第8章离子交换全解
第八章 土壤胶体与土壤离子交换-胶体性质
土壤胶体的结构和性质
4. 土壤胶体的吸附性和交换能力
由于胶体的巨大表面能，使其对周围分 子或离子有很强的吸附力，同样胶体的电 性使其扩散层的离子与土壤溶液中的离子 有交换能力。
比表面积 （cm2·g-1）
45,200
226,000
452,000
2,260,000
很显然,土粒越细比表面越大,土壤中颗粒的形状多种多样. 只有砂粒近 似球形,但其表面大多不平,大部分粘粒多为片状,棒状,针状, 实际上胶 体的表面积比光滑的球体大得多。
由于土壤胶体具有巨大表面积，从而具有巨大的表面能。
立方体数 目 1 103 106 109 1012 1015 1018 1021
总表面积
6cm2 60cm2 600cm2 6000cm2 6m2 60m2 600m2 6000m2
比表面积 （cm2·cm-3）
6 6×10 6×102 6×103 6×104 6×105 6×106 6×107
土壤胶体的结构和性质
土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减 小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等 措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构； 相反，土壤水分过多，土壤溶液电解质浓度相应减小，扩散层加厚， 胶粒互相排斥而成溶胶状。 常年泡水的沤水田、烂泥田，土粒分散，缺少结构，通气性差， 栽秧后易产生浮秧，就是因为胶粒分散，土壤不沉实。这种情况下， 施用石灰（CaO）、石膏（CaSO4），增加Ca2+浓度，对沉实土壤， 改良土性，有明显效果。
H2SiO3
HSiO3- +H+
SiO32-+H+ （带正电）
土壤胶体的结构和性质
第8章 土壤阳离子交换量分析.ppt.Convertor
第八章土壤阳离子交换性能的分析P152第一节概述土壤中阳离子交换作用，早在19世纪50年代已为土壤科学家所认识。
当土壤用一种盐溶液（例如醋酸铵）淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子（例如铵离子）的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca 2+、Mg2+、K+、Na+等交换性阳离子。
在交换中还可能有少量的金属微量元素和铝。
Fe3+ (Fe2+)一般不作为交换性阳离子，因为它们的盐类容易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物。
土壤吸附阳离子的能力用吸附的阳离子总量表示，称为阳离子交换量[cation exchange capacity，简作（Q）]，其数值以厘摩尔每千克（cmol·kg-1）表示。
土壤交换性能的分析包括土壤阳离子交换量的测定、交换性阳离子组成分析和盐基饱和度、石灰、石膏需要量的计算。
土壤交换性能是土壤胶体的属性。
土壤胶体有无机胶体和有机胶体。
土壤有机胶体腐殖质阳离子交换量200～400cmol·kg -1。
无机胶体包括各种类型的粘土矿物，其中2:1型的粘土矿物如蒙脱石的交换量为60～100cmol·kg-1，1:1型的粘土矿物如高岭石的交换量为10～15cmol·kg-1。
因此，不同土壤由于粘土矿物和腐殖质的性质和数量不同，阳离子交换量差异很大。
例如东北的黑钙土的交换量为30～50cmol·kg-1，而华南的土壤阳离子交换量均小于10cmol·kg-1：这是因为黑钙土的腐殖质含量高，粘土矿物以2:1型为主；而红壤的腐殖质含量低，粘土矿物又以1:1型为主。
阳离子交换量的测定受多种因素影响。
例如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。
作为指示阳离子常用的有NH4+、Na+、Ba 2+，亦有选用H+作为指示阳离子。
各种离子的置换能力为：Al 3+ > Ba2+> Ca 2+> Mg 2+> NH4+> K+> Na+。
【生物化学】第八章 蛋白质的分离纯化
㈤、凝胶过滤层析技术
⒈ 基原理
概念（排阻层析，分子筛层析）： 当生物大分子通过装有凝胶颗粒 的层析柱时，根据它们分子大小 不同而进行分离的技术。 原理：凝胶颗粒内部具有多孔网 状结构，被分离的混合物流过层 析柱时，比凝胶孔径大的分子不 能进入凝胶孔内，在凝胶颗粒之 间的空隙向下移动，并最先被洗 脱出来； 比网孔小的分子能不同程度的自 由出入凝胶孔内外，在柱内经过 的路程较长移动速度较慢，最后 被洗脱出来。
⒊ 分配纸层析
纤维素吸附的水是固定相，展层用的有 机溶剂是流动相
层析时混合氨基酸在这两相中不断分配， 使他们分布在滤纸的不同位置上。
此项技术可用于氨基酸成分的定量定性 测定。
⒊ 分配纸层析
