水的净化 —— 离子交换法制备纯水 ( 3 学时)
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。
五、思考题
1．用离子交换法制备纯水的基本原理是什么?本实验操作中要注意哪些?
2、如何筛分混合的阴、阳离子交换树脂
3、电导率仪测定水纯度的根据是什么？
六、参考文献
北京师范大学无机化学教研室等编，<<无机化学实验>>,2001年，高等教育出版社
（郝桂霞）。
【精品】离子交换法制备纯水
【精品】离子交换法制备纯水离子交换法是一种化学反应技术，它利用各种树脂材料，将水中的离子与其它大分子物质进行吸附、替换、洗脱等作用，从而达到提纯、除去有害离子、软化水质等目的。
该法广泛应用于水处理、制药、化工、生物工程等领域中。
制备纯水是离子交换法的主要应用之一。
纯水是指不含任何杂质和离子的水，其电阻率高达18.2MΩ.cm以上。
纯水广泛应用于实验、医疗、半导体、电子、食品等众多领域，是很多实验和工艺的基础物质。
离子交换制备纯水的主要步骤如下：一、去除杂质首先将原水经过过滤、澄清等的预处理，去除较大颗粒物和胶体物质，以减少对交换树脂的影响。
然后将预处理后的水缓慢地流过阴离子交换树脂，该树脂上有交换位点吸附住原水中的阴离子，如氯离子、硫酸根离子等，同时释放出等量的OH-离子，树脂上的OH-离子与水中的H+离子中和，从而保持物质平衡。
经过一定的时间，靠树脂上的交换位点，水中的阴离子都被吸附下来，此时，用恢复饱和的水来冲洗树脂，以去除被吸附的离子，得到更为纯净的水。
二、软化处理三、混床离子交换混床离子交换是将阴离子交换树脂和阳离子交换树脂组合使用，能有效去除水中大部分的离子，得到纯水。
混床交换树脂是将阴离子交换树脂和阳离子交换树脂按一定的比例混合在一起，形成一定厚度的反应层。
当水流经反应层时，阳离子和阴离子在不同的交换位点上同时吸附下来，此时，用恢复饱和的水交替冲洗树脂，以去除被吸附的离子，最终得到更为纯净的水。
离子交换法虽然能够达到制备纯水的目的，但在长期使用过程中也存在一些问题，如交换树脂的寿命有限，需要定期更换、再生；对水温、pH等条件要求较为苛刻等。
因此，在考虑制备纯水时，必须充分了解其工作原理和特点，根据实际需要选择合适的水处理方法。
离子交换制备纯水实验
实验四离子交换制备纯水实验离子交换作为一个单元操作过程，遵循吸附或色谱分离原理，但也有其独特的应用范围。
应用最广的是硬水软化以及水相中组分的再回收。
离子交换技术在制药工业中有着广泛的应用。
制药用的超纯水主要靠离子交换方法提供，在纯水制备中广泛采用强酸强碱复合床。
天然水与地层中的岩石、土壤以及大气接触过程中很容易溶解各种无机物与有机物，同时也能将不溶于水的悬浮物如泥沙、黏土、动植物残赅以及各种微生物等等一并带入水源之中，因此天然水的成分比较复杂。
随着各行业的发展，不但用水量猛增，而且各行业根据其科学技术发展的特点对于水质的要求也不断提高，因此必须对天然水进行适当处理。
离子交换法处理水是最经济最先进的方法，无论是锅炉用水的软化，脱碱软化，脱盐水，纯水，超纯水的制备均需要采用离子交换法来进行。
其类别有单床、复床、混合床之分，水处理方法也根据具体情况可以采用顺流法，逆流再生浮床法等。
一、实验目的1、了解用离子交换制备纯水的方法2、学会用电导仪分析纯水的方法二、实验内容1、将自来水作为原料，生产出电导率为10--50/Ωμcm的纯水。
(自来水的电导率一般为300-1500/Ωμcm)。
随时测量纯水电导变化的情况，画出电导率与时间的关系曲线。
2、对床进行再生、淋洗，对混合床进行反洗，掌握操作方法。
3、用再生、淋洗和反洗后的树脂床制备纯水。
