离子交换原理复习进程
1 离子交换过程归纳为如下几个过程
1 离子交换过程归纳为如下几个过程1. 水中离子在水溶液中向树脂表面扩散2. 水中离子进入树脂颗粒的交联网孔，并进行扩散3. 水中离子与树脂交换基团接触，发生复分解反应，进行离子交换4. 被交换下来的离子，在树脂的交联网孔内向树脂表面扩散5. 被交换下来的离子，向水溶液中扩散2电渗析法制备纯水的原理及过程当两种不同浓度的盐水用一张渗析膜（半透膜或离子交换膜)隔开时，浓盐水中的电解质离子（溶质）就会穿过膜扩散到稀盐水中去，这种过程称为渗析过程，亦称扩散渗析渗析过程的推动力是浓度梯度，因此又称浓差渗析。
用选择性透过膜进行分离时，使溶质通过膜的方法称为渗析；使溶剂通过膜的方法则称为渗透。
电渗析是在外电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性（即阳膜只允许通过阳离子，阴膜只允许通过阴离子），而使溶液中溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。
电渗析过程在淡化室中通入含盐水，接上电源，溶液中带正电荷的阳离子，在电场的作用下，向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带负电荷的基团的异性吸引作用而穿过膜，进入右侧的浓缩室。
带负电荷的阴离子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入左侧的浓缩室。
3反渗透法制备纯水原理渗透作用：溶剂通过半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜）进入溶液或溶剂从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透的现象。
渗透压：当稀溶液向浓溶液的渗透停止时的压力。
反渗透的定义：在浓液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂压到半透膜的另一边稀溶液中，这和自然界正常渗透过程相反。
反渗透如施加压力超过溶液的自然渗透压，则溶剂会流过半透膜，在相反的一侧形成稀溶液，在加压一侧形成浓度更高的溶液。
离子交换的基本原理(精)
对强碱性阴离子交换树脂，阴离子与通常的强碱性阴离 子交换树脂的亲和力次序为： SO42-＞I-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞ F-：对于弱碱性阴离子交换树脂，则是酸根带的电荷愈多， 其亲和力愈大。如 HPO43-＞SO42-＞Cl-。
离子交换的基本原理
离子交换法是基于固体离子交同性电荷离子发生离 子交换作用，结果溶液中的离子进入交换剂．而交换剂中 的离子转入溶液中，例如:
离子交换反应之所以能发生，是因为功能团上的可交换离 子热运动的结果，它们可以在树脂网状结构内自由运动。 当溶液中的离子与树脂的可交换离子所带电荷符号相同， 并扩散到树脂内部时，两者便会发生交换反应，而树脂的 骨架及固定离子基团在交换时不发生变化。 离子交换法分离杂质，是利用不同离子对树脂亲和力的大 小不同来实现的。不同离子对树脂亲和力的大小有以下规 律：对阳离子交换树脂而言，离子所带电荷愈多，亲和力 愈大。如Al3+＞Ca2+＞Na+；在电荷相同时，离子半径愈 大，亲和力愈大。如Cs+＞Rb+＞K+＞Na+＞Li+。
离子交换分离复习提纲Word版
“离子交换分离”复习提纲.一. 离子交换1. 定义：不溶于水和其它极性溶剂的电解质中离子与溶液中同电荷电解质离子之间的置换称为离子交换。
2. 特点①离子交换反应是可逆的；②离子交换等当量发生，并遵守电中性原则。
3. 离子交换的微观过程① Na+离子从溶液穿过液膜到达树脂颗粒表面；② Na+离子从树脂颗粒表面进入树脂内部，继续在树脂颗粒内部扩散，最后到达交换点；③ Na+离子在交换点与Li+离子进行化学交换，将Li+离子置换下来；④ Li+离子离开交换点向外扩散，最后到达树脂颗粒表面；⑤ Li+离子从树脂颗粒表面穿过液膜进入外部溶液。
上述五个步骤中，第①步和第⑤步是两个方向相反的扩散过程。
根据电中性原则，它们必须以相同的速度，同时穿过液膜。
这个过程称为液膜扩散过程。
同理，第②步和第④步也是两个方向相反,以相同速度同时在树脂颗粒内进行的扩散过程。
