离子交换树脂基础知识
离子交换树脂 载量
离子交换树脂载量摘要：1.离子交换树脂的概述2.离子交换树脂的分类与特点3.离子交换树脂的应用领域4.离子交换树脂的载量及其影响因素5.如何选择和使用离子交换树脂6.离子交换树脂的再生与维护正文：离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、冶金、食品、制革、制药等领域的材料。
它通过选择、交换、吸附和催化反应，实现净化水、脱盐、脱色、分离、精制等目的。
离子交换树脂主要分为阳离子树脂和阴离子树脂。
阳离子树脂由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成，带有磺酸基团，具有良好的交换容量和交换速度。
阴离子树脂则是在苯乙烯-二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基团的离子交换树脂，具有高交换容量和快速交换的特点。
离子交换树脂的载量是指树脂中可交换离子的数量，它受到树脂的物理和化学性质、制备工艺、再生方式等因素的影响。
一般来说，载量越高，树脂的性能越好。
但载量并非唯一决定树脂性能的因素，还需考虑树脂的交换速度、机械强度、耐热性等指标。
在使用离子交换树脂时，应根据实际需求选择合适的树脂类型和规格。
对于水处理行业，通常选择强酸性和弱酸性离子交换树脂；在化工领域，可根据需要选择特定功能的离子交换树脂。
此外，在使用过程中，要定期检查树脂的性能，如发现性能下降，应及时进行再生处理。
离子交换树脂的再生主要有两种方法：一种是化学再生，使用酸或碱溶液对树脂进行处理，使其恢复交换能力；另一种是物理再生，通过加热、搅拌、洗涤等方式去除树脂上的吸附物，恢复其交换能力。
无论哪种方法，都需要注意再生剂的浓度、温度、时间等条件，以保证再生效果。
总之，离子交换树脂是一种重要的新型材料，其选择、使用和再生均需要专业知识。
离子交换树脂基础知识
压缩空气的压力：0.1~0.15MPa 压缩空气的流量：2~3Nm3/(m2·s) 混合时间：30~60s
离子交换树脂基础知识
水处理专业学习笔记
离子交换树脂的结构
二乙烯苯将苯乙烯单体聚合而成 的线型高分子交联起来，搭接成 一个立体型的高分子化合物，不 溶于水的球状固体（树脂）。
苯乙烯和二乙烯苯聚合成的网状 聚合物树脂，是透明或半透明的 凝胶状结构。
离子交换树脂的双电层结构
由内层的带负电荷的固定离子和 外层的带正电荷的可交换离子组 成了“双电层结构”。
强酸阳树脂Na型
可以独立使用 用Na+置换水中的Ca2+、Mg2+ 去除了钙、镁的碳酸盐硬度和永久硬度 离子交换之后，水中阴离子成分不改变，水的碱度不改变 使用NaCl溶液再生
弱酸阳树脂H型
不独立使用 用H+置换水中的Ca2+、Mg2+ 去除了钙、镁的碳酸盐硬度，不能去除永久硬度 对于中性盐没有交换能力 离子交换之后，水的碱度降低，碳酸盐硬度降低，出水微酸，有CO2 使用HCl溶液再生
H-Na软化降碱
弱酸阳树脂H型+强酸阳树脂Na型
强酸阳树脂H型
不独立使用 用H+置换水中所有阳离子 离子交换后，中性溶解盐都转变成了相应的强酸，出水酸性 离子交换后，碳酸盐转变成了碳酸 使用HCl溶液再生
强碱阴树脂OH型
不独立使用 用OH-置换水中所有阴离子 离子交换后，溶液呈碱性 使用NaOH溶液再生
树脂的交换
磺酸型强酸性阳树脂（R-Na+的亲合力大于H+ 完全交换后的树脂为R-SO3Na 交换后的溶液呈酸性
离子交换树脂及原理课件ppt
化学性能
对各种离子的交换能力是不同的。 易被交换的离子，解析就困难。 交换顺序：优先高化合价的，其次原子序数大的。
强酸性阳离子交换树脂： Fe2+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞H+
树脂的命名 (GB1631-1979)
代号 0 1 2
3 4 5 6
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性
弱碱性 螯合性 两性 氧化还原性
代号 0 1 2
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系
3
环氧系
4 乙烯吡啶系
5
脲醛系
6 氯乙烯系
二、离子交换树脂的性能
物理性能 外观(颜色、形状)、粒度、密度、 含水率、转型膨胀率、耐磨性
第二节 离子交换基本原理
1. 离子交换反应 可逆性 强型树脂的交换反应 弱型树脂的交换反应 2. 离子交换平衡和选择性系数 3. 离子交换速度 控制步骤 表达式 影响因素
物理性能
密度：单位体积树脂的质量。 1. 湿真密度：单位真体积（不包括树脂颗粒间空隙的体积）内湿态
离子交换树脂的质量，g/mL。 湿真密度=湿态树脂质量/湿态树脂的真体积 一般在1.04-1.30。阳离子大于阴离子的。 离子交换树脂的反洗强度、分层特性与其有关。 2. 湿视密度：单位体积内紧密无规律排列的湿态离子交换树脂的质
用寿命。 耐磨性 由于相互摩擦和胀缩作用，产生破裂现象。 一般年损耗应小于3-7%。
化学性能
酸碱性 不溶性的高分子电解质，可电离，使得水溶液具有酸碱性。 强型树脂不受溶液pH影响。 弱型树脂电离能力小。弱酸性树脂在碱性溶液中电离能力大，弱
离子交换树脂综合知识
为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换。
