第九章离子交换软化方法与系统
徐州建筑职业技术学院 教 学 方 案 设 计 （2010/ 2011学年第1学期）
课程名称（全称） 给水处理厂运行管理 所属专业 给排水工程技术 所属学院（部） 建筑设备工程学院 授课班级 给排 09-1、2 课程总学时 80 本学期学时 80 课程总学分 5 本学期学分 5 任课教师 张宝军 教师姓名： 张宝军 课程名称：给水处理厂运行管理
第 2 页 学习情境、项目单元教学方案设计 学习情境、项目 名称 第九章 水的软化
学习情境、项目 单元名称 9.4 离子交换软化方法与系统
学习地点 教室 学时 5 学习资源 （设备、材料、工具） 多媒体课件、教学情境评价表
班 级 周 次 星 期 节 次 给排09-1班 14 星期一 1-4 给排09-1班 14 星期四 1-4（习题课）
一、学习目标（知识，技能，态度）
知识目标 1、掌握离子交换的基本知识； 2、掌握离子交换软化方法与软化装置。 3 理解各种软化方法
技能目标 1、掌握各种水体软化方法； 2、掌握软化所用化学方程式；
态度目标 1、能与本班其他同学协调配合，共同学习。 2、学会主动学习。
二、学习内容 主要内容 教学设计 教师姓名： 张宝军 课程名称：给水处理厂运行管理
第 3 页 第一节 概述 一、水中主要的溶解杂质 天然水中含有由各种盐类溶解产生的等当量的阳离子和阴离子，因此，就整个水体来说是电中性的，即水中各种阳离子当量浓度的总和应等于各种阴离子浓度的总和。水中阳离子主要是Ca2+、Mg2+、Na+（包括K+），阴离子主要是HCO3-、SO42-、Cl-，其它离子含量一般很少。 水中Ca2＋、Mg2＋含量的总和一般叫做水的总硬度。它又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。 碳酸盐硬度是指水中钙、镁的重碳酸盐和碳酸盐含量之和，但由于天然水中碳酸根含量很少，所以碳酸盐硬度在大多数情况下指的就是重碳酸盐含量。 总硬度与碳酸盐硬度之差就是非碳酸盐硬度，如钙、镁的氯化物和硫化物等。 降低水中钙、镁离子含量的处理叫做水的软化。水中HCO3－含量称重碳酸根碱度，有的天然水HCO3－含量较高，如用于锅炉给水，就不仅是需要软化，而且还要求降低碱度。 水中全部阳离子和阴离子含量的总和叫做水的含盐量。降低水中含盐量的处理就是水的除盐。 二、水中离子含量的表示方法 在水质分析中，离子含量（即离子浓度）有几种不同的表示方法，为了熟练地掌握它们之间的关系，这里用一个简单的例子复习如下： 如果水中Ca2＋含量为40克/米3，在水处理中Ca2+浓度表示方法有四种： 40mg/L 这种表示方法后面应加“以CaO表示”来注明，以免和其他的表示方法混淆。 2mg当量/L 这种表示方法对化学计算最方便，后面也不需注解。 用“度”表示 这是一个不很科学的表示方法。不同国家采用的“度”，其定义是不同的。 法国度：一度相当于一升水中含有十毫克碳酸钙； 英国度：一度相当于0.7升水中含有十毫克碳酸钙； 美国度：一度相当于一升水中含有一毫克碳酸钙； 德国度：一度相当于一升水中含有十毫克氧化钙。 我国水质资料中采用的是德国度，根据定义，度和毫克当量/升的关系为 1毫克当量/升＝2.8度 所以水中含Ca2+40克/米3，Ca2+的浓度可以表示成5.6度。 用碳酸钙表示 英文资料中的离子浓度常用碳酸钙的毫克/升表示。采用这种方法时， 后边应“以碳酸钙表示”来注明。 因为1毫克当量的碳酸钙是50毫克，所以本例钙离子浓度可表示为100mg/L，以碳酸钙表示。 三、软化和除盐的基本方法 ㈠软化的基本方法 软化就是降低水中钙镁离子的含量，以防止它们在管道和设备中结垢。有关硬度的假想化合物中，首先出现的是碳酸氢钙和碳酸氢镁，这些盐类加热就会分解，生成的碳酸钙和氢氧化镁在水中的溶解度很小，而且还随着温度的升高而降低，有些钙镁的其他盐类也有类似的溶解特性。但是各种钠盐在水中的溶解度都很高，并且还随着温度的升高而增大。根据钙镁及钠盐的溶解特性，可以得出三个基本方法：