这个过程称为颗粒扩散过程。
因此，离子交换反应实际上可分为液膜扩散、颗粒扩散和化学交换三步过程。
4. 树脂对离子亲合性的经验规律①不同价态离子对树脂的亲合力随离子价态的增加而增加。
相同价态离子在树脂上选择系数随水合离子半径的增加而减小。
②树脂交联度增大，对离子的选择系数增加。
③在阳离子交换树脂上，金属离子分配系数随着酸浓度增加而降低；在阴离子交换树脂上,金属离子分配系数一般随酸浓度的增加而增加。
④在水溶液中加入能与水互溶的有机溶剂，往往导致分配系数变大，还能使分离因子提高。
5. 影响离子交换反应速度的主要因素①树脂a. 树脂颗粒越细，离子交换反应速度越快。
b. 树脂交联度增大，树脂网孔变小。
由此导致离子在树脂颗粒内扩散系数变小，使颗粒扩散过程变慢。
c. 强酸性树脂和强碱性树脂的溶胀性较大，活性基团解离较完全，故它们的离子交换速度比弱酸性树脂和弱碱性树脂快。
d. 大孔树脂因其骨架网孔大，故离子交换速度很快。
②离子a. 同价态的可水合离子，其水合半径越大，颗粒扩散系数越小。
离子交换法的工作原理及软水器的工作过程
离子交换法的工作原理及软水器的工作过程离子交换树脂是一种聚合物，带有相应的功能基团。
一般情况下，常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。
当水中的钙镁离子含量高时，离子交换树脂可以释放出钠离子，功能基团与钙镁离子结合，这样水中的钙镁离子含量降低，水的硬度下降。
硬水就变为软水，这是软化水设备的工作过程。
当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。
由于实际工作的需要，软化水设备的标准工作流程主要包括：工作(有时叫做产水，下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。
不同软化水设备的所有工序非常接近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。
任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。
反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。
反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。
这个过程一般需要5-15分钟左右。
吸盐(再生)：即将盐水注入树脂罐体的过程，传统设备是采用盐泵将盐水注入，全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入(只要进水有一定的压力即可)。
在实际工作过程中，盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好，所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生，这个过程一般需要30分钟左右，实际时间受用盐量的影响。
慢冲洗(置换)：在用盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换，根据实际经验，这个过程中是再生的主要过程，所以很多人将这个过程称作置换。
离子交换原理及简述
离子交换原理及简述一、概念离子交换技术是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。
二、原理离子交换技术是以圆球形树脂(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碰到的各种阳离子(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碰到的各种阴离子(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，就必须进行“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。
三、树脂人工合成的离子交换树脂是具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质。