这种方法可以将水中离子态杂质清除得以较彻底，因而能制得很纯的水。
所以，在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中，它是一个必要的步骤。
离子交换处理，必须用一种称做离子交换剂的物质（简称交换剂）来进行。
这种物质遇水时，可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换，离子交换剂的种类很多，有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分，大概情况如表所示。
此外，按结构特征来分，还有大孔型和凝胶型等。
离子交换剂的分类无机离子交换剂:天然海绿砂人造合成沸石有机离子交换剂碳质磺化煤有机质阳离子型强酸性磺酸基(-SO3H)弱酸性羧酸基（－COOH）阴离子型强碱性Ⅰ型｛-N(-CH3)3｝OHⅡ型｛－N(CH3)2｝OH弱碱性（－(NH3)OH、（＝NH2）OH或≡NH）OH其他－氧化还原型、有机物清除除型等在离子交换技术被发现和应用的初期，采用的只有天然的无机离子交换剂，如海绿砂。
然而这类物质不能用于酸性介质而且其交换容量较小，所以现已被人造离子交换剂所替代，特别是由于合成离子交换树脂的制造成功，交换剂的品种不断增加，应用更为广泛。
第一节离子交换剂的结构离子交换树脂属于高分子化合物，结构比较复杂.离子交换剂的结构可以被区分为两个部分：一部分具有高分子的结构形式，称为离子交换剂的骨架；另一部分是带有可交换离子的基团（称为活性集团），它们化合在高分子骨架上.所谓“骨架”，是因为它具有庞大的空间结构，支持着整个化合物，正象动物的骨架支持着肌体一样，从化学的观点来说，它是一种不溶于水的高分子化合物，现将常用离子交换剂的结构简单介绍如下。
一、磺化煤磺化煤是一种半化合成的离子交换剂，它利用煤质本身的空间结构作为高分子骨架，用浓硫酸处理的方法（称磺化）引入活性基团而制成。
磺化煤的活性基团，除了有由于磺化而引入的－SO3H外，还有一些煤质本身原有的基团（如－COOH 和－OH）以及因硫酸氧化作用生成的羧酸（－COOH），所以它实质上是一种混合型离子交换剂。
常用的离子交换树脂
离子交换树脂的理化性能
外观：球形、浅色为宜，粒度大小为16~60目>90%； 机械强度：>90%； 含水量：0.3~0.7g/g 树脂； 交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换
容量或称表观交换容量（在某一条件下）； 稳定性：化学稳定性、热稳定性； 膨胀度：交联度、活性基团的性质与数量、活性离子
的性质、介质的性质和浓度、骨架结构；
湿真密度：单位体积湿树脂的重量； 孔度、孔径、比表面积
离子交换容量：单 位质量的干离子交 换剂或单位体积的 湿离子交换剂所能 吸附的一价离子的 物质的量(mmol)。
滴定曲线：以单位质量 干离子交换剂加入 NaOH或HCl的量 （mmol）为横坐标，以 平衡值为纵坐标.
弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺， 碱性较弱；
新型离子交换树脂
大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同 的骨架结构，在大孔吸附剂合成后（加入 致孔剂），再引入化学功能基团，便可得 到大孔离子交换树脂
大孔离子交换树脂的优点
通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了普通凝 胶树脂由于溶胀现象，产生的“暂时孔”现象， 从而强化了离子交换的功能；
弱碱性阴离子交换
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）；
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, -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(N(CH3)3或二甲基-ß-羟基乙基胺基；
离子交换树脂命名法中分类代号和骨架代号
代号 0 1 2 3 4 5 6
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螯合性
离子交换树脂综合知识
离子交换树脂综合知识1树脂的储存和运输1、离子交换树脂在长期储存中，或需在停用设备内长期存放，强型树脂（强酸性和强碱性树脂）应转为盐型，弱型树脂（弱酸性和弱碱性树脂）可转为相应的氢型或游离胺型，也可转变为盐型，以保持树脂性能的稳定。
然后浸泡在洁净的水中。
停用设备若须将水排去，则应密封，以防树脂中水份散失。
2、离子交换树脂内含有一定的平衡水份，在储存和运输中应保持湿润，防止脱水。
树脂应储存在室内或加遮盖，环境温度以5°C-40°C为宜。
袋装树脂应避免直接日晒，远离锅炉、取暖器等加热装置，避免脱水。
若发现树脂已有脱水现象，切勿将树脂直接放于水中，以免干树脂遇水急剧溶胀而破碎。
应根据其脱水程度，用10%左右的食盐水慢慢加入到树脂中，浸泡数小时后用洁净水逐步稀释。
3、当环境温度在0°C或以下时，为防止树脂因内部水份结冰而崩裂，应做好保温措施，或根据气温条件，将树脂存于相应浓度的食盐水中，防止冰冻。
若发现树脂已被冻，则应让其缓慢自然解冻，切不可用机械力施于树脂。