1、课程引入：复习提问上次内容引出本课内容。 2、课程教学：提问复习均匀流水力计算计算公式，明确公式中各项的意义，引导得出水力计算的方法。 教师姓名： 张宝军 课程名称：给水处理厂运行管理
第 4 页 第二节 水的药剂软化法 在水的药剂软经法中，最常用的化学药剂为石灰CaO，有时还辅以纯碱Na2O3、石膏CaSO4等。 一、石灰软化法 当原水的非碳酸盐硬度含量比较少时，可以采用石灰软化法，反应如下： 第一步，为石灰消化反应，是在石灰乳制备过程中发生的： CaO＋H2O ── Ca（OH）2 第二步，去除水中的二氧化碳： CO2＋Ca（OH）2 ── CaCO3↓＋H2O 第三步，软化反应： Ca（HCO3）2＋Ca（OH）2 ── 2CaCO3↓＋2H2O Mg（HCO3）2＋2Ca（OH）2 ── 2CaCO3↓＋Mg（OH）2↓＋2H2O 如果水中存在二氧化碳，它就会和沉淀物反应，重新生成易溶于水重碳酸盐： CaCO3＋CO2＋H2O ── Ca（HCO3）2 Mg（OH）2＋2CO2 ── Mg（HCO3）2 当水中的碱度大于硬度时，即出现负硬度，此时就会存在假想化合物碳酸氢钠，其中的碳酸氢根如果不去除，仍然会和钙镁离子组合成重碳酸盐碳酸氢钙和碳酸氢镁，上述的软化反应仍不能完成，所以对于具有负硬度的水还应有下面的反应： 2NaHCO3+Ca(OH)2 ── CaCO3↓+NaCO3+H2O 二、石灰－纯碱软化法 根据石灰软化的主要反应可知，石灰软化只能降低水中碳酸盐硬度，而不能降低水中非碳酸盐硬度，所以石灰软化法只适用于碳酸盐硬度较高，非碳酸盐硬度较低的水质条件。结于非碳酸盐硬度较高的水，应采用石灰－纯碱软化法，即同时投加石灰和纯碱（Na2CO3）。纯碱软化反应如下： CaSO4＋Na2CO3 ── CaCO3↓＋Na2SO4 CaCl2＋Na2CO3 ── CaCO3↓＋2NaCl MgSO4＋Na2CO3 ── MgCO3＋NaSO4 MgCl2＋Na2CO3 ── MgCO3＋2NaCl MgCO3＋Ca（OH）2 ── CaCO3↓＋Mg（OH）2↓ 经石灰－纯碱软化后的水，剩余硬度可降低0.3～0.4mg当量/升。 但是纯碱是一种比较贵重的化工原料，除炉内处理外，国内已经不用。非碳酸盐硬度一般采用离子交换法去除。 三、石灰－石膏软化法 当原水的碱度大于硬度（即出现负硬度）时，水中无非碳酸盐硬度，而有碳酸氢钠存在。对于这种水，采用石灰－石膏（或二氯化钙）软化法比较好。其反应如下： 2NaHCO3＋CaSO4＋Ca（OH）2 ── 2CaCO3↓＋Na2SO4＋2H2O 以上各种药剂软化法均指炉外处理而言。至于炉内处理则有碳酸钠和磷酸三钠等处理方法，这部分可查阅锅炉水处理。 石灰软化处理和混凝沉淀处理类似，也需要石灰乳的制备的投加设备以及沉淀物的沉淀分离设备等。石灰乳的制备和投加设备可以参考混凝剂溶液的制备与投加设备进行设计，但要考虑石灰乳制备比混凝剂制备困难，石灰杂质较
为了满足水力计算的要求，提出了水力计算的规定，从规范的角度讲解规定的具体要求，以上内容安排1学时。 教师姓名： 张宝军 课程名称：给水处理厂运行管理
第 5 页 四、石灰软化设备 石灰软化处理和混凝沉淀处理类似，也需要石灰乳的制备的投加设备以及沉淀物的沉淀分离设备等。石灰乳的制备和投加设备可以参考混凝剂溶液的制备与投加设备进行设计，但要考虑石灰乳制备比混凝剂制备困难，石灰杂质较多，容易堵塞管道，排渣困难等特点。沉淀分离设备常采用澄清池。当软化水量大时，也可采用平流式沉淀池，但沉淀时间需要加长到4～6小时。