操作：点样→展层→显 色用茚三酮显色时，得到 一个滤纸层析谱。 定义：原点到氨基酸停 留点的距离与原点至溶剂 前沿之比称为Rf值。 只要把溶剂系统、温度、 滤纸型号等条件确定，则 每一种氨基酸的Rf值是一 个确定值。
⒊ 分析型超速离心机
XL-A分析型超速离 心机 主要技术指标： 检测波长范围 200nm800nm 转子最大转速 40000RPM
什么是酶的活性中心？ 三维结构上比较接近的少数特异的氨基酸残基参与底物的 结合与催化作用，这一与酶活力直接相关的区域称酶的活 性部位。 在很多酶的活性中心均有His残基参与，原因是什么? 酶蛋白分子中组氨酸侧链咪唑基pK值为6.0-7.0，在生理条 件下，一半解离，一半不解离，因此既可以做质子供体，也 可以做质子受体，可以作为广义酸碱共同催化反应。 胰凝乳蛋白酶活性中心的催化三联体是指哪三种氨基酸？
⑵ 按两相所处的状态分类 流动相有两种状态：
*液体作为流动相 *气体作为流动相 固定相也有两种状态： *固体吸附剂作为固定相 *以吸附在固体上的液体作为固定相
水质工程学Ⅰ思考题答案
参考答案第1章 水质与水处理概论一、选择题1、 ABDE2、 ABCE3、 ABC第2章 水的处理方法概论一、问答题1、答：CMB 型反应器的假定条件是整个反应器是一个封闭系统，在反应过程中不存在由物质的迁移而导致的物质输入和输出，且恒温操作。
CSTR 反应器假定反应器内的物料完全均匀混合且与输出生产物均相同等温操作。
PF 反应器假定反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用。
唯一的质量传递就是平行流动的主流传递。
理想反应器虽不能完全准确地描述反应器内所进行的实际过程，但可以近似反映真实反应器的特征。
而且，由理想反应器模型可进一步推出偏离理想状态的实际反应器模型。
2、答：三种理想反应器的容积和物料停留时间根据反应器内物料衡算求得。
CMB 型 反应级 平均停留时间 0)(10i c c k- 1 ic c Ln k 01 2 )1(100-ic c kc n （n ≠1） ]1)[()1(11010----n i n c c c n k CSTR 型 0 )(10i c c k- 1 )1(10-ic c k 2 )1(10-ii c c kc n （n ≠1） )1(101--i n ic c kc PF 型 0 )(10i c c k- 1 i c c Ln k 012)1(100-ic c kc n （n ≠1） ]1)[()1(11010----n i n c c c n k 其中：c 0为进口物料浓度；C i 为平均停留时间t 时的物料浓度；K 为反应速率常数。
3、解：设原有细菌密度为c 0，t 时后尚存活的细菌密度为c i ，被杀死的细菌密度则为c 0-c i ，根据题意，在t 时刻，%5.990=-c c c i o c i =0.005c 0，细菌被灭速率等于活细胞减少速率，于是，i i i c kc c r 85.0)(-=-=，代入公式，得： 2.6)/005.0(85.010=-=i c c Ln t 所需消毒时间为6.2分钟。
有色冶金原理第八章溶剂萃取和离子交换
溶剂萃取应用范围
溶剂萃取被广泛应用于有色冶金中的金属提取、有机物的分离等领域。
离子换基本原理
离子交换是利用固体层状材料具有特定化学结构和吸附性能，通过吸附和解 吸过程实现目标物质的分离提取。
离子交换应用范围
离子交换广泛应用于有色冶金中的离子分离、水处理、废水处理等方面。
溶剂萃取与离子交换的比较
溶剂萃取和离子交换都是重要的分离和提取技术，具有各自的优势和适用范 围。
总结与展望
溶剂萃取和离子交换在有色冶金中发挥着重要作用，随着技术的不断发展， 它们的应用将不断扩大和深化。
有色冶金原理第八章溶剂 萃取和离子交换
本章将介绍有色冶金中重要的分离和提取技术，包括溶剂萃取和离子交换， 并探讨它们的原理、应用范围以及比较等方面。
原理概述
溶剂萃取和离子交换是在有色冶金中广泛使用的分离和提取技术。
溶剂萃取基本原理
溶剂萃取是通过溶剂将目标物质从溶液中分离提取出来的过程，主要利用物 质在不同溶剂中的溶解度差异实现分离。
生化技术第八章 聚焦层析
pH
pH
6
6
pH
7 pH8
pH
pH
6
6
Байду номын сангаас
pH9
pH8
pH7
pH6
柱中的pH变化：
高→梯度形成→梯度下移→梯度消失（低）
2.蛋白质行为
蛋白质存在于“风云变幻”的层析柱中。
（1）环境pH＜蛋白质pI时，蛋白质带正电荷，不 与阴离子交换剂结合，以很快的速度向前移动；
（2）当在某一距离时，环境pH＞蛋白质pI，蛋白 质带负电荷，并与阴离子交换剂结合；
柱内发生何种变化？
中和作用—多缓冲液中的大部分酸性成分与与阴离子交 换剂的碱性基团结合。 结果：随淋洗过程的进行，柱内每一点的pH都在下降； 一段时间后，柱内自上而下形成了pH6-9的梯度。
