子交换过程。
1.4.1 中性萃取剂：
代表者：酮，醇，醚 ，中性的焓磷、含硫和含氮的有 机化合物。
从结构上看，中性萃取剂分子中均含有能使氧原子 通向体系空间的活性基团，如羟基，磷酰基，亚硫酰基等， 氧原子能直接与被萃取金属化合物中的金属阳离子配位或 者间接地通过氢键与金属结合而形成中性络合物。
(2)烊盐形成能力决定与含氧萃取剂的碱性，萃取剂碱性越 强越有利于萃取，其次序：取代酰胺>酮>醇>醚
烊盐萃取要在高酸度条件下进行 胺盐萃取
主要萃取剂有伯、仲、叔胺以及季胺盐。 注：除了阴离子交换机理外，还存在一种所谓的加合反应
机理。
1.4.3 用阳离子交换萃取剂进行的萃取
用有机酸及其盐以及螯合剂对金属阳离子进行萃取 的过程，被萃取的金属阳离子交换萃取剂中的阳离子 （H+）的过程发生在相同的界面上，所以萃取机理属于 相间阳离子交换。
第十二章 溶剂萃取和离子交换
第十二章 （一）溶剂萃取
（二）离子交换
（一）溶剂萃取
1.1 溶剂萃取
最新离子交换原理课件PPT
▪ 树脂的交联度：交联度越高，选择性增加 ▪ 强酸(碱)、弱酸碱树脂的交换
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
离子交换技术讲课文档
第24页，共74页。
第二节 离子交换过程理论基础
三、离子交换树脂的理化性质
7.稳定性
（1）化学稳定性
一般阳离子树脂较阴离子树脂的化学稳定性好；阴离子树脂中弱碱性树脂化学稳 定性最差。如苯乙烯型强酸性阳离子树脂对各种有机溶剂、强酸、强碱等稳定。羟 型阴离子树脂稳定性较差，故以氯型存放。
R-M+OH-
-OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团；
强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二 甲基-ß-羟基乙基胺基；
弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；
第15页，共74页。
第二节 离子交换过程理论基础
一、离子交换基本原理
2.离子交换的分类
苯乙烯型树脂； 丙烯酸型树脂； 按树脂骨架的化学成份： 酚醛型树脂；
常用的致孔剂有：良溶剂（能与单体互溶的）甲苯、四氯化碳；不良溶 剂 长链醇（碳4-10） 煤油；高分子聚合物 聚苯乙烯、聚丙烯酸酯
第6页，共74页。
第二节 离子交换过程理论基础
一、离子交换基本原理 2.离子交换平衡关系
离子交换树脂在溶液中溶胀后，交换功能团的离子在树脂网状内部的水中扩散，溶 液中的离子扩散至树脂表面，然后再扩散至内部与功能团的离子交换。被交换的离子由
201～300为强碱性阴离子树脂； 301～400为弱碱性阴离子树脂
交联度是聚合载体骨架时交联剂用量的质量分数，去掉％
如 98×5 表示强酸性 阳离子树脂，交联度5 ％；
205×7 表示强碱性阴 离子树脂，交联度7％ ；
第17页，共74页。
第二节 离子交换过程理论基础
二. 离子交换树脂的命名
1997年化工部颁布新离子交换树脂命名法：
第二节 离子交换过程理论基础
三、离子交换树脂的理化性质
7.稳定性
（1）化学稳定性
一般阳离子树脂较阴离子树脂的化学稳定性好；阴离子树脂中弱碱性树脂化学稳 定性最差。如苯乙烯型强酸性阳离子树脂对各种有机溶剂、强酸、强碱等稳定。羟 型阴离子树脂稳定性较差，故以氯型存放。
R-M+OH-
-OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团；
强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二 甲基-ß-羟基乙基胺基；
弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；
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第二节 离子交换过程理论基础
一、离子交换基本原理
2.离子交换的分类
苯乙烯型树脂； 丙烯酸型树脂； 按树脂骨架的化学成份： 酚醛型树脂；
常用的致孔剂有：良溶剂（能与单体互溶的）甲苯、四氯化碳；不良溶 剂 长链醇（碳4-10） 煤油；高分子聚合物 聚苯乙烯、聚丙烯酸酯
第6页，共74页。
第二节 离子交换过程理论基础
一、离子交换基本原理 2.离子交换平衡关系
离子交换树脂在溶液中溶胀后，交换功能团的离子在树脂网状内部的水中扩散，溶 液中的离子扩散至树脂表面，然后再扩散至内部与功能团的离子交换。被交换的离子由
201～300为强碱性阴离子树脂； 301～400为弱碱性阴离子树脂
交联度是聚合载体骨架时交联剂用量的质量分数，去掉％
如 98×5 表示强酸性 阳离子树脂，交联度5 ％；
205×7 表示强碱性阴 离子树脂，交联度7％ ；
第17页，共74页。
第二节 离子交换过程理论基础
二. 离子交换树脂的命名
1997年化工部颁布新离子交换树脂命名法：
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（2）测定方法：滴定测定与理论上计算
12.3离子交换软化设备及其计算
12.3.1逆流再生固定床
再生液饱和程度
特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上
低
⑵ 出水水质明显提高
↓
⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保证出
水水质
中
⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低
↓
⑸ 工作交换容量提高
高
⑹ 操作较复杂
5．密度
6.有效PH值范围
由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH 值势必对其交换容量产生影响。
表12.1 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型
强酸性 弱酸性 强碱性
弱碱性
有效pH值范围 1~14
5~14
1~12
0~7
12.1.3离子交换平衡
选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力，即有利于进行离 子交换反应。 选择系数用离子浓度分率表示：
二阶对一阶离子交换反应通式为：
12.1.4离子交换速度
膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？
慢者控制离子交换反应的速度．
(1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步． 浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步 介于中间则取决于具体情况．
(2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄．膜扩散快． 但孔隙扩散基本不受影响．