第三节 离子交换的基本知识 一、离子交换树脂 近年来水的软化与除盐普遍采用离子交换法。这种方法必须借助一种叫做离子交换剂的物质来进行。 用作离子交换反应的物质称为离子交换剂。用离子交换剂去除钙镁阳离子的交换剂，称为阳离子交换剂；用离子交换法去除水中阴离子的交换剂，称为阴离子交换剂（除盐用）。 离子交换剂的种类很多，但水处理中采用的主要是磺化煤和离子交换树脂。磺化煤是煤磨碎后经浓硫酸处理而得到的碳质离子交换剂，其性能不及离子交换树脂。离子交换树脂的种类也很多，有凝胶型的，大孔型的，等孔型的。根据它们的交换基团（也称活性基团）的性质，可分为强酸性，弱酸性，强碱性和弱碱性四种，前两种带有酸性交换基团，称为阳离子交换树脂，后两种带有碱性交换基团，称为阴离子交换树脂。下面仅就它们的主要结构和主要性能略加讨论。 ㈠离子交换树脂的结构 离子交换树脂表观上是一些具有某种颜色的小球，里面有无数四通八达的孔隙，在孔隙的一定部位有一个可提供交换离子的交换基团。所以离子交换树脂主要是由母体（也称骨架）和交换基团两大部分组成。 ⒈树脂母体 离子交换树脂的母体是由高分子化合物和交联剂经聚合反应而生成的共聚物。根据组成母体的单体材料，树脂在苯乙烯系，丙烯酸系，酚醛系等。目前比较广泛采用的是苯乙烯系，下面就以此为例来讨论离子交换树脂的结构。 苯乙烯系树脂是用苯乙烯做单体原料，以二乙烯苯为交联剂，经悬浮缩合得到的苯乙烯和二乙烯苯的共聚物小球体，这个反应在化工上称共聚反应： 催化 苯乙烯＋二乙烯苯 ──── 聚苯乙烯树脂
二乙烯苯的交联作用，在于它的上下各交联了两个苯乙烯分子。所谓交联度就是树脂中交联剂重量占树脂总重量的百分数，在苯乙烯树脂中，就是二乙烯苯的重量占苯乙烯和二乙烯苯总重量的百分数，它对树脂性能的影响是很大的。由于二乙烯苯的交联作用，使许多聚苯乙烯链形成立体网状结构，这就是苯乙烯系树脂的母。
含水率＝溶胀水重／（干树脂重＋溶胀水重）×100％ 树脂的含水率主要取决于水的交联度、交换基团的类型和数量等。树脂的
离子交换软化原理
离子交换软化原理：
设计计算
中小型中低压锅炉用水、宾馆和冷却用水,同常须进行软化后使用。
软化即通过离子交换或其他方法去除水中钙、镁离子的过程。
软化后的用水，不产生钙、镁结垢，防止了锅炉、冷却循环管路的堵塞和热交换率的降低。
由于各种水源水硬度不同，采用离子交换进行软水时，离子交换树脂的失效周期会长短不一。
因此，为了便于生产管理和设备运行，须进设计计计算，从而确定软水设备的大小和型号。
1、罐体的确定
滤速选定为25m/h，水量设定为4T/h，进水硬度设定为 1meq/L
罐体直径的平方为：1.27(4/25)=0.2032,即直径为:0.4508(米),约合18英寸
因此,罐体选为18*65型。
2、再生周期的确定
18*65型罐体树脂装填量为158升，每升树脂交换量为 1000meq/L，即再生周期为：（158*1000）/（4*1*1000）=39.5(小时)
3、控制头选型
根据罐体选择控制头型号为: Fleck2750、Fleck9500、AutoTrol180
设备选型。
软化水处理方案
软化水处理方案软化水处理是一种常见的水质处理方法，旨在去除水中的硬度物质，如钙镁离子，从而降低水中的硬度。
下面将介绍几种常用的软化水处理方案。
一、离子交换软化法离子交换软化法是一种较为常见的软化水处理方法。
它利用离子交换树脂将水中的钙镁离子与树脂中的钠离子进行交换，从而达到软化水的目的。
该方法具有操作简便、处理效果稳定的优点，适用于小规模和中等规模的水处理。