pH9
一
起
段
始
时
间
后
pH9
pH6 pH9 pH9
最后，继续淋洗，pH梯度逐渐下移，直至底部流出液 pH由9 降至6 并恒定于此值时，柱中的pH梯度随即消 失。
4. 加样和洗脱 洗脱液浓度和洗脱体积可参考表8-2 ，控制流速在3040cm/h
5.样品中多缓冲剂的去除 固体硫酸铵法使蛋白质沉淀，与多缓冲剂分开； 通过Sephadex G-25柱可把大于5000Da的蛋白质与 多缓冲剂分开； 通过亲和层析和疏水层析把蛋白质与多缓冲剂分开
2. 多缓冲交换剂的选择与处理
根据pH梯度范围确定多缓冲交换剂与起始缓冲液。
起始缓冲液的pH要比pH梯度上限高约0.4个pH 单位，以克服因起始缓冲液与洗脱液之间pH差值引 起的pH波动。
3. 样品的准备 加样量：通常每10ml床体积可以加100mg左右的样品 样品浓度: 由于有聚焦效应，样品浓度可低些
生物制药工艺学第8章离子交换08-4-1
离子交换树脂的骨架
（一）苯乙烯型离子交换树脂
由苯乙烯与二 乙烯苯经过氧 苯甲酰催化聚 合而成。
交联度
17
18
（二）丙烯酸型离子交换树脂
丙烯酸型阳离子交换树脂：是由丙烯酸甲酯 与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
19
丙烯酸型阳离子交换树脂
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。 724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲
34
交换容量测定方法
阳离子交换树脂（氢型）的测定方法：一定量 树 脂 中加 入 NaOH溶 液 ， 一 天 或数 天 后测 定 NaOH剩余量，从消耗的碱量求交换容量。
阴离子交换树脂（氯型）的测定方法：一定量 树脂装柱，用过量Na2SO4溶液进行离子交换， 测定流出液中氯离子总量，求交换容量。
盐类洗脱液是通过高浓度的同种电荷的离子 与目的物竞争树脂上的活性基团，使吸附物 游离。
57
洗脱方式
动态洗脱： 1、 溶液pH及离子强度不变。 2、分阶段改变溶液pH及离子强度。 3、连续改变溶液pH及离子强度。
梯度洗脱：自动化的梯度仪
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梯度洗脱
梯度混合器: A瓶为低浓度盐溶液 B瓶为高浓度盐溶液 C=CA―（CA―CB）VAA/AB
选择合适的树脂（如阳离子交换树脂），便 可使目的物被离子交换树脂吸附，而杂质较 少被吸附。
3
洗脱
（1）调节洗脱液的pH值。 （2）用高浓度的同性离子将目的物离子取
代下来。
对阳离子交换树脂而言，目的物的pI值愈大 （愈碱），将其洗脱下来所需溶液的pH值也 愈高。
4
离子交换树脂吸附和洗脱过程
第八章 离子交换法(ion-exchange)
第8章-(6)-液体吸附与离子交换
第8章液体吸附与离子交换吸附与离子交换都是相间传质过程，物质传递方向是由液相到固相。
1 液体吸附1.1 吸附作用和吸附剂1.1.1 吸附作用利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体中的一个或几个组分，从而使流体混合物得以分离的单元操作。
分离的依据：各组分的吸附力不同。
吸附剂：具有吸附作用的物质；吸附质：被吸附的组分。
固相具有吸附能力的根本原因是固体表面分子处在一个不平衡力场中，也既是表面力在起作用。
物理吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力仅为分子间引力的吸附；化学吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力为化学键力的吸附。
物理吸附的特点：①放热过程；②吸附无选择性；③吸附速度快，易达平衡；④可以是多分子层吸附；⑤可逆过程，解吸容易。
化学吸附的特点：①放热过程；②吸附有选择性；③吸附速度慢，不易达平衡；④单分子层吸附；⑤解吸困难。
1．1．2 吸附剂及其性能吸附剂的来源：①天然矿产：活性白土、漂白土、硅藻土、凹凸棒等；②人工制品：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛、吸附树脂等。
食品工业中常用的吸附剂有：(1)活性炭包括粉末活性炭和颗粒活性炭两种。
(2)活性白土(3)硅胶包括球形、无定形、粉末状及加工成型四种。
(4)膨润土(5)分子筛(6)吸附树脂食品工业对吸附剂的要求主要有：①吸附量大；②选择性好。
一些常用吸附剂的性能见表8-1。
1．2 吸附理论1．2．1 吸附平衡(1)单组分吸附 吸附剂只选择性的吸附一个组分（溶质）。
可用等温吸附方程（弗氏方程）表示： n kC 1*=ω式中：ω-吸附质在固相中的浓度，kg 吸附质/kg 吸附剂；C *-吸附质与固相浓度成平衡的液相质量浓度，kg 吸附质/m 3。