食盐溶液浓度与冰点的关系如下表：4、长期停用而放置在交换器内的树脂，为防止微生物（如藻类、细菌等）对树脂的不可逆污染，树脂在停用前须彻底反洗，以除去运行时积聚的悬浮物质，并注意定期冲洗和换水。
或彻底反洗后采用以下措施：阴树脂：用3倍树脂体积的10%NaCl+2%NaOH混合液分两次通过树脂层，每次静止浸泡数小时，然后将其排去。
如有必要，在重新启动前用2倍树脂体积的0.2%过氧化氢（H2O2）溶液淋洗树脂层。
阳树脂：在阳离子交换器及管系内可充入0.5%的甲醛溶液，并在停用期间保持此浓度。
也可用食盐水浸泡。
在设备重新启动前用0.2%过氧化氢或0.5%甲醛溶液淋洗。
2树脂的预处理在离子交换树脂的工业产品中，常含有少量的有机低聚物及一些无机杂质。
在使用初期会逐渐溶解释放，影响出水水质或产品质量。
因此，新树脂在使用前必须进行预处理，具体方法如下：1、树脂装入交换器后，用洁净水反洗树脂层，展开率为50-70%，直至出水清晰、无气味、无细碎树脂为止。
第二章离子交换树脂
将100 g干燥球状共聚物置于二氯乙烷中溶胀。加
入500 g浓硫酸（98％），于95～100℃下加热磺化5～
10 h。反应结束后，蒸去溶剂，过剩的硫酸用水慢慢
洗去。然后用氢氧化钠处理，使之转换成Na型树脂，
即得成品。 这种树脂的交换容量约于为它5们H+m的为m贮可o存自l/g稳由。定活性动不的好离，子且。有由
0.66-0.73
湿真密度 (g/ml) 1.04-1.08
粒度(0.3151.25mm)
≥95
主要用于纯水及高纯
水制备、糖液脱色、生
化制品，放射性元素的
提炼。
20
大孔弱碱性丙烯酸系阴离子
出厂形式：钠型
指标名称
指标
含水量%
全交换容量 (mmol/g干)
60-65 ≥7.0
湿视密度 (g/ml) 0.65-0.75
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
树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率
4．交换容量
单位质量或单位体积的离子交换树脂所带功能基团中可交换 的离子数量，以mmol/g(干树脂)，或mmol/ml(湿树脂)为单位。4
球形珠状颗粒，颗粒直径0.3-1.2mm。
氧化还原树脂（能进行氧化还原反应）
螯合树脂（含有螯合基团，去除金属离子）
蛇笼树脂
11
（1）按树脂的孔结构分类
离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。
不同孔结构离子交换树脂的模型 12
（一）凝胶型离子交换树脂
外观透明、均相、树脂表面光滑，球粒内部没有大 的毛细孔。 在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔， 无机小分子可自由通过；在无水状态下，凝胶型离子交 换树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。 所以，这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中将丧失 离子交换功能。
离子交换树脂原理及使用方法
离子交换树脂原理及使用方法以离子交换树脂原理及使用方法为题，本文将介绍离子交换树脂的基本原理、分类、应用以及使用方法。
一、离子交换树脂的原理离子交换树脂是一种能够与溶液中的离子发生交换反应的高分子材料。
其原理基于离子交换反应，通过树脂中的功能基团与溶液中的离子发生化学反应，将溶液中的离子吸附到树脂上，并释放出与之相对应的离子。
离子交换树脂的功能基团可以是酸性基团或碱性基团，根据功能基团的不同，离子交换树脂可以分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
二、离子交换树脂的分类1. 阴离子交换树脂：阴离子交换树脂是具有具有碱性功能基团的树脂，能够吸附溶液中的阴离子。
常见的阴离子交换树脂有强碱性树脂和弱碱性树脂。
强碱性树脂通常是以季胺基或氨基作为功能基团，具有较高的离子交换容量和较强的吸附能力；弱碱性树脂则是以胺基或次胺基作为功能基团，离子交换容量和吸附能力较强碱性树脂较低。
2. 阳离子交换树脂：阳离子交换树脂是具有具有酸性功能基团的树脂，能够吸附溶液中的阳离子。
常见的阳离子交换树脂有强酸性树脂和弱酸性树脂。
强酸性树脂通常是以磺酸基或磷酸基作为功能基团，具有较高的离子交换容量和较强的吸附能力；弱酸性树脂则是以羧基或酚基作为功能基团，离子交换容量和吸附能力较强酸性树脂较低。
三、离子交换树脂的应用离子交换树脂在各个领域都有广泛的应用，主要包括水处理、制药、食品加工、环境保护等方面。
1. 水处理：离子交换树脂可用于去除水中的阳离子或阴离子，从而净化水质。
常见的应用包括软化水、去除重金属离子和放射性核素等。
2. 制药：离子交换树脂可用于药物的分离纯化、药物吸附和药物释放控制等方面。
在制药工业中，离子交换树脂广泛应用于药物的纯化和分离、药物固定化以及药物缓释等方面。
3. 食品加工：离子交换树脂可用于食品加工中的脱色、脱苦味、去除重金属离子等。
例如，可用于提取咖啡因、去除苦味物质和脱色等。
4. 环境保护：离子交换树脂可用于废水处理、废气治理和固体废物处理等方面。
树脂离子交换原理