该软化水处理方案的主要步骤包括：首先，将含有钙镁离子的水引入离子交换器中；其次，通过离子交换过程，树脂中的钠离子与水中的钙镁离子进行交换；最后，将交换后的软化水输出，同时将树脂中的钙镁离子通过反洗、再生等方式去除，使其恢复软化水处理的能力。
二、逆渗透软化法逆渗透软化法是一种利用逆渗透膜进行软化水处理的方法。
逆渗透膜是一种过滤半透膜，其孔径比水中的钙镁离子更小，因此可以将水中的钙镁离子拦截下来，从而软化水质。
该方法适用于处理大规模水处理和高硬度水源。
逆渗透软化法的处理过程包括：首先，将水经过粗滤、砂滤等预处理工序，去除大颗粒杂质；其次，将预处理后的水通过逆渗透膜，钙镁离子无法通过膜孔径，被膜拦截下来；最后，输出软化后的水，同时将膜表面的钙镁离子通过反冲洗等方式去除，保持逆渗透膜的使用寿命。
三、化学添加剂软化法化学添加剂软化法是一种通过添加特定化学剂使水中的钙镁离子沉淀下来的软化水处理方法。
该方法适用于小规模水处理和对水质要求不严格的场合。
化学添加剂软化法的处理过程包括：首先，根据水质情况选择合适的软化剂，如石灰、碳酸钠等；其次，将软化剂加入水中，与水中的钙镁离子发生反应，生成不溶于水的沉淀物；最后，通过沉淀、过滤等工序将沉淀物去除，获得软化后的水。
以上是几种常见的软化水处理方案，每种方案都有其适用的场合和特点。
在实际应用中，可以根据具体情况选择最适合自己需求的软化水处理方法，以提高水质，满足不同领域的需求。
硬水软化的方法有
硬水软化的方法有硬水是指含有较多钙和镁离子的水，当硬水用于日常生活和工业生产中时，容易造成水垢、管道堵塞以及电器设备损坏等问题。
为了解决这些问题，人们常常采用硬水软化的方法，将硬水转化为软水。
下面我将详细介绍一些常见的硬水软化方法。
1. 离子交换软化法离子交换是目前最常用的硬水软化方法之一。
该方法通过使用硬水软化设备，将硬水中的钙离子和镁离子与具有交换作用的树脂颗粒上的钠离子进行交换。
这样，水中的钠离子会被硬水中的钙离子和镁离子取代，从而实现硬水的软化。
当树脂饱和后，可用盐水进行再生，使其中的钠离子再次取代树脂上的钙离子和镁离子，使树脂恢复软化功能。
2. 化学添加剂软化法通过添加具有钙和镁沉淀作用的化学添加剂，可以将水中的钙离子和镁离子与添加剂结合形成沉淀物，进而实现硬水的软化。
常见的添加剂有碳酸钠、磷酸盐等。
添加剂的种类和用量需要根据水质情况进行合理选择和控制。
3. 反渗透软化法反渗透软化是一种通过膜分离技术来软化水的方法。
该方法利用高压将硬水向反渗透膜压力侧推进，膜中的孔径小于水中的离子尺寸，从而将水中的钙离子和镁离子等带电离子、大分子有机物等截留在膜的高压侧，从而软化水质。
4. 电渗化学法电渗化学法是利用电渗化学反应原理来软化水的方法。
通过电解硬水，使水中的硬度离子发生沉淀反应，形成易于去除的絮凝物。
这种方法不仅可以实现硬水软化，还可以去除水中的色度、浊度等杂质。
5. 沉淀软化法沉淀软化法通过添加化学剂，使水中的钙离子和镁离子结合成沉淀物，然后将沉淀物从水中去除。
常见的化学剂有氢氧化钙、氢氧化钠等。
该方法操作简单，成本较低，适用于小规模的水处理，但需要考虑沉淀物的排放和处理问题。
6. 高温软化法高温软化法是通过加热硬水，使硬水中的钙离子和镁离子发生熵增反应而软化水质。
加热后的水温超过100C时，硬度离子之间的结合力较弱，可在析出物的作用下实现水质的软化。
这种方法适用于工业生产中的高温水处理，但对于日常生活中的软化水质效果有限。
第十二章 离子交换
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 （2）测定方法：滴定测定与理论上计算
