第五章离子交换技术

第五章离子交换技术

离子交换(Ion Exchange，简称Ⅸ)技术是除去水中离子态物质的水处理方法之一，采用离子交换法可制取软水、纯水和超纯水，因而在水处理领域中曾被广泛应用。

第一节离子交换剂及分类

离子交换作用是用一种称为离子交换剂的物质来进行的，这种物质在溶液中能以所含的可交换离子与溶液中的同种符号的离子进行交换，离子交换剂的种类很多，如表5—1所示。

早期使用的硅质离子交换剂如海绿砂和合成沸石有许多缺点，特别是在酸性条件下无法使用。磺化煤利用天然煤为原料，经浓硫酸磺化处理后制成，但使用过程中暴露出交换容量低、机械强度差、化学稳定性较差等缺点，已逐渐被离子交换树脂所取代。

离子交换树脂是一种高分子的聚合物，它与其他离子交换剂相比具有如下优点：a．交换容量高；b．外形大多为球状颗粒，水流阻力小；c机械强度高；d．化学稳定性好。因此离子交换树脂已成为目前最普遍采用的离子交换材料。

第二节离子交换树脂

一、离子交换树脂的结构和类型

离子交换树脂与其他交换剂一样，其结构通常分为两个部分。一部分称为骨架，在交换过程中骨架不参与交换反应。另一部分为连接在骨架上的活性基团，活性基团所带的可交换离子能与水中的离子进行交换。

离子交换树脂外形大多呈珠状颗粒，它既不溶于水，也不溶于酸碱和有机溶剂。从微观来看，离于交换树脂具有三维空间网状结构，在网状结构的空隙部位分布着能提供可交换离子的活性基团。

以最常见的苯乙烯系离子交换树脂为例，苯乙烯和二乙烯苯共聚制得高分子化合物——

第62页交联聚苯乙烯：

在聚合反应中，二乙烯苯起到将苯乙烯长链交联起来而形成网状的作用，二乙烯苯在聚合中所用质量占参与聚合单体的总质量的百分率，称为离子交换树脂的交联度。交联度越高，树脂的网状结构越紧密。此种聚苯乙烯没有活性基团，因而通常称为白球。将白球用浓硫酸磺化，可得磺酸型阳离子交换树脂(RH)：

白球经氯甲基化和胺化后，可得阴离子交换树脂：

上述胺化反应用叔胺处理，制得季铵型强碱性阴离于交换树脂(R3NCl)，若用仲胺(R2NH)或伯胺(RNH2)处理，则生成弱碱性阴离子交换树脂，(分别为R2N·HCl或RNH·2Cl)。

强碱性阴离子交换树脂分I型和Ⅱ型，它们在制造过程中胺化虽都用叔胺，但I型用的是三甲胺(CH3)2N，Ⅱ型则用二甲基乙醇胺，(CH3)2NC2H4OH，因此I型的碱性比Ⅱ型强，但Ⅱ型的交换容量比较高。

按照树脂骨架的结构特征，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型，它们的区别在于结构中孔眼的大小，凝胶型树脂不具有物理孔眼，只是在浸入水中时才显示其分子链之间的网状

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