树脂离子交换原理树脂离子交换是一种常用的物理化学过程，通过树脂材料上的固定离子与溶液中的离子发生交换作用，实现溶液中离子的去除或富集。
本文将详细介绍树脂离子交换的原理及其应用。
一、树脂离子交换原理树脂离子交换的原理基于树脂材料的特殊结构。
树脂是由具有交联结构的高分子化合物组成，其表面带有固定的功能基团，可以与溶液中的离子发生吸附和交换作用。
树脂材料一般为小颗粒状，具有较大的比表面积，从而增加了与溶液中离子接触的机会。
在树脂离子交换过程中，溶液中的离子与树脂上的固定离子之间发生交换作用。
树脂上的固定离子可以是正离子，也可以是负离子。
当溶液中的阳离子与树脂上的固定阴离子发生交换时，树脂释放出等量的阴离子到溶液中；当溶液中的阴离子与树脂上的固定阳离子发生交换时，树脂释放出等量的阳离子到溶液中。
这种离子交换的过程可以使溶液中的离子浓度发生变化，实现离子的去除或富集。
二、树脂离子交换的应用1. 水处理领域：树脂离子交换广泛应用于水处理领域，用于去除水中的硬度离子（如钙离子和镁离子）、重金属离子、有机物离子等。
通过选择合适的树脂材料和操作条件，可以实现对水质的净化和调控。
2. 医药制造：在医药制造过程中，树脂离子交换被用于药物分离纯化、离子交换色谱等过程。
通过树脂离子交换技术，可以实现对药物成分的纯化和分离，提高药物的纯度和质量。
3. 食品加工：树脂离子交换在食品加工中也有广泛应用。
例如，可以利用树脂离子交换去除食品中的过量盐分、金属离子和有害物质，提高食品的质量和安全性。
4. 生物技术：在生物技术领域，树脂离子交换被用于分离纯化生物大分子（如蛋白质、核酸等）。
通过树脂离子交换技术，可以实现对生物大分子的纯化、富集和分离，为后续的生物学研究和工业应用提供基础。
5. 离子交换色谱：树脂离子交换也是离子交换色谱技术的基础。
离子交换色谱是一种分离和分析离子的方法，广泛应用于环境监测、食品安全、药物分析等领域。
三、树脂离子交换的优缺点树脂离子交换具有以下优点：- 可以选择不同类型的树脂材料，适应不同的应用需求；- 操作简单，可以实现连续或间歇运行；- 成本较低，适用于大规模应用。
离子交换-树脂部分(共68张PPT)
阴离子交换树脂交换容量
• 阴离子交换树脂交换容量测定包括对强碱性和弱碱性 两种阴树脂的全交换容量、强碱基团及弱碱基团容量 的测定。
第一节 离子交换树脂根本概念
国产离子交换树脂的分类 国产离子交换树脂命名法那么及型号
国产离子交换树脂的分类
离子交换树脂品种很多，因其原料、制法和用途不同，分类方 法各异。主要分类方法下：
1.按功能基类别分：
a. 强酸性阳离子交换树脂，其功能基为：磺酸基R-SO3H
b. 弱酸性阳离子交换树脂，其功能基为：羧酸基R-COOH， 磷酸基 R-CHPO(OH)2
• 湿态离子交换树脂：是指吸收了平衡水量并除 去外部游离水分后的树脂。
粒度和粒度分布
• 一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致，大体 上处在0.2mm～1.5mm范围内〔经筛分取0.3mm～ 1.2mm的颗粒用于制造树脂〕，其中0.3mm～ 0.6mm的占60%左右，0.6mm～1.0mm的占30%左 右。经过筛分的树脂，应该用4个指标：范围粒度、 有效粒度和均一系数、下限粒度〔或上限粒度〕。
• M = c×V×d
(2-8)
• 式中：d——再生剂溶液密度，kg/m3。
再生剂耗的公式为：
R=M/(QI× VR)
(2-9)
式中：R——再生剂耗，g/mol；
M——周期再生剂用量，g；
Q工——工作交换容量，mol/m3
• 平衡交换容量 ：用于表示到达平衡状态时单位质量或单位体积 的树脂中参于反响的交换基团的量。它表示在给定条件下，该 树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的重要参数。
离子交换树脂
• 锅炉用水不能使用这种软化水。因为原水经 钠离子反应后其中的碳酸氢钙生成的 NaHCO3进入锅炉加热后，会发生如下的热 分解反应:
• ②氢-钠离子交换软化系统 • 将碱性硬水分别经过氢型强酸阳树脂和钠型强碱 阳树脂处理，可同时实现水的脱碱和软化。
• ③其他系统 • 按一钠离子交换软化系统该系统出水中含有按一 钠离子，在高温下进入锅炉后钠盐和钱盐分解的 碱在炉内以达到降碱的目的。该法投资省、设备 简单。但不容易操作控制。氯一钠离子交换软化 系统原水先经过氯型树脂反应，树脂中的Cl一交换 除去水中的S042-及HCO3-，出水再经过钠型树脂 软化。该法设备投资省、操作简单。
3离子交换树脂的性能
• (l)粒度 • 在水中树脂充分的膨胀后其不均匀程度和颗粒大 小的范围称为粒度，颗粒直径范围在0.04一 1.2mm之间，如要利用球体内部功能基的功能基 团直径越大需要的时间越长。另外，树脂颗粒度 大，交换速度慢;离子交换树脂的粒度对水处理的 影响很大。
• (2)密度 • 树脂的密度取决于功能基团的性质、离子形态以 及共聚物的结构交联度。根据含水情况不同可分 为湿态密度与干态密度，湿态密度又可分为湿视 密度和湿真密度。树脂的湿真密度可用来选择双 层床和混合床的树脂型号以及确定交换柱反洗膨 胀率。由此可知，树脂的密度影响交换柱中树脂 填装量及水处理工艺。
离子交换树脂的选择
