阴阳离子交换器

阳床内外部结构
顺流再生离子交换器的内部结构 1-进水装置；2-再生液分配装置；3-树脂层；4-排水 装置
图3-11 顺流再生离子交换器的外部 结构
进水装置
反洗空间 压脂层 200mm
中间排液装置
树脂层 1600mm 排水装置
逆流再生阳离子交换器结构图
进水装置的作用是均匀分布进水于交换器的过水断面上。另 一个作用是均匀收集反洗排水。




2按离子交换树脂的孔型分类
（1）凝胶型树脂。这种树脂是由苯乙烯和二乙烯苯混合 物在引发剂存在下进行悬浮聚合得到的具有交联网状结构 的聚合物，因为这种聚合物呈透明或半透明的凝胶结构， 所以称为凝胶型树脂。凝胶型树脂的网孔通常很小，平均 孔径约1~2nm，且大小不一。在干态下，这种网孔并不 存在，当浸入水中呈湿态时，它们才能显示出来。因为凝 胶型树脂孔径小，不利于离子运动，直径较大的分子通过 时，容易堵塞网孔，再生时也不易洗脱下来，所以凝胶型 树脂易受到有机物污染。 （2）大孔型树脂。这类树脂的制备方法与凝胶型树脂的 不同不同点在于制备大孔结构高分子聚合物骨架时加入了 致孔剂，待聚合反应完成后，再将致孔剂抽提出来，这样 便留下了永久性网孔

2型号 离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数 字组成，第一位数字代表产品分类，第二 位数字代表骨架组成，第三位数字为顺序 号，用来区别活性基团或交联剂的差异。 代号数字的见下表。凡属大孔型树脂，在 树脂前加“大”字的汉语拼音首字母“D”； 凡属于凝胶型树脂在型号前不加任何字母， 交联度可在型号后用“x”符号连接阿拉伯数 字表示。
离子交换树脂


离子交换树脂概述
离子交换法是指某些材料遇水时，能将本身具有的离子与 水中带同类电荷的离子进行交换的方法，这些材料称为离 子交换剂。在离子交换技术被应用的初期，采用的只是天 然的和无机质的交换剂，目前普遍应用于水处理中的离子 交换剂是合成的离子交换树脂。
交换树脂的组成
离子交换树脂是由以下三部分组成： 1单体。单体是聚合成高分子化合物的低分子有机 物。它是树脂的主要成分，又称母体。 2交联剂。交联剂是固定树脂形状和增强树脂机械 强度的成分。常用的交联剂是二乙烯苯。 3交换集团是由连接在单体上的具有活性离子的基 团。它是通过磺化反应引入磺酸基—SO3H,通过 胺化引入氨基，如季氨基—N+（CH3)3
离子交换树脂的命名方法


离子交换树脂产品的型号是根据国家标准 GB1631—1979《离子交换树脂产品分类、 命名及型号》制定的。 1名称 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架 名称、基本名称依次排列组成。基本名称 为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称前 加“大孔”两字。分类属酸性的在基本名 称前加“阳”字，属碱性的在基本名称前 加“阴”字。
氯乙 烯系

离于交换树脂型号图解如下：
离子交换树脂的性能


一物理性能
①外观 树脂是一种透明或半透明的物质，因其组成不同，颜色各异， 如苯乙烯树脂呈黄色，也有呈黑色和赤褐色的，但对性能影响不大。 一般情况下，原料杂质多或交联剂多，树脂的颜色稍深（但树脂在运 行过程中，因为各种原因有时颜色也会变化）。树脂外形呈球状，要 求圆球率达到90%以上。 ②粒度 树脂颗粒的大小将影响交换速 度、压力损失、反洗效果等。颗粒大小不能相差太大。用于水处理的 离子交换树脂的颗粒以0.3~1.2mm目为宜。粒度的表示方法以有效 粒径和不均匀系数来表示。③密度 关系到水处理工艺和树脂装填量。 密度的表示方法有：干真密度（一般1.6g/cm3左右）、湿真密度 （一般1.04～1.30g/cm3之间）、湿视密度（一般在0.60～ 0.80g/cm3之间）。 ④含水率 树脂的含水率越大，表示孔隙率 越大，交联度越小。 ⑤溶胀率 树脂浸水之后要溶胀，它与交联 度、活性基团、交换容量、水中电解质密度、可交换离子的性质等有 关。树脂在交换与再生过程中会发生胀缩现象，多次胀缩树脂易碎裂。 ⑥耐磨性 反映树脂的机械强度。它应保证每年树脂耗量不超过7%。 ⑦溶解性 树脂内含有低聚合物要逐渐溶解，在树脂使用过程中也会 发生胶溶。 ⑧耐热性 阳树脂耐温100℃左右，强碱性阴树脂可耐 60℃，弱碱性阴树脂可耐温80℃。但在低于或等于0℃时，易结冰而 破碎。 ⑨导电性 干树脂不导电，湿树脂可电导。
1/2Ca 1/2MgFra bibliotekNaNa
阳离子交换器的出水是酸性水。但当交换器运行失效时，其出水中就会 有其它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是 Na+，故习惯上称之为漏钠。当出水中的Na+超过一个给定的极限 值时，阳离子交换器被判失效，需停运再生后才能投入运行。