k ，n-与吸附剂（质）性质、温度有关的常数。
一般n 在2～10之间易吸附，小于0.5时，吸附困难。
吸附浓度较低时，可用线性方程表示：*ω=kC参见下图，活性炭对醋酸（水容液）和苯甲酸（苯溶液）的吸附：从图中可以看出，吸附质不同，吸附平衡浓度不同；另外，浓度低时ω～C*基本为线性关系。
教材《无机化学》第8章酸碱解离平衡
• 酸碱解离平衡概述 • 酸碱解离平衡的表示方法 • 影响酸碱解离平衡的因素 • 酸碱解离平衡的应用 • 酸碱解离平衡的实验研究 • 总结与展望
01
酸碱解离平衡概述
酸碱解离平衡的定义
01
酸碱解离平衡是指酸或碱在水溶 液中，由于溶剂的作用，使酸或 碱的解离平衡的基本原理，了解影响酸 碱解离平衡的因素，加深对酸碱反应本质的理解。
实验原理
酸碱解离平衡是溶液中酸和碱的离子化过程，受到离子强度 、同离子效应等因素的影响。通过实验测定不同条件下的酸 碱解离常数，可以进一步探究酸碱反应的规律。
实验步骤与操作
01
02
03
04
步骤一
其他因素的影响
总结词
络合、沉淀、氧化还原等反应影响酸碱解离平衡。
详细描述
除了温度、浓度和同离子效应外，其他一些因素也会对酸碱解离平衡产生影响。例如，络合反应可以与酸碱分子 结合形成络合物，沉淀反应可以形成不溶于水的物质，这些都会影响酸碱的解离平衡。此外，氧化还原反应也会 改变酸碱的解离平衡。
04
酸度常数的计算方法
实验测定
通过实验测定不同浓度下的pH值， 再根据pH值计算出Ka值。
理论计算
根据酸或碱的分子结构，利用量子 化学计算方法计算出Ka值。
应用软件
利用一些专门用于化学计算的软件， 如ChemOffice等，也可以方便地计 算出Ka值。
酸度常数的应用
判断酸或碱的强弱
Ka值越大，表示酸或碱的解离程度越大，酸性或 碱性越强。
THANKS
感谢观看
在药物研发中的应用
药物代谢
药物在体内的代谢过程中，常常 涉及到酸碱解离平衡，影响药物
10第八章-生物制药工艺学-离子交换
功能基团:
与载体共价结合 的固定的活性基团
平衡离子:
与功能基团 以离子键联结 可移动的活性离子
平衡离子带正电荷的为阳离子交换树脂，带负电荷者称阴离子交换树脂。
在介质中带正电的物质用阳离子交换剂；带负电物质用阴离子交换剂。
一、离子交换树脂的分类
强酸型树脂：功能基团 为磺酸根(-SO3H)及甲基 磺酸根(-CH2SO3H)，有 好的解离能力。
❖ 在特定溶液条件下，电荷密度、电荷种类不同
4
基本原理
❖ 离子交换法：利用溶液中带电粒子与离子交换
剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。 ❖ 带电粒子与离子交换剂间的作用力是静电力。 ❖ 离子交换是可逆的。
5
离子交换剂
❖ 离子交换剂：由惰性的不溶性载体、功能基团和平 衡离子组成。
❖ 阳离子交换剂：平衡离子带正电荷。 ❖ 阴离子交换剂：平衡离子带负电荷。
（3）多孔性，表面积大、交换容量大，分离效率 高，回收率高，可用于分离和制备。
（4）设备简单，操作不复杂，应用广泛。 （5）树脂具有再生能力，可反复使用。
❖ 缺点：
分离周期长，耗时过多。
离子交换技术是分离精制生化药物的重要手段
17
第二节 离子交换树脂的结构和种类
离子交换剂
平衡离子 决定树脂正负
不溶性载体:
Sample application and wash
--
-
+
+ -+
-+
++-
离子交换法过程
洗脱Elution
-
-
-
-
-
-
-
-
+ --
第八章 土壤胶体和土壤离子交换
I win
Mr. Green had a job in a computer company. His boss paid him every Friday. When he got home that day, his wife would make him give her all his money, and then she would give him back only enough to buy his lunch in the office every day. One day Mr. Green came home very excited. He said to his wife, who was listening to the radio, "You'll never know what happened to me today. I won one hundred thousand on the lottery!" "That's great!" said his wife happily. But she thought for a minute and said coldly, "Wait a moment! How could you have the money to buy the ticket?"