• 离子交换树脂的种类很多，在利用离子交换法去 除原水中六价硒时，应根据原水的水质，对出水 水质的要求，离子交换树脂基本性能及离子交换 设备性能，通过技术经济比较，合理的选用离子 交换树脂。树脂的选择与分离组合的性质(离子的 种类和形式)、体系特点(PH值、浓度等介质条件) 及分离要求等有关。一般选择廉价易得、交换容 量大、强度高、选择性好、交换速度快、容易再 生的树脂。
第1章-离子交换树脂
24
1.5 离子交换树脂的制备方法
12
1.3 离子交换树脂的分类
离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和最 重要的分类方法有以下两种。 （1）按交换基团的性质分类
按交换基团性质的不同，可将离子交换树脂分为 阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。
13
阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和 弱酸型三种。如R—SO3H为强酸型，R—PO(OH)2为 中酸型，R—COOH为弱酸型。习惯上，一般将中酸 型和弱酸型统称为弱酸型。
大家好
1
第一章 离子交换树脂
2
1.1 概述
1.1.1 离子交换树脂的发展简史
离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化 合物。它具有一般聚合物所没有的新功能——离子交 换功能，本质上属于反应性聚合物。
离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，其 历史可追溯到上一世纪30年代。1935年英国的Adams 和Holmes发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子 交换性能的工作报告，开创了离子交换树脂领域，同 时也开创了功能高分子领域。
1.5.1 凝胶型离子交换树脂 凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部
分：合成一种三维网状结构的大分子和连接上离子交 换基团。
具体方法，可先合成网状结构大分子，然后使之 溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上。也 可先将交换基团连接到单体上，或直接采用带有交换 基团的单体聚合成网状结构大分子的方法。
离子交换树脂原理介绍及优缺点分析
离子交换树脂原理介绍及优缺点分析
1、离子交换树脂工艺原理
离子交换树脂的原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程：离子交换树脂作用环境中的水溶液中，含有的金属阳离子（Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基（—SO
3
H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—
C 6H
4
OH）等酸性基团，在水中易生成H+离子)上的H+ 进行离子交换，使得溶液中
的阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中，（即为阳离子交换树脂原理）
离子交换树脂对水中离子的吸附具有很强的选择性，通常用于水处理的离子交换树脂主要用于水中Ca2+的去除。
如需去除重金属则需选择相应的专用树脂，如除砷则需使用除砷树脂，除铬则需使用除铬树脂。
目前市场上除砷、除六价铬的专用树脂价格高。
2、树脂再生
当离子交换树脂吸附饱和后需对吸附饱和的离子交换树脂进行脱附处理，该过程即为树脂再生过程。
其具体步骤可分为：药液浸泡、正洗、反洗。
药液的使用需要根据树脂的类型进行相应的选择。
一般而言，酸性树脂选择HCl、H2SO4溶液，碱性树脂选择NaOH溶液。
3、树脂工艺优缺点
优点：相对于反渗透树脂，无需进行额外增压，吨水运行成本较低；
缺点：
1、选择性强针对不同的重金属需要选择相应的树脂，且专用树脂价格高，投资大；
2、树脂更换周期较短，正常情况下每3年更换一次，维护成本高；
3、用于处理重金属的树脂，在到达使用年限后属于危废，后续处置费用高；
4、树脂的再生废液为强酸/强碱性溶液，需要进一步处理；
5、对运营维护团队的专业要求高。
离子交换树脂的结构、原理及再生介绍
离子交换树脂的结构、原理及再生介绍一、离子交换树脂的结构离子交换树脂的内部结构，如下图所示。
由三部分组成，分别是：1、高分子骨。
由交联的高分子聚合物组成；2、离子交换基团。
它连在高分子骨架上，带有可交换的离子（称为反离子）的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团；3、孔。
它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔（凝胶孔）和高分子结构之间的孔（毛细孔）。
在交联结构的高分子基体（骨架）上，以化学键结合着许多交换基团。
这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。
交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。
反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。
二、离子交换的基本原理1、离子交换的选择性定义：离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。