三、实验时间离子交换床再生、淋洗等操作阳用酸深色阴 5h纯水制备 3h四、实验原理和方法所谓纯水制备系将原水中的盐类，游离酸碱类等全部除去的水处理方法，以此法制得的纯水比蒸馏水要纯好多倍，该过程的反应式如下：阳离子交换树脂R(SO3H)2+Ca(HCO3)2→R(SO3)2Ca+2H2COR(SO3H)+NaCl→RSO3Na+HCl阴离子交换树脂R≡NHOH+HCl→R≡NHCl+H2OR≡NHOH+H2CO3→R≡NH(HCO3)+H2O树脂失效后用酸碱再生，其反应式如下：阳离子交换树脂R(SO3)2Ca+2HCl→R(SO3H)2+CaCl2RSO3Na+HCl→R(SO3H) +NaCl阴离子交换树脂R≡NHCl+NaOH→R≡NHOH+NaClR≡NH(HCO3)+2NaOH→R≡NHOH+NaHCO3五．实验材料与设备图1 离子交换设备流程图1-水箱；2-离心泵；3-微滤器；4、5、6、7、8、9、14、15、16、17、18、19-阀门；10、22、23-流量调节阀；11-阳离子柱；12-阴离子柱；13-水流量计；20-碱流量计；21-酸流量计；24-碱回流阀；25-酸回流阀；26-碱泵；27-碱液进泵阀；28-碱液槽；29-酸液槽；30-酸液进泵阀；31酸泵；32-放液阀；33-放水阀；34-出水电导；35-入水电导；1．实验设备、仪器本实验设备由外径为100mm的有机玻璃管制成，其装置如图一所示。
水的净化-离子交换法制备纯水
水的净化-离子交换法制备纯水
离子交换法制备纯水是一种利用离子交换技术制备纯净水的方法,属于处理水质不合
格的有效手段之一。
离子交换法制备纯水的原理是水中溶解的各种盐液通过离子交换树脂单元而将其中的离子释放出来,同时也将其中的污染物移出,保证水质得到改善。
离子交换法制备纯水的技术步骤有几种,一般先用滤网滤去大于50微米的颗粒悬浮物;再用抗衰减剂将挥发性的有机物和毒素阻滞起来;再用活性炭进行脱色除臭处理,将有机污染物去除;最后用离子交换树脂处理,把杂质含量较高的水进行离子交换,离子换换,去除电离性离子、杂质及有机物等,达到纯净水的标准。
离子交换法制备纯水的优点主要有以下几点:
1、可以有效地削减水中的离子浓度,可以有效去除水中的污染物,改善水质;
2、使用比较便宜,能够减少硬度、消除重金属污染和杂质的影响;
3、经济性强,在节能减排、水资源重复利用以及无害化处理方面,都具有极大的环境
效益;
4、保证过滤效率和水质的改善，并且能够保持水中温度和PH值变化在有效水平内。
离子交换法制备纯水可以应用在储水系统、电力工厂、热力发电厂、联合供热站、以及其他工业制造企业中。
它可以确保产生的水质满足有关卫生标准。
因此，离子交换法制备纯水是一种非常实用而有效的方法，可以改善水质、消除污染，为人们提供良好的生活环境。
离子交换法制纯水
离子交换法制纯水制取纯水普通选用强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。
离子交换树脂的交换机理如下。
强酸性阳离子交换树脂：强碱性阴离子交换树脂：式中R表示离子交换树脂本体，用Na＋和Cl-分离代表水中的阴阳离子杂质，交换下来的OH-和H＋结合成水。
反应式的正方向为纯水制取过程，反方向为离子交换树脂的再生过程。
以自来水为原水制取纯水普通采纳复床(阳柱、阴柱)-混合床的流程(图3-4)。
大型装置可在阳柱后面加脱气塔，脱除二氧化碳，减轻阴柱的负荷。
图3-4复床-混合床离子交换制水流程一、离子交换树脂的预处理新树脂在用法前必需举行预处理除去、胺类等有机杂质和铁、铅、铜等金属离子，并将树脂从储存时的钠型(阳树脂)和氯型(阴树脂)改变成氢型(阳树脂)和氢氧型(阴树脂)。
预处理可在交换柱中或在柱外的容器中举行。
(1)树脂用量单柱：柱高的2/3(以膨胀后体积计)。
混柱：柱高的3/5，阳树脂装至加酸管上面，阴树脂装量为阳树脂体积的2倍。
(2)再生剂用量和浓度再生阳树脂用4％～5％的HCl(化学纯)，用量为树脂体积的2倍。
再生阴树脂用4％～5％的NaOH(化学纯)，用量为树脂体积的2倍。
(3)阳离子交换树脂的预处理用水冲洗树脂，用水浸泡树脂12～24h，用4％～5％的HCl和NaOH在交换柱中依次交替浸泡2～4h，在之间用水淋洗至出水临近中性，重复2～3次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。
最后一次处理用4％～5％的HCI溶液，用水淋洗至pH≈3～4，用铬黑T检验无金属阳离子(办法见化学检验法)，即完成新树脂的首次再生操作。
(4)阴离子交换树脂的预处理前面步骤同上，其中NaOH溶液用5％～8％。
最后一次处理用4％～5％的NaOH溶液，用阳柱出水淋洗至pH≈11～12，用溶液检验无氯离子(办法见化学检验法)，即完成新树脂的首次再生操作。