H+ K+
Ca+2 H+
Mg+2
第八章+离子交换
第八章 离子交换8-1 概述8.1.1 离子交换的处理对象与功能1、处理对象水处理中，用于软化（去除水中能引起结垢的钙、镁离子）和除盐（去除水中所有阴、阳离子）。
废水处理中，用于去除金属离子。
2、功能满足更高的用水水质要求；实现水或废水的深度处理，利于回用。
8.1.2 离子交换的实质Ion exchange is a reversible chemical reaction wherein an ion from solution is exchanged for a similarly charged ion attached to an immobile solid particle. These solid ion exchange particles are either naturally occurring inorganic zeolites or synthetically produced organic resins. The synthetic organic resins are the predominant type used today because their characteristics can be tailored to specific applications.离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中其它同样离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆的化学吸附。
（1）利用不溶性离子化合物（即离子交换剂）上的可交换离子与废水中的其它同性离子所具有的交换能力，将废水中有害离子去除的交换反应过程。
（2）是一种特殊的可逆化学吸附过程。
（3）离子交换剂是实现此过程的执行者。
反应式可表达为：平衡时，有：K—平衡常数。
K越大，越有利于交换反应。
K值能定量地表示离子交换选择性的大小，故亦称为选择性系数。
8.1.3 离子交换的过程Ion exchange is a reversible chemical reaction in which one type of ion (electrically charged atoms or molecules) is exchanged for another.During the process, a solution containing the ionic materials to be separated is exposed to an insoluble solid. When contact is made, an exchange of ions takes place.▲Movement of the ions from bulk of solution▲Diffusion of the ions through the laminar film▲Diffusion of the ions through the pores▲ Ion exchange▲Diffusion of the exchanged ions outward▲Diffusion of the exchanged ions through laminar layer▲Movement of exchanged ion into bulk of solution8-2 离子交换剂及其特性水处理中常用的离子交换剂为磺化煤和离子交换树指，废水处理中主要用树指。
第8章-土壤元素的生物地球化学循环
✓这些磷酸盐在土壤溶液中大多以H2PO4-、
HPO42-、PO43-离子形态存在。
39
各种磷酸根离子的pH分布图 40
2.吸附态磷
➢ 吸附态磷是指那些通过库仑力、分子引力、化学键 能等各种作用力被土壤固相表面吸附的磷酸根阴离 子。土壤固相表面对磷酸根的吸附以专性吸附即配 位体交换较为重要。
✓ 有机态氮矿化释放的氨在土壤中转化为铵（NH4+） 离子，部分被带负电荷的土壤粘粒和有机胶体吸附，
部分被植物直接吸收。
✓ 土壤中大部分铵离子通过微生物的作用氧化成亚硝 酸盐和硝酸盐。
✓ 第一步：先把铵离子转化成亚硝态氮，称为亚硝化 作用，反应式为：
2NH 4
3O2
亚硝化微生物 (以Nitrosomonas为主)
氮素供应足时，可增强叶绿素的形成，光合作 用加强，叶色浓绿。
在作物生产中，作物对氮的需要量较大，土壤 供氮不足是引起农产品产量下降和品质降低的 重要因素。
7
8
水稻缺氮，植株矮小，僵化。自下而上叶片 黄化，无光泽。
9
10
硝酸盐淋失（Nitrate Leaching) 氮素肥料施用过剩会造成江湖水体富营养化、 地下水硝态氮积累及毒害等。