离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。
离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。
离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。
一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。
对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。
在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。
对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。
离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。
离子交换树脂知识详解
1、离子交换树脂的基本类型(１) 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。
树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。
如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。
(２) 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)。
（3）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。
(４) 弱碱性阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。
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。
这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。
它只能在中性或酸性条件(如pH 1～9)下工作。
它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
2、离子交换树脂基体的组成离子交换树脂的基体(matrix)，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类，它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应，形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。
树脂离子交换
树脂离子交换1 树脂离子交换的基本原理树脂离子交换是一种常见的水处理技术，它是利用可溶解的树脂离子是可以结合其他离子而将其从解决物中吸附，然后将离子再放回到溶液中。
树脂离子交换过程主要是一个由可逆的离子结合和去离子结合的反复过程，可交换的多种离子的吸附和去除是由它们之间的热力学参数，如pH值，溶解度和电荷大小决定的。
2 树脂离子交换的种类树脂离子交换的分类主要是按照其可交换的离子来分为两大类：一种是可交换离子的有机树脂（如交换酸根，交换阴离子），另一种是可交换离子的无机树脂（如交换硫酸盐，交换氢离子）。
3 树脂离子交换应用树脂离子交换在水处理工艺中有着广泛的应用，它可以分离离子和杂质，可以用作水质中重金属离子，生物有机物，有机颜料，有机溶剂等有毒物质的吸附和回收（如镉，铅，汞，铬，砷，氰化物等），也可以用于氯离子的淡化，钙离子和氨离子的抑制，硒的浓缩和硫酸盐的净化等。
此外，它还可以应用于饮用水的净化，工业污水的净化，高紫外线的净化，水的微生物污染的消毒和杀菌，有机废水的处理，尤其适用于油族化工中回收有效成分，水质改善和废液处理。
4 树脂离子交换的利弊树脂离子交换有一定的局限性，尤其是大分子有机物更加难以被吸附，而汞和砷的离子相对来说更容易重新析出，如果以它作为分离的唯一方法，会影响污染物的有效去除，因此它不适合去除铁，锰，氯和其他一些有害物质。
另外，树脂离子交换对分子量大、分子结构复杂的有机污染物，特别是可吸附性硝酸盐有一定的难处，即可溶性有机物吸附、活性物质消除和非活性物质去除效率都不高。
5 结论树脂离子交换是一种普遍应用的水处理技术，它的可交换离子既可以是有机树脂，也可以是无机树脂，它的应用包括：重金属离子的吸附和去除，氯离子的淡化，钙离子和硫酸盐的抑制，硒的浓缩，水质改善，饮用水的净化，工业污水的处理和高紫外线的净化等。
尽管它有一定的利弊，但其仍是一种有效的水处理技术，在水质净化和废水处理方面发挥着重要作用。
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离子交换树脂基础知识离子交换树脂的基础知识一、离子交换树脂发展简史离子交换剂是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂和有机离子交换剂。
有机离子交换剂又称离子交换树脂。
无机离子交换剂（如沸石）早在一百多年前就已发现并应用，人类就已经会利用沙砾净水。