(5)混合柱树脂的预处理阴离子交换树脂的预处理的办法同前，最后，按下面混柱的再生办法，再生阳树脂及混合。
水的净化 —— 离子交换法制备纯水 ( 3 学时)
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
温度计读数
馏出液体积/mL
检验水质
• • • • • 电导率的检验 Ca2+的检验 Mg2+的检验 Cl-的检验 SO42-的检验
树脂的回收：交换以后的树脂放入回收
桶（蓝色）中，待再生后可以循环使用。
实验中注意的问题
1.离子交换柱不应有气泡； 2. 柱中液面一定高于树脂床面； 3. 控制水的流出速度小于每秒1滴； 4.检验离子时注意酸度的控制； 5. 检验离子时注意试管的清洁。
2. 什么是离子交换树脂？什么是阳离子树脂？ 什么是阴离子树脂？ 难溶性的具有网状骨架结构的高分子聚合 物，对酸碱及一般溶剂稳定；阳离子树脂: R-SO3H ；阴离子树脂: R≡N+OH-。
3. 水中离子与树脂发生怎样交换？
R-SO3-H+ +Na+ R-SO3- Na+ + H+
R≡N+OH- + Cl2R-SO3-H+ + Ca2+ 2R≡N+OH- + SO42-
五、实验报告格式
一.实验目的 二.实验原理 三.仪器与试剂 四.实验步骤+ 现象
1、交换柱的准备及纯水的制取
2、水质检验 3、交换后的树脂放入回收桶中，待再生后可循环使用。
五.数据记录（两个表）与结果分析。 六.思考题 七.实验总结
分馏曲线
1. 可以知道混合物的比例或 某组分的含量。 2. 曲线越陡，说明分馏效率 越高，分离效果越好。 3. 可以判断各组分的沸点。
R≡N+Cl- + OH(R-SO3-)2 Ca2+ + 2 H+ (R≡N+)2SO42- + 2OH-
纯水的制备工艺离子交换
纯水的制备工艺离子交换
纯水的制备工艺之一是离子交换。
离子交换是通过将水中的离子与离子交换树脂发生化学反应，从而去除水中的杂质离子，得到纯净的水。
离子交换的工艺一般包括以下几个步骤：
1. 预处理：将原水通过物理和化学方法进行预处理，去除悬浮物、沉淀物和有机物等杂质。
2. 过滤：将预处理后的水通过过滤装置，进一步去除微小的颗粒和悬浮物。
3. 离子交换树脂处理：将经过预处理和过滤的水，通过离子交换树脂装置进行处理。
这些树脂通常是经过特殊处理的多孔玻璃、胶体或合成高分子材料。
离子交换树脂上具有特定的功能基团，可以与水中的特定离子发生化学反应。
4. 冲洗：在离子交换过程中，吸附在树脂上的杂质离子逐渐增多，影响纯水的产出。
因此，定期进行冲洗是必要的。
冲洗可以通过流动除杂溶液，将吸附于树脂上的杂质离子冲走。
5. 再生：随着时间的推移和树脂的使用，树脂的功能基团逐渐失效。
为了保持离子交换工艺的效果，需要定期进行再生。
再生是将树脂置于相应的再生溶液中，使树脂上的功能基团得到再生，恢复其吸附和交换能力。
通过上述工艺步骤，离子交换装置可以实现对水中的离子杂质的去除，得到纯净水。
离子交换方法可以应用于不同环境和用途，例如实验室用水、电子行业用水、制药行业用水等。
实验三 离子交换法制备纯水
实验三离子交换法制备纯水一、实验目的1、掌握阳离子交换树脂、阴离子交换树脂预处理的方法；2、了解离子交换法制纯水的基本原理，掌握其操作方法；3、掌握水质检验的原理和方法；二、实验原理1、阳离子交换树脂、阴离子交换树脂净化水的原理。
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 + 2H2CO3R–SO3H + NaCl →R–SO3Na + HClR–N(CH)3OH + NaHCO3→R–N(CH)3HCO3 + NaOHR–N(CH)3OH + H2CO3 →R–N(CH)3HCO3 + H2OHCl + NaOH →H2O + NaCl本实验用自来水通过混合阳、阴离子交换树脂来制备纯水。
浅谈常用纯化制备纯水的六种方法
浅谈常用纯化制备纯水的六种方法试验室纯水的制备方法有多种，最常用的为离子交换、活性炭吸附、微孔过滤、超滤、反渗透、紫外线照耀等六种。