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 低 ↓ 仍能保 中 ↓ 高 低等 特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上 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 证出水水质 ⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低 ⑸ 工作交换容量提高 ⑹ 操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量
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 ：
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
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：树脂实际利用率 ηr ：树脂再生程度，再生度 ηs ：树脂饱和程度，饱和度
硬水软化的方法有
硬水软化的方法有
硬水软化的方法可以采用以下几种方法：
1. 离子交换软化：使用离子交换树脂将硬水中的钙和镁离子与钠或氢离子进行置换，使水变软。
这是一种常见的家庭水软化方法，通过使用离子交换器设备和树脂床来进行处理。
2. 酸处理：通过添加酸性物质如醋酸或盐酸等来中和水中的碱性成分，使水中的硬度下降。
这种方法适用于小规模的水处理，但不适用于大规模的水处理。
3. 反渗透：利用半透膜来滤除水中的溶解物质，包括硬水中的钙和镁离子。
反渗透系统可以用于家庭和工业水处理，但是需要高压力和能量。
4. 磷酸盐添加：在水中加入磷酸盐化合物，磷酸盐会与水中的钙和镁离子结合形成难溶性盐类，从而减少水的硬度。
5. 加热软化：通过加热水来提高分子活动性，使钙和镁盐溶解程度减小，减少水的硬度。
这是临时的方法，热水冷却后仍会恢复原来的硬度。
以上这些方法中，离子交换软化和反渗透是最常见和有效的硬水软化方法。
选择合适的方法需要根据具体情况和需求来决定。
水软化强离子交换与弱离子交换
水软化强离子交换与弱离子交换水软化，顾名思义，就是把水变得“软”一些。
想象一下你家里的水，硬得像钢铁一样，不仅洗澡后皮肤干涩，洗碗洗衣服也总是白白浪费洗涤剂。
更糟糕的是，水垢满天飞，锅底一层层的沉积物，瓷砖也总是有水渍。
这个时候，水软化系统就能派上用场。
它能把水中的钙、镁离子给“赶走”，让水变得“柔软”。
但水软化的方式有很多种，其中最常见的就有两种，一种是强离子交换，另一种是弱离子交换。
怎么说呢，这两种方法各有千秋，用得好，效果杠杠的。
先说说强离子交换。
嘿，别小看这名字，其实它就是一种超级“硬气”的方法。
这种方法的核心就是让水中的钙、镁离子通过一种“交换”的方式被换掉，换成钠离子。
想象一下，原本是“硬汉”的钙、镁离子，经过这场离子交换，变成了“温文尔雅”的钠离子。
结果呢？水变软了，水垢也没了。
你是不是觉得这方法就像变魔术一样神奇？对吧！强离子交换还能非常有效地处理水中的硬度，处理得特别彻底，几乎是“零容忍”对待硬水。
听着是不是很高效？但别忘了，强离子交换有个小小的“缺点”——钠离子的增加！你想啊，钠离子增加了，水中钠的浓度也高了，长期使用可能会对健康有点影响，尤其是高血压的朋友得小心。
那怎么办呢？通常强离子交换系统会定期“再生”，用盐水把交换树脂上的钠离子和钙、镁离子“调换回来”。
这就是为什么大家有时需要加盐的原因。
再来看看弱离子交换，这可不是“弱不禁风”的意思，别误会！它虽然名字中带个“弱”字，但其实相当“机智”。
弱离子交换不完全依赖钠离子，而是用一些其他的离子，比如氢离子或氨离子来“接管”钙、镁离子。