而有机离子交换树脂是在1933年由英国人亚当斯（Hdams）和霍姆斯（Holms）首先用人工方法制造酚醛类型的阳、阴离子交换树脂。
在第二次世界大战期间，德国首先进行工业规模的生产。
战后英、美、苏、日等国的发展很快。
1945年美国人迪阿莱里坞（D’Alelio）发表了关于聚苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂及聚丙烯酸型弱酸性阳离子交换树脂的制备方法。
后来聚苯乙烯阴离子交换树脂、氧化还原树脂以及螯合树脂等也相继出现，在应用技术及其范围上也日益广大。
到了上世纪五十年代后期，各种大孔型的树脂又相继发展起来，在生产及科学研究中，离子交换树脂起着越来越重要的作用。
解放前，我国的离子交换树脂的科研和生产完全空白，解放后，从五十年代初期开始，我国在北京、上海和天津的一些科研单位和高等学校分别开始了离子交换树脂的研究。
1953年酚醛磺化树脂产生，1958年凝胶型苯乙烯树脂投入生产，1959年南开大学何炳林用苯乙烯做致孔剂合成孔径大、强度高和交换速度快的大孔型交联聚苯乙烯离子交换树脂。
60年代我国生产了大孔型苯乙烯系、丙烯酸系离子交换树脂。
到70年代中、后期又合成了多种吸附树脂、碳化树脂，并已先后投入生产。
经过50年的努力，我国的离子交换树脂的生产和工业应用得到了飞速也属于功能高分子。
阳离子交换树脂是一类骨架上结合有磺酸（-SO3H）和羧酸（-COOH）等酸性功能基的聚合物。
将此树脂浸渍于水中时，交换基部分可如同普通酸那样发生电离。
以R表示树脂的骨架部分，阳离子交换树脂R-SO3H或R-COOH在水中的电离如下：RSO3H RSO3- + H+RCOO-+ H+RSO3H型的树脂易于电离，具有相当于盐酸或硫酸的强酸性，称为强酸性阳离子交换树脂。
而RCOOH型的树脂类似有机酸，较难电离。
具有弱酸的性质，因此称为弱酸性阳离子交换树脂。
阴离子交换树脂是一类在骨架上结合有季胺基、伯胺基、仲胺基、叔胺基的聚合物。
其中以季胺基上的羟基为交换基的树脂具有强碱性，称为强碱性阴离子交换树脂。
用R表示树脂中的聚合物骨架时，强碱性阴离子交换树脂在水中会发生如下的电离：R—N+（CH3）3OH-R—N+（CH3）3 + OH--具有伯胺、仲胺、叔胺基的阴离子交换树脂碱性较弱，称为弱碱性阴离子交换树脂。
强碱性阴离子交换树脂一般以化学稳定的CL盐型出售，应用时要用N a OH溶液进行转型。
三、离子交换树脂的分类按骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶性和大孔型树脂两大类。
由苯乙烯和二乙烯苯混合物在引发剂存在下进行自由基悬浮聚合，得到具有交联网状结构的聚合体。
这种聚合体一般是呈透明状态的，无孔的凝胶型树脂。
聚会时增加DVB的加入量，则链的分枝多，成为紧密结构；将DVB量减少，则生成分枝少、网目大的树脂。
其中单体DVB称为交联剂，其加入量占单体总量的百分数表示网状结构粗密的尺度，称为交联度。
通常8%左右为标准交联度树脂，高于8%的称为高交联度树脂，低于8%的称为低交联度树脂。
在得到的苯乙烯-DVB共聚物上导入磺酸基可制的强酸性阳离子交换树脂，将共聚物氯甲基化后与胺反应则可制得强碱性阴离子交换树脂。
在功能基导入之前，苯乙烯和二乙烯苯共聚物无吸水性，导入功能基后，树脂会吸水溶胀，交联高的树脂骨架的链难于伸展，吸水量也受到限制，不易溶胀；而交联低的树脂吸水量大，溶胀也大。
离子交换树脂吸水后，树脂相内产生微孔，反离子可扩散进由吸水而产生的微孔内进行离子交换，微孔的大小依赖于树脂的交联度。
因此交联度是离子交换树脂的重要指标之一。
另一类型的是大孔离子交换树脂，它是60年代在一般凝胶型树脂基础上发展起来的一种新型树脂。
它的基本特点是在整个树脂内部无论干、湿或收缩、溶胀（在水中）都存在着比一般凝胶型更多、更大的孔道，因而表面积大，在离子交换过程中，离子容易迁移扩散，交换速度较快，工作效率高。
大孔离子交换树脂的制备，是通过加入适量的致孔剂，使在网状骨架固化和链结结构单元形成的过程中，添加惰性分子，预先留下孔道形成的。
在骨架固定后，再抽走致孔剂，便留下不受干湿或缩胀影响的永久性孔道。
所用致孔剂一般能与单体混溶，不参加化学反应，对聚合物来说是溶胀剂或沉淀剂的有机溶剂。
按所带的交换功能基的特性，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和其他树脂。
带有酸性功能基，能与阳离子进行交换的聚合物叫阳离子交换树脂；带有碱性功能基、能与阴离子交换的聚合物叫阴离子交换树脂。
按功能基上酸或碱的强弱程度又可分为强酸（-SO3H）、中强酸（PO(OH)2）、弱酸（—COOH）阳离子交换树脂；弱碱（—NH2、—NRH、—NR2）及强碱（—N+R3CL）离子交换树脂。
强碱型阴离子交换树脂又把带三甲基苄铵基的树脂叫Ⅰ型树脂，带二甲基羟乙基苄铵基【—N—（CH3）2CH2OH】的树脂叫Ⅱ型树脂。
带有第三锍基（—S+—）和第四磷基（—P+—）的树脂也列入强碱树脂。
在同一种离子交换树脂中，有时也带有数种不同酸碱性的功能基，所以又有单功能基和多功能基离子交换树脂之分。
对于带氧化还原（—SH，—螯合（—N（CH2COOH）2）、光活性、阴阳两性等功能基的树脂，一般按其特征命名。
从物质的基本组成来分，一般将主链上含有碳、氢，而功能基上带有氧、氮、磷、硫等元素的树脂列为有机离子交换树脂，可算是聚合物的一个分支，而把含有锆、钛、钒、钨、钼等元素为主的无机离子交换剂，当作无机高分子化合物的一个分支。