第12章 离子交换
12.1 离子交换基本原理 12.2 离子交换软化方法与系统 12.3 离子交换软化设备及其计算 12.4 离子交换除盐方法与系统
12.1 离子交换基本原理
12.1.1离子交换树脂的类型及命名 12.1.1.1离子交换树脂的类型
2． 离子交换树脂 1） 分类
2） 结构
3． 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂 分类名称 12.1.1.2 命名
(3) 树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比． 孔道扩散，速度与粒径２次方成反比．
(4) 交联度： 交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显 著．
12.1.5 树脂层离子交换过程
12.1.6树脂的再生 再生液与水流方向相同
1．顺流再生 特点：⑴ 上部再生程度高，下部差，越是下部越差
⑵ 再生剂耗量大，2～3倍理论值时，效果仍不理想 ⑶ 出水剩余硬度高
⑷ 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低
⑸ 适合于硬度较低的场合
2．逆流再生
再生液饱和程度
特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上
低
⑵ 出水水质明显提高
↓ 仍能保
⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水
证出水水质
中
⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低
↓
⑸ 工作交换容量提高
高 低等
⑹ 操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量
逆流
A厂 109.5 86.7 20.8
1.5
5~10
0
B厂 109.6 88 19.7
1.5
4~6
2
C厂 124 74.6 40
1.3
10~16
<3
12.3.2再生附属设备 1．食盐系统
2．酸系统
3．再生剂用量计算：
再生剂用量G表示单位体积树脂所消耗的纯再生剂量（g / L，kg / m3）
2．构造和计算： 1） 构造：
2） 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3） 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间能够去除CO2的量（能力） K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推动力下去 除的CO2的数量瓷环面积
单位时间需去除量 ：
求F——瓷环面积 （1）求体积V V＝F/E
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl NaOH
耗量(g/mol) 80～100 50～55 55～65
浓度(%) 5～8 1.5～3 1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
比耗：n
mol / mol （再生剂 / 工作交换容量）
再生1mol所需质量：R＝n·MB 再生剂摩尔质量
G＝q·R＝q·n·MB （g / L） q:树脂工作交换容量
每台离子交换器再生一次所需要再生剂的总量等于：
式中α——工业用酸或盐的浓度或纯度，%
12.3.3除二氧化碳器 1 ．原理：
CO2具有腐蚀性，并增加强碱树脂负荷，且一般为H床后固定床软化系统的设计计算
物料平衡关系式： Fh·q＝QT·Ht
Q＝ηqo ＝ {ηr －（1－ηs）}qo
η：树脂实际利用率
ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
12.2 离子交换软化方法与系统
12.2.1离子交换软化系统选择 1．Na＋离子交换软化法
2．H＋离子交换软化法
3．H－Na串联及并联： ⑴ 并联：
12.2.2离子交换树脂的交换容量 1．交换容量： 1）全交换容量 （1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量 代表交换能力的大小
（３）风量 20～30 m3/ m3（水） 据风量，风压选风机
瓷环阻力0.3～0.5 KPa／m， 其它局部阻力0.4 KPa
结论：⑴ K——解析系数，温度高则其值大，CO2溶解度低，冬天鼓热 风
⑵ 水封高度大于风压
⑶ 进风口高于水面距离＞25cm，伸入内壁，防止水溅入风口 ⑷ 通风管有一定坡向水面的坡度 ⑸ 防止出水管不通，使水漫入鼓风机
从而使底部再生效果好及剂量低等
为何能降低出水硬度
（以H型树脂与含钠盐进行交换为例，即能降低钠的泄漏）
逆流再生操作步骤： ⑴ 小反洗 ⑵ 放水 ⑶ 顶压 → 使床不乱 （为何需顶压，顺流时是否需顶压） ⑷ 进再生液 ⑸ 逆向冲洗 （软化水，流速5～7m/h） ⑹ 正洗
为何需软化水逆向冲洗：
逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中 又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。
12.1.2离子交换树脂的基本性能
1． 外观 粒径0.3～1.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒
2．交联度：以7~10%为宜
3．含水率
树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分
比（约50%）
树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率
4．溶胀性
干树脂+水→湿树脂
体积胀大 绝对溶胀度
12.3离子交换软化设备及其计算
12.3.1逆流再生固定床
再生液饱和程度
特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上
低
⑵ 出水水质明显提高
↓
⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保证出
水水质
中
⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低
↓
⑸ 工作交换容量提高
高
⑹ 操作较复杂
5．密度
6.有效PH值范围
由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH 值势必对其交换容量产生影响。
表12.1 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型
强酸性 弱酸性 强碱性
弱碱性
有效pH值范围 1~14