这样一来，水中的硬度没那么容易被完全清除，效果稍微“温和”一些。
你也可以理解为，它不像强离子交换那么“粗暴”，更像是一个慢慢渗透、细水长流的过程。
不过，它的优点也很明显，那就是可以控制水的酸碱度，避免水中钠离子的过多积累，比较适合那些对盐分有要求的人群。
尤其是用在一些特别要求水质的地方，比如实验室或者一些水质控制非常严格的工业应用。
第六章、离子交换
1、混床装置及再生方式
（1）装置 设有上部进水、中间排水、底部配水、进
酸管、进碱管等。
（2）再生 ❖ 再生之前利用阴树脂、阳树脂的湿真密度不同
进行反洗分层。 ❖ 再生方式有：
❖ 体内再生：体内同时再生、体内分别再生 ❖ 体外再生
2、混床交换器设计计算 物料平衡关系式为：
Fh阳EOP阳 QTC Fh阴EOP阴＝QTC
2、操作过程 （1）交换 （2）反洗 作用：
松动树脂，使再生液分布均匀 去除树脂中的杂质、碎粒、气泡
反洗强度：3L/m2·s 反洗时间15-20min （3）再生 （4）正洗 作用：将残留在树脂中的再生液冲洗干净 正洗时间：40-60min
3、评价 优点：设备简单、操作容易 缺点：
强酸阳离子交换树脂采用001×7 再生剂为盐酸，浓度4%-10% 物料平衡关系式为：
F1h1EOP1 QT C C Na＋ ＋2 Ca2＋ ＋2 Mg2＋
（2）弱碱阴离子交换器
F2h2EOP2 QT (Cl－ ＋2 SO42 )
3、强酸－脱气－弱碱－强碱系统 该系统适用于原水有机物含量较高、强酸阴离
（2）强碱阴离子交换器
强碱阴离子交换树脂采用201×7 再生剂为NaOH，浓度4%-10% 物料平衡关系式为：
F2h2 EOP2
QT2 (
A
HCO3
CO2
)
44
A Cl－＋2 SO42 ＋HCO3 SiO2
2、强酸－弱碱－脱气系统 强酸－弱碱－脱气系统适用于无除硅要求的场合。 （1）强酸阳离子交换器
≤0.01meq/L，再生剂耗量较少。 适用：进水总硬度＜10meq/L，且碱度较低。
2、H－Na离子交换脱碱软化系统
离子交换层析法
离
子
+ OH-
交 换 R-N+（CH3）2 OH- + H2O == R-N+（CH3）2
剂
H·OH-
2．亲水性离子交换剂
磷酸纤维素 CM-纤维素 DEAE-纤维素 CM-交联葡聚糖 DEAE-交联葡聚糖 CM-Sepharose CL-6B
二、离子交换剂性质
颜色与形状 交联度 吸水量或膨胀度 交换容量 稳定性 比重
CA 、CB ＝梯度混合器A瓶、 B瓶的浓度； A1 、B1 ＝A瓶、B瓶的横切面积； V2＝流经层析柱的体积，V1＝梯度洗脱液的总体积。
线性和阶梯式梯度溶液分离牛血清 白蛋白的图谱
第五节 离子交换拄层析应用
一、去离子水的制备 二、制备、纯化生命物质 二、测定蛋白质的等电点
一价离子：Li+＜Na+＜K+＜Rb+＜Cs+ 二价离子：Mg2+＜Ca2+＜Sr2+＜Ba2+ 一价阴离子：F-＜Cl-＜Br-＜I不同价阳离子：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Ti4+
磺酸基树脂和季胺基树脂 对各种离子的相对选择系数
阳离子树脂
反离子 相对选择系数
H+
1.0
Na+
1.5
NH4+
1.95
2、缓冲液离子组成的选择
①缓冲液离子的pK值要接近所用的pH， ②采用阳离子交换剂应选用阴离子缓冲液，
如：磷酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐 ③采用阴离子交换剂应选用阳离子缓冲液，
如：Tris ④缓冲液离子不影响被分离物的活性、测定、
溶解度。
3、缓冲液离子强度的选择
①起始缓冲液能使样品中有效成分与离子交换 剂结合，一般小于0.1mol/L。