➢第一阶段：复杂的含氮化合物如蛋白质、核 酸、氨基糖等，在细菌、真菌、放线菌等微 生物酶的系列作用下，逐级分解而形成简单 的氨基化合物，称为氨基化阶段（氨基化作 用）。
➢第二阶段：在微生物作用下，各种简单的氨 基化合物分解成氨，称为氨化阶段（氨化作 用）,氨化作用在好气、嫌气条件下均可进 行。
第8章 离子交换
7、耐磨性
影响其实用性能指标之一，一般年耗损应不超过37%。
2)化学性质
1、酸碱性
.有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱 性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。 表8.1 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型 有效pH值范围 强酸性 0~14 弱酸性 4~14 强碱性 0~14 弱碱性 0~7
△C---脱除CO2的平均解析推动力
C、除碳器所需鼓风量W（m3/h)及所需进风压力P0（kPa)
风量 20～30 m3/ m3（水） 据风量，风压选风机
空气阻力0.2～0.5 KPa／m， 其它局部阻力0.4 KPa
8.4 离子交换的应用
8.4.1 水的软化
1．Na＋离子交换软化法
优点：处理过程中不产生酸； 再生剂为食盐，设备和防腐设施简单； 碱度不变，适应于碱度低，只须软化的场合，硬度高， 碱度大，难以满足要求
2）按结构特征分类
凝胶型（均相高分子凝胶结构）、 大孔型（形成大量毛细孔道，有利去除高分子有机物） 均孔型树脂（改良型大孔树脂） 3）按单体种类分类
3.离子交换树脂的命名
根据国家标准《离子交换树脂产品分类、命名及型号》而制 定， 名称：由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称依次排列 型号：以三位阿拉伯数字组成，第一位产品分类，第二位骨架 组成，第三位为顺序号 例：常用的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 001×7 大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂型号：D111
3、交联度 指交联剂在离子交换树脂内的重量百分含量。以7-10%为宜。
4．密度
5．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（约50%） 树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率 6．溶胀性和转型体积改变率 干树脂+水→湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度
水污染控制工程课后作业及答案
《水污染控制工程》习题集青海大学化工学院盐湖系环境工程教研室2013年3月目录第一章污水水质及控制 (3)第二章废水的预处理 (5)第三章水的混凝 (6)第四章沉淀 (7)第五章浮上分离和去油技术 (9)第六章过滤 (10)第七章吸附 (11)第八章离子交换 (13)第九章膜技术 (14)第十章氧化还原法 (15)第十一章化学沉淀法 (16)第十二章消毒 (18)第十三章生化处理概论 (19)第十四章活性污泥法 (20)第十五章生物膜法 (22)第十六章厌氧生物处理及污泥厌氧处理 (23)第十七章废水的生物脱氮除磷技术 (24)第十八章污水回用 (25)第十九章污泥的处理与处置 (26)第二十章污水处理厂的设计 (27)第一章污水水质及控制1.何谓水质？常用水质指标有哪些？2.水质的标准是如何制定的?3.一般情况下，高锰酸钾的氧化能力大于重铬酸钾（前者的标准氧还原电位为，后者为），为什么由前者测得的高锰酸盐指数值远小于由后者测得的COD值？4.按照污水处理程度不同可划分为几级处理？简述其内容。
5.试简述BOD、COD、TOC、TOD的内涵，根据其各自的内涵判断这四者之间在数量上会有怎样的关系，并陈述其原因。
6.将某污水水样100mL置于重量为的古氏坩埚中过滤，坩埚在105℃下烘干后称重为,然后再将此坩埚置于600℃下灼烧,最后称重为。
另取同一水样100mL,放在重量为的蒸发皿中,在105℃下蒸干后称重为,试计算该水样的总固体、悬浮固体、溶解固体、挥发性悬浮固体和固定性悬浮固体量各为多少？7.碱度与pH的区分是什么？8.一般采用哪些间接的水质指标来反映水中的有机物质的相对含量？9.生化需氧量反应动力学公式。
10.某废水20℃时的BOD5是150mg/L，此时K1=0.10/d。
求该废水15℃时的BOD8的值。
11. 在实际实验中区分DS、SS的方法是什么?12.在水质指标中氮有几种表述形式，磷有几种表述形式。
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单位为：mmol／L（湿树脂）或 mmol／g（干树脂）