四、离子交换树脂的名称、牌号及命名方法为避免分类上的混乱，我国在1958年提出命名草案。
为了统一国产离子交换树脂的牌号，石油化学工业部在1977年7月1日制定了《离子交换树脂产品分类、命名及型号》的部颁标准。
《标准》根据离子交换树脂功能基的性质，将其分为强酸、弱酸、强碱、弱碱、螯合、两性及氧化还原等七类，见下表：表1 离子交换树脂的种类对离子交换树脂的命名做了如下规定：离子交换树脂的全名由分类名称、骨架（或集团）名称、基本名称排列组成。
离子交换树脂的型态分为凝胶型和大孔型两种。
凡具有物理孔结构的称为大孔型树脂，在全名前加“大孔”两字以示区别。
由于氧化还原树脂与离子交换树脂的特性不同，故在命名的排列上也有不同，其命名原则由基团的名称、骨架名称、分类名称和树脂两字排列组成。
离子交换树脂的基本名称为离子交换树脂。
凡分类中属酸性的，应在基本名称前加一“阳”字；凡分类中属碱性的，在基本名称前加一“阴”字。
为了区别离子交换树脂产品中的不同品种，在全名前必须有型号。
离子交换树脂产品的型号由三位阿拉伯数字组成。
第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架结构的差异（代号可见表2、3），第三位数字为顺序号，用以区别基团、交联剂等。
表2 离子交换树脂产品分类表3 离子交换树脂骨架分类凡大孔型离子交换树脂，在型号前加“大”字的汉语拼音首位字母“D”表示之。
凝胶型离子交换树脂，在型号后面用“×”号连接阿拉伯数字，表示交联度。
遇到二次聚合或其交联度不清楚时，可以采用近似值表示或不给予表示，见图1。
. . .×.交联度数值连接符号顺序号骨架代号分类代号0 0 1×7交联度数值、交联度为7连接符号顺序号骨架代号、苯乙烯系分类代号、强酸性2 0 1×7交联度数值、交联度为7连接符号顺序号骨架代号、苯乙烯系分类代号、强碱性D×××顺序号骨架代号分类代号大孔型代号图1 离子交换树脂型号图解D 1 1 3顺序号骨架代号、丙烯酸系分类代号、弱酸性大孔型代号五、离子交换树脂的作用原理离子交换树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似，例如NaCL + AgNO3AgCL + Na NO3这个反应可以看作是银离子交换了氯化钠中的钠离子。
利用固载在聚合物骨架上的功能基所带的可交换的离子在水溶液中能发生离解，如磺酸树脂上可离解出氢离子，这种离子可在较大的范围内自由移动，扩散到溶液中。
同时，在溶液中的同类型离子，如钠离子，也能从溶液中扩散到聚合物网络和孔内。
当这两种离子的浓度差较大时，就产生一种交换的推动力使他们之间发生交换作用，浓度差越大，交换速度越快。
利用这种浓度差的推动力关系使树脂上可交换离子发生可逆交换反应，如，当溶液中的钠离子浓度较大时，就可把磺酸树脂上的氢离子交换下来。
当全部氢离子被钠离子交换后，这时就称树脂为钠离子所饱和。
然后，如果把溶液变为浓度较高的酸时，溶液中的氢离子又能把树脂上的钠离子置换下来，这时树脂就“再生”为H+型。
通过这种可逆交换作用原理，加上树脂上固载的功能基对不同离子具有不同的亲和性，使离子交换树脂能应用于离子的分离、置换、浓缩、杂质的去除和催化反应等。
阴离子交换树脂骨架上带的是各种碱性不同的功能基（RN(CH3)3OH、RN(CH3)2HOH、RNH2HOH），能离解出与溶液里的阴离子进行交换的阴离子（OH-）。
交换以后，用强碱，如氢氧化钠水溶液（5%）再生，反复使用，但由于胺基容易氧化降解，使用寿命比阳树脂稍短。
它的作用原理与阳树脂相似，可用方程表示如下：ROH + NaCL RCL + Na OH根据阴、阳离子交换树脂的作用原理，可将两种树脂配合使用，就可以把溶液里的离子几乎全部交换出来。
RH + NaCL + R’OH RNa + R’ CL + H2O六、离子交换树脂的应用概述1、水处理用于水处理的量很大，占离子交换树脂的产量的90%以上。
工业用水里存在两价的钙、镁离子和三价的铁离子，易使管道及锅炉结垢，出去这些金属离子的过程，称为水的软化。
早期水的软化是使用沸石及磺化煤。
现在多用聚苯乙烯-二乙烯苯磺化阳离子交换树脂，它在除去锅炉进料水的阳离子方面，具有稳定、高效率与高交换能力的优点。
强碱性季胺阴离子交换树脂是第一个能除去含硅化物的离子交换树脂，它的发展使得水处理原先普遍使用的蒸馏法迅速被离子交换树脂所取代。
在阴、阳离子树脂发展成功后，在单一离子交换塔内同时使用阴、阳离子树脂的研究，获得混床式处理方法的出现，这个特殊的处理方法可以完全除去水中存在的离子。
采用混床技术，不仅可以大幅度提高纯水的品质，同时锅炉进水流量也大大提高。
目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
使用离子交换树脂可制得超纯水，可以大幅度提高微小晶片的收率。
2、食品工业离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业。
例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃取淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖和果糖，而后再经离子交换处理，可以生产高果糖浆。