软化水的常用方法
软化水的常用方法软化水是指去除水中的钙、镁等硬度离子，使水变得更加柔软的过程。
硬水对于家庭和工业使用都会带来一些不便，因此软化水已经成为了现代生活中必不可少的一部分。
常用的软化水方法包括离子交换法、反渗透法、电渗析法等等。
本文将详细介绍这些方法的原理和操作步骤。
一、离子交换法离子交换法是目前应用最广泛的软化水方法之一。
它利用树脂吸附钙、镁离子的特性，通过交换树脂上的钠或氢离子来实现软化水的效果。
1. 原理树脂是一种高分子物质，它具有吸附性能。
在水处理中，树脂主要用于去除水中的硬度离子和有机物质。
离子交换树脂通常是以二烷基苯基磺酸为主要成分制成。
当硬度离子进入到树脂层时，它们会与树脂上已经存在的钠或氢离子进行置换作用。
这样就可以将硬度离子从水中去除。
2. 操作步骤离子交换法的操作步骤如下：（1）将树脂装入软化水设备中。
（2）将硬度水通过软化器，使其流经树脂层。
（3）硬度离子会与树脂上的钠或氢离子进行置换作用，从而被去除。
（4）当树脂上的钠或氢离子被耗尽时，需要用盐水再生树脂。
二、反渗透法反渗透法是一种利用半透膜来分离溶液中不同成分的技术。
它可以有效地去除水中的硬度离子和其他杂质，从而实现软化水的效果。
1. 原理反渗透法是利用半透膜分离技术来实现软化水的。
半透膜是一种具有选择性通透性能的过滤材料。
当水通过半透膜时，只有小于半透膜孔径大小的溶质才能通过，而大于孔径大小的溶质则被拦截在半透膜外面。
因此，反渗透法可以有效地去除水中的硬度离子和其他杂质。
反渗透法的操作步骤如下：（1）将硬度水通过反渗透设备，使其流经半透膜。
（2）水中的硬度离子和其他杂质会被拦截在半透膜外面。
（3）经过反渗透处理后的水变得更加纯净，可以用于家庭和工业使用。
三、电渗析法电渗析法是一种利用电场力和离子选择性膜来分离溶液中不同成分的技术。
它可以有效地去除水中的硬度离子和其他杂质，从而实现软化水的效果。
1. 原理电渗析法是利用电场力和离子选择性膜来实现软化水的。
离子交换层析
子构成的!!基质与电荷基因以共价键连 接!!电荷基因与反离
子以离子键结合？？
离子交换剂与水溶液中离子或离子化合物的反应主要以
离子交换方式进行!!假设以RA+代表阳离子交换剂!!其中A+为
反离子!!A+能够与溶液中的阳离子B+发生可逆的交换反应!!反
应式为：RA++B+
RB++A+
离子交换色谱中所进行的离子交换过程【以阳离子交换树脂为例】
㈡ 交联度和网孔结构
交联度的大小影响着离子交换剂的很多特 性!!包括机械强度、膨胀度、网孔大小、 交换容量等？？
一般交联度越高!!网孔的孔径越小!!交联度 越低!!网孔孔径越大？？仅琼脂糖交换剂 是例外.
㈡ 交联度和网孔结构
分离介质的孔有三种结构？？第一种通过交联 使大分子链间形成孔!!这叫凝胶孔？？
离子交换层析之所以能成功地把各种无机离子、有机 离子或生物大分子物质分开!!其主要依据是离子交换剂对 各种离子或离子化合物有不同的结合力？？
氨基酸的离子交换分离原理
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What happens in ion exchange?
Equilibration
anion exchange
bead
+-- ++--+++---
两性离子如蛋白质、酶类、多肽和核苷酸等物质与离 子交换剂的结合力!!主要取决于它们的物理化学性质和在 特定pH条件下呈现的离子状态？？当pH低于等电点【pI】 时!!它们带正电荷能与阳离子交换剂结合!!反之!!pH高于 pI时!!它们带负电荷能与阴离子交换剂结合 ？？pH与pI 的差值越大!!带电量越大!!与交换剂的结合力越强？？