8.选择性：离子交换树脂对水中各种离子具有不同的亲和力，它可以优先交
换水中某种离子，这种现象称为离子交换树脂的选择性。 在常温、低浓度条件下，各类型离子交换树脂对一些常见离子的选择性 顺序为： ★强酸性阳离子交换树脂 Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞H+
量，以达到水的软化目的。
水的除盐方法 ★ 离子交换法、电渗析法、反渗透法 离子交换剂 无机离子交换剂（天然沸石、绿砂） ★ 类型 磺化煤 人工合成有机离子交换树脂 已很少应用
水处理中应用
8.2 离子交换基本原理
8.2.1 离子交换树脂的结构
离子交换树脂是由空间网状结构骨架(母体)与附属在骨 架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。 母体（空间网状结构骨架） 树脂的结构 固定离子（与骨架牢固结合）
★弱酸性阳离子交换树脂
H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+ ★强碱性阴离子交换树脂 SO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3★弱碱性阴离子交换树脂 OH-＞SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-＞HSiO3-
意义：位于顺序前列的离子可以从树脂上取代位于后列的离子。
进水
进水
CO2
CO2
RNa
RH
除 碳 器
空气 出水
RH
除 碳 器 中间水池
空气
RNa
出水
水 池
8.4.2 水的除盐
复床式离子交换除盐系统 ★ 复床：将阳、阴离子交换器串联使用。 ★ 最常用的复床系统：Leabharlann 强 酸 脱 气 强 碱 系 统
进水 CO2
除 碳 器
中间 水池
强 酸 阳 床
空气
强 碱 阴 床
★ 特点：1）只能降低或去除硬度，水中碱度则基本不变。 2）出水不呈酸性，但水中含盐量略有增加。 3）再生剂为食盐。 ★ 适用范围：适用于原水碱度低，只需要软化,不要求降低碱度的情况。
H离子交换软化法
原水
Ca(HCO3 )2 Mg(HCO3 )2 CaSO4 MgCl2 H2SO4 HCl
软化水
第8章 离子交换
8.1 概述 8.2 离子交换基本原理 8.3 离子交换装置 8.4 离子交换在水处理中的应用
8.1 概述
在水处理中的应用：水的软化、水的除盐 去除对象：水中的溶解性离子 ★ 水中所含的主要阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+（K+） ★ 水中所含的主要阴离子：HCO3-、SO42-、Cl 水的软化：降低水中Ca2+、Mg2+含量。 ★ 总硬度（Ht）：水中Ca2+、Mg2+的总含量。 碳酸盐硬度（Hc），亦称为暂时硬度 ★ 总硬度（Ht） 非碳酸盐硬度（Hn），亦称为永久硬度 水的除盐：降低水中的含盐量（∑阳+∑阴） 水的纯度常以水中含盐量或水的电阻率来衡量 ★ 脱盐水：即普通蒸馏水。水中强电解质大部分去除。含盐量1～5mg/L。 ★ 纯水：亦称去离子水，水中的强电解质基本去除，而弱电解质也大部分 被去除。含盐量<1mg/L。 ★ 高纯水：称超纯水。水中导电介质几乎全部去除，而水中胶体微粒、微 生物、溶解性气体及有机物以去除到最低程度。含盐量<0.1mg/L。
再生剂
H型阳树脂：HCl、H2SO4
Na型阳树脂：NaCl、Na2SO4
弱酸阳树脂： HCl、H2SO4
强碱阴树脂：NaOH 、NaCl
弱碱阴树脂：NaOH、Na2CO3、NaHCO3
8.4 离子交换在水处理中的应用 8.4.1 水的软化
Na离子交换软化法
原水
Ca(HCO3 )2 Mg(HCO3 )2 CaSO4 MgCl2 NaHCO3 Na2SO4 NaCl
按单体种类：苯乙烯系、丙烯酸系
按活性基团的性质： 阳离子交换树脂 RH或RNa 可电离的交换离子 H+或金属离子（如Na+） R-SO3-H+ 磺酸型 R-COO-H+ 羧酸型 R N+OH季胺型 R NH3+OH- 伯胺型 R NH2+OH- 仲胺型 R NH+OH- 叔胺型
强酸性
弱酸性
离子交换 树脂的类型
RH
★ 强酸性H型离子交换树脂的软化反应如下：
对于碳酸盐硬度：2RH+Ca(HCO3)2 R2Ca+2CO2+2H2O
2RH+Mg(HCO3)2 R2Mg+2CO2+2H2O
对于非碳酸盐硬度： 2RH+CaSO4 R2Ca+H2SO4
2RH+MgCl2 R2Mg+2HCl RH+NaCl RNa+HCl
根据原水与再生液的流动方向，固定床又分两种 ★ 顺流再生固定床 ★ 逆流再生固定床
8.3.1 顺流再生固定床
工作过程：