5~14
1~12
0~7
12.1.3离子交换平衡
选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力，即有利于进行离 子交换反应。 选择系数用离子浓度分率表示：
二阶对一阶离子交换反应通式为：
12.1.4离子交换速度
膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？
慢者控制离子交换反应的速度．
(1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步． 浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步 介于中间则取决于具体情况．
(2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄．膜扩散快． 但孔隙扩散基本不受影响．
第12章 离子交换
12.1 离子交换基本原理 12.2 离子交换软化方法与系统 12.3 离子交换软化设备及其计算 12.4 离子交换除盐方法与系统
12.1 离子交换基本原理
12.1.1离子交换树脂的类型及命名 12.1.1.1离子交换树脂的类型
2． 离子交换树脂 1） 分类
2） 结构
3． 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂 分类名称 12.1.1.2 命名
(3) 树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比． 孔道扩散，速度与粒径２次方成反比．
(4) 交联度： 交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显 著．
12.1.5 树脂层离子交换过程
12.1.6树脂的再生 再生液与水流方向相同
1．顺流再生 特点：⑴ 上部再生程度高，下部差，越是下部越差
⑵ 再生剂耗量大，2～3倍理论值时，效果仍不理想 ⑶ 出水剩余硬度高
⑷ 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低
⑸ 适合于硬度较低的场合
2．逆流再生
再生液饱和程度
特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上
低
⑵ 出水水质明显提高
↓ 仍能保
⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水
证出水水质
中
⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低
↓
⑸ 工作交换容量提高
高 低等
⑹ 操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量
逆流
A厂 109.5 86.7 20.8
1.5
5~10
0
B厂 109.6 88 19.7
1.5
4~6
2
C厂 124 74.6 40
1.3
10~16
<3
12.3.2再生附属设备 1．食盐系统
2．酸系统
3．再生剂用量计算：
再生剂用量G表示单位体积树脂所消耗的纯再生剂量（g / L，kg / m3）
2．构造和计算： 1） 构造：
2） 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3） 计算：
G＝KF△C kg／h G——单位时间能够去除CO2的量（能力） K—— 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推动力下去 除的CO2的数量瓷环面积
单位时间需去除量 ：
求F——瓷环面积 （1）求体积V V＝F/E
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl HCl NaOH
耗量(g/mol) 80～100 50～55 55～65
浓度(%) 5～8 1.5～3 1～3
钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质
盐耗量(g/mol)
出水硬度c（1/2Ca2+）
umol/L
顺流 逆流 节约 逆流再生 顺流 （%） 盐比耗
比耗：n
mol / mol （再生剂 / 工作交换容量）
再生1mol所需质量：R＝n·MB 再生剂摩尔质量
G＝q·R＝q·n·MB （g / L） q:树脂工作交换容量
每台离子交换器再生一次所需要再生剂的总量等于：
式中α——工业用酸或盐的浓度或纯度，%
12.3.3除二氧化碳器 1 ．原理：
CO2具有腐蚀性，并增加强碱树脂负荷，且一般为H床后固定床软化系统的设计计算
物料平衡关系式： Fh·q＝QT·Ht
Q＝ηqo ＝ {ηr －（1－ηs）}qo
η：树脂实际利用率
ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
12.2 离子交换软化方法与系统
12.2.1离子交换软化系统选择 1．Na＋离子交换软化法
2．H＋离子交换软化法
3．H－Na串联及并联： ⑴ 并联：
12.2.2离子交换树脂的交换容量 1．交换容量： 1）全交换容量 （1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量 代表交换能力的大小
（３）风量 20～30 m3/ m3（水） 据风量，风压选风机
瓷环阻力0.3～0.5 KPa／m， 其它局部阻力0.4 KPa
结论：⑴ K——解析系数，温度高则其值大，CO2溶解度低，冬天鼓热 风
⑵ 水封高度大于风压
⑶ 进风口高于水面距离＞25cm，伸入内壁，防止水溅入风口 ⑷ 通风管有一定坡向水面的坡度 ⑸ 防止出水管不通，使水漫入鼓风机
从而使底部再生效果好及剂量低等
为何能降低出水硬度
（以H型树脂与含钠盐进行交换为例，即能降低钠的泄漏）
逆流再生操作步骤： ⑴ 小反洗 ⑵ 放水 ⑶ 顶压 → 使床不乱 （为何需顶压，顺流时是否需顶压） ⑷ 进再生液 ⑸ 逆向冲洗 （软化水，流速5～7m/h） ⑹ 正洗
为何需软化水逆向冲洗：
逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中 又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。
12.1.2离子交换树脂的基本性能
1． 外观 粒径0.3～1.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒
2．交联度：以7~10%为宜
3．含水率
树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分
比（约50%）
树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率
4．溶胀性
干树脂+水→湿树脂
体积胀大 绝对溶胀度