1、离子交换法离子交换法是以圆球形树脂（离子交换树脂）过滤原水，水中的离子会与固定在树脂上的离子交换。
常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。
硬水软化主要是用在反渗透（RO）处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。
软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。
离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换遇到的各种阳离子（例如Na+、Ca2+、Al3+）。
同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换遇到的各种阴离子（如Cl-）。
从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。
阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。
也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。
不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及（或）氢氧根离子，就必需进行“再生”。
再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。
若将离子交换法与其他纯化水质方法（例如反渗透法、过滤法和活性碳吸附法）组合应用时，则离子交换法在整个纯化系统中，将扮演特别重要的一个部分。
离子交换法能有效的去除离子，却无法有效的去除大部分的有机物或微生物。
而微生物可附着在树脂上，并以树脂作为培育基，使得微生物可快速生长并产生热源。
因此，需协作其他的纯化方法设计使用。
2、活性碳吸附法有机物可能是阳离子、阴离子或非离子性的物质，离子交换树脂可去除原水中一些可溶性的有机酸和有机碱（阴离子和阳离子），但有些非离子性的有机物却会被树脂包覆，这过程称为树脂的“污染堵塞”现象，不但会削减树脂的寿命，而且降低其交换能力。
制备纯水的工艺过程
制备纯水的工艺过程（离子交换法）一、新树脂的选择和预处理1、选择树脂型号和适当的比例2、新树脂的预处理：（1）膨胀处理：防止新树脂膨胀过快而破裂，影响树脂的机械强度，降低其使用寿命。
分干树脂处理和湿树脂处理。
处理过程：①湿树脂：加清水→浸泡2-4h，不断搅拌→直到水清作用：去除杂质和不合格树脂②干树脂：加4-5%的NaCl，不断增加浓度到20%→浸泡2-4h→加清水→直到NaCl浓度为3%以下作用：树脂膨胀（2）变形处理：钠型树脂→氢型树脂（5-10%HCl溶液)氯型树脂→氢氧型树脂（4-6%NaOH溶液）处理过程：加纯水→搅拌1-2h，浸泡2h→纯水洗，调整PH值。
作用：除掉交换树脂中的Na+，Cl-树脂的工作原理树脂的工作原理树脂的工作原理1、将变形后的交换树脂放入相应的单床中，混床中放入比例适当的阴阳交换树脂，并用纯水清洗几遍。
2、工作过程:开始时水质不高，随着树脂的不断交换出H+，OH-离子，水质上升，同时阴、阳树脂的交换能力不断下降，当这两种情况的树脂相当时，水质稳定，相差太大时，水质又开始下降，开始进行树脂再生。
循环过程：交换→再生→交换→再生…..离子交换法制备纯水离子交换法离子交换法是通过阴、阳离子交换树脂对水中的各种阴、阳离子进行置换的一种传统水处理工艺，阴、阳离子交换树脂按不同比例进行搭配可组成离子交换阳床系统，离子交换阴床系统及离子交换混床（复床）系统。
而混床系统又通常是用在反渗透等水处理工艺之后用来制取超纯水，高纯水的终端工艺，他是目前用来制备超纯水、高纯水不可替代的手段之一。
两种制备方式：A.复床式，即按阳床—阴床—阳床—阴床—混合床的方式连接并生产去离子水；早期多采用这种方式，便于树脂再生。
B.混床式（2-5级串联不等），混床去离子的效果好。
但再生不方便。
如图所示。
特点：（1）出水电阻率达到1MΩ.cm以上，根据不同的水质及使用要求，出水电阻率可控制在1~18MΩ.cm之间。