运行操作包括交换、反洗、再生、清洗四个步骤。
★交换：交换过程就是软化过程。原水由 上部配水系统进入交换器，通过树脂层 交换后，软化水经下部配水系统流出。 当出水硬度刚刚出现泄漏时，交换过程 应立即结束，进入再生过程。
2
Ca2+ Na+
边界水膜
2RH R 2Mg 2H
应着重指出：在高浓度溶液中，浓度的高低则成为决定离子交换反应方向 的关键因素。
离子交换反应为可逆反应。当树脂失效以后，利用高浓度再生液（HCl 或 NaCl），使交换反应逆向进行， Na+ 或H+ 把树脂上吸附的 Ca2+、Mg2+置 换出来，从而使树脂重新恢复交换能力，这个过程称为树脂再生。
阴离子交换树脂
ROH
强碱性
可电离的交换离子 OH-或酸根离子（如Cl-）
弱酸性
8.2.3 离子交换树脂的命名
如：凝胶型苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂
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的。
8.2.4 离子交换树脂的基本性能
1.外观：呈透明或半透明的球形，粒径为0.3~1.2 mm。颜色有乳白色、淡黄 色、黄色，褐色等。 2.交联度：常用的凝胶型树脂以二乙烯苯作为交联剂。
树脂类型 有效pH值范围
强酸性 0~14
弱酸性 5~14
强碱性 0~14
弱碱性 0~7
6.密度：分为湿真密度和湿视密度两种。 湿真密度：指在单位真体积（不包括树脂颗 湿树脂质量 湿真密度 （g/mL） 湿树脂颗粒本身体积 粒间孔隙体积）内湿态离子交换树脂的质量。 湿真密度一般为1.1～1.3 g/mL，用于确定反冲洗强度。 湿视密度：指在单位视体积（包括树脂颗粒 湿树脂质量 湿视密度 湿树脂堆积体积 （g/mL） 间孔隙体积）内湿态离子交换树脂的质量。 湿视密度一般为0.6～0.85 g/mL，用于计算树脂用量。 7.交换容量：一定数量的离子交换树脂所具有的可交换离子的数量。 定量表示树脂交换能力的大小的一项重要指标。分两种： ★全交换容量：一定量的树脂所具有的可交换离子的总数量。采用滴定 法测定 ★工作交换容量：在给定的工作条件下，树脂的实际交换容量。根据模 拟试验确定
苯乙烯系树脂的交联度指二乙烯苯的质量占苯乙烯和二乙烯苯总量的百 分数。
改变交联度，树脂的交换容量、含水率、溶胀度、机械强度等性能均会 改变。水处理中，交联度宜为7%～10%。 3.含水率：指每克湿树脂在水中充分膨胀后所含水分的百分比。 树脂含水率取决于树脂的交联度、活性基团的类型和数量等。交联度越 小，孔隙率越大，含水率越高。 一般树脂的含水率为40%～60%，故在贮存树脂时，冬季应注意防冻。 4.溶胀性：树脂因为吸水或转型等条件改变而引起的体积变化。 5.酸碱性 强酸、强碱树脂的活性基团电离能力强，其交换容量基本与pH值无关。 弱酸、弱碱树脂的活性基团电离能力弱，其交换容量与pH值有关系。
8.3 离子交换装置
离子交换装置由离子交换器和附属设备组成
单层床 只装一种类型树脂
固定床
双层床
装填强弱同性树脂
混合床 离子交换器 移动床
装填阴阳两种树脂
连续床 流化床
固定床逆流再生离子交换器 1-壳体；2-排气管；3-上配水装置 4-树脂装卸口；5-压脂层；6-中间 排液管；7-树脂层；8-视镜；9-下 配水装置；10-出水管；11-底脚
活性基团
可交换离子 （可与周围水中的同性离子进行交换）
以强酸性阳离子交换树脂（R-SO3-H+）为例： R（代表母体） R-SO3-H+ -SO3-H+（活性基团） R-SO3-H+可以直接简写为R-H+
-SO3-（固定离子） H+（可交换离子）
8.2.2 离子交换树脂的类型
按结构特征：凝胶型、大孔型、均孔型
★反洗：反洗水（用原水）由下部配水系 统自下而上对树脂层进行反洗，目的是使树脂层产生膨胀以清除树脂层内的杂质。
★再生：为保持再生液的浓度，再生前应先排水，然后进再生液。再生液浓度：食 盐一般为5～10％；盐酸为4～6％；硫酸不应大于2％。
★清洗：为清除树脂层中残存的再生残液，再生完毕后，应使用软化水对树脂层进 行正向清洗。清洗完毕，即转入交换过程。
优点：构造简单，运行方便。 缺点：再生液耗量大，安全性差。 适用条件：处理规模较小、原水硬度较低的场合。
8.3.2 逆流再生固定床
常见类型：水流向下流动，再生液向上流动。 再生操作过程：（气或水顶压再生工艺）
★小反洗：反洗水从中间排水装置进入，流速约为5～10m/h； ★放水：将中间排水装置上部的水放掉； ★顶压：从交换器顶部进入压缩空气，使气压维持在30～50kPa； ★进再生液：在有顶压的下，从交换器底部进再生液； ★逆流清洗：在有顶压的下，用软化水逆向清洗（流速为5～7m/h），直 到出水水质符合要求； ★正向清洗：以流速为10～15m/h的水流自上而下进行清洗，直到出水合 格，即可投入交换运行。