二、化学性能
离子交换树脂的化学性质有：离子交换、催化、络盐形成等。其中用于电厂 水处理的，主要是利用它的离子交换性质。所以，这里仅介绍离子交换反应 的可逆性、选择性和表示交换能力大小的交换容量。


（一）离子交换反应的可逆性。
当离子交换树脂遇到水中的离子时，能发生离子交换反应。反应结果，树脂 的骨架不变，只是树脂中交换基团上能解离的离子与水中带同种电荷的离子 发生交换。例如，用8%左右的食盐水，通过RH树脂后，出水中的H+浓度 增加，Na+浓度减小。这说明食盐水通过RH树脂时，树脂中的H+进入水中， 食盐水中的Na+交换到树脂上。这一反应为： RH+NaCl→RNa+HCl 或 RH+Na+→RNa+H+ 如果用4%左右的盐酸通过已经变成RNa的树脂后，出水中的Na+浓度增 加，H+浓度减小。说明树脂中的Na+进入水中，而盐酸中的H+交换到树 脂上。这一反应为： RNa+HCl→RH+NaCl 或 RNa+H+→RH+Na+ 对照两个反应我们知道：离子交换反应是可逆的。这种可逆反应，可用可逆 反应式表示： RH+NaCl ←RNa+HCl 或 RH+Na+ RNa+H+





（二）离子交换反应的选择性。 这种选择性是指树脂对水中某种离子所显示的优先交换或 吸着的性能。 同种交换剂对水中不同离子选择性的大小，与水中离子的 水合半径以及水中离子所带电荷大小有关；不同种的交换 剂由于交换基团不同，对同种离子选择性大小也不一样。 下面介绍四种交换剂对离子选择性的顺序： 1．强酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序： Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>H+ 2. 弱酸性阳离子交换剂，对水中阳离子的选择顺序： H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+ 从上述选择顺序来看，强酸性阳离子交换剂对H+的吸着 力不强；而弱酸性阳离子交换剂则容易吸着H+。所以， 实际应用中，用酸再生弱酸性阳离子交换剂比再生强酸性 阳离子交换剂要容易得多。

3. 强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO34. 弱碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： OH- > SO42- > NO3- >Cl->HCO3从阴离子交换剂的选择性来看，用碱再生弱碱性阴离子交换剂 比再生强碱性阴离子交换剂容易。但是弱碱性阴离子交换剂吸着 HSiO3-很弱甚至不吸着。因此，弱碱性阴离子交换剂用于除掉水中 强酸根离子。
图3-13 逆流再生离子交换器外部结 构
阳床除盐原理

当水通过强酸性H型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性H型 树脂吸收，活性基团上的H+被置换到水中，与水中的阴离子组合生 成酸。其反应式： 强酸性阳离子交换树脂交换反应 1/2SO4 NO3 + RH → CI HCO3 R 1/2Ca 1/2Mg + 1/2H2SO4 HNO3 HCI 1/2H2CO3
表 3-1 分 类 代 号 （第一位数字） 代号 活性集团 0 强酸 性 1 弱酸 性 2 强碱 性 3 弱碱 性 4 螯合 性 5 两性 6 氧化 还原 性
表 3-2 骨 架 代 号 （第二位数字） 代号 0 1 2 3 4 5 6
骨架类别
苯乙 烯系
丙烯 酸系
酚醛 系
环氧 系
乙烯 吡啶 系
脲醛 系

强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液 中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如 SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个 离子交换树脂反 应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能 力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。 弱酸性阳离子树脂 这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－（R为碳氢基 团），能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。 这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换， 只能在碱性、中性或微酸性溶液中（如pH5～14）起作用。这类树 脂亦是用酸进行再生（比强酸性树脂较易再生）。




强碱性阴离子树脂

这类树脂含有强碱性基团，如季胺基（亦称四级胺基）－ NR3OH(R为碳氢基团），能在水中离解出OH－而呈强碱性。这种 树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换 作用。 这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它 用强碱（如NaOH）进行再生。