根据树脂骨架上的活性基团的不同，可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、螯合树脂和氧化还原树脂等。
用于离子交换分离的树脂要求具有不溶性、一定的交联度和溶胀作用，而且交换容量和稳定性要高。
离子交换反应是可逆的，而且等当量地进行。
由实验得知，常温下稀溶液中阳离子交换势随离子电荷的增高，半径的增大而增大；高分子量的有机离子及金属络合阴离子具有很高的交换势。
离子交换基本原理
离子交换基本原理
离子交换(Ion Exchange)是常用的纯净水中水质处理技术之一，它利用由离子与具有一定活性的基体之间产生的化学作用将污染物从水中去除。
离子交换的基本原理是当一个特定的物质以过量及具有离子电荷的形式存在时，它会结合在具有相应的活性的基体上，形成离子对，来保持溶液的稳定性。
因此，在交换过程中，污染物离子将替换其它可以结合到基体表面的离子，从而实现净化的效果。
离子交换的基本过程可以分为三个步骤：
1.污染物离子在基体表面上结合：这一步涉及到污染物离子与基体表面结合，从而使污染物离子不再在水中迁移。
2.污染物离子替换：污染物离子被其他离子取代，由于替换离子的电荷与污染物离子的电荷相同，所以这一步实现的是平衡态离子交换。
3.污染物离子洗出：当污染物离子被替换后，原有的污染物离子需要被洗出，这一步可以由洗涤剂来完成，从而实现污染物离子的去除。
离子交换通常需要一定的条件才能完成，以达到预期的效果，如浓度、pH值、温度、时间等，如果没有满足这些条件，则
离子交换的效果将大打折扣。
总之，离子交换是提高水质，去除水体中不同的污染物的一种有效的方法。
它利用可以结合到基体表面的离子与污染物离子之间的互换作用，从而实现污染物的去除。
它的核心原理是污染物离子在基体表面上的结合、替换和洗出，在这一过程中需要满足一定的条件，以保证离子交换的有效性。
离子交换的原理
离子交换的原理离子交换是一种重要的化学反应过程，它在许多领域都有着广泛的应用，包括水处理、土壤改良、化工生产等。
离子交换的原理主要涉及到离子在固体和液体之间的相互转移，下面我们将深入探讨离子交换的原理及其相关知识。
首先，让我们来了解一下离子交换的基本概念。
离子交换是指在固体和液体之间，离子通过化学反应而发生的交换过程。
在这个过程中，固体中的离子会被液体中的离子所取代，或者液体中的离子会被固体中的离子所取代。
这种交换过程是通过离子在固液界面上的吸附和解吸附来实现的。
离子交换的原理主要涉及到两个重要的概念，即离子交换树脂和离子交换平衡。
离子交换树脂是一种具有很强离子交换能力的高分子化合物，它能够吸附和释放溶液中的离子。
而离子交换平衡则是指在离子交换过程中，固体和液体中的离子浓度达到一定的平衡状态，这种平衡状态取决于离子交换树脂的性质以及溶液中离子的浓度。
离子交换的原理可以通过离子交换树脂的工作原理来进一步理解。
当溶液中的离子接触到离子交换树脂时，它们会与树脂表面上的功能基团发生化学反应，被树脂吸附或者释放出来。
这种过程是可逆的，当树脂吸附了溶液中的离子后，它会释放出相同数量的其他离子，使得溶液中的离子浓度保持不变。
离子交换的原理还涉及到离子交换树脂的再生过程。
随着离子交换树脂吸附了大量离子后，它的交换能力会逐渐减弱，需要进行再生。
再生过程主要包括洗涤、吸附和冲洗三个步骤，通过这些步骤可以将树脂上吸附的离子去除，使得离子交换树脂恢复到初始的交换能力。
在实际应用中，离子交换的原理被广泛应用于水处理领域。
例如，通过离子交换树脂可以将水中的钙离子和镁离子去除，从而软化水质。
此外，离子交换树脂还可以用于去除水中的重金属离子和放射性核素，达到净化水质的目的。
总的来说，离子交换的原理涉及到离子在固液界面上的相互转移，主要通过离子交换树脂的吸附和解吸附来实现。
了解离子交换的原理不仅有助于我们更好地理解离子交换的过程，还可以为实际应用提供理论支持和指导。
高三化学一轮复习电化学里的“魔法师”离子交换膜课件
电化学里的“膜法师”——离子交换膜
感受高考 明确考向
2023全国甲卷
2022全国甲卷
2023全国乙卷
2022全国乙卷
2021全国甲卷
2021全国乙卷
考查知识点：
1.电极名称、电势高低判断
2.三个方向（电子、电流、 离子） 3.电极反应式的书写与正误 判断 4.电解质溶液质量、PH、 浓度的变化
C．双极膜中间的H2O解离出的H+向N极迁移 D．每处理苯酚，理论上有+透过膜a
活动三、认膜、析膜、建模——课堂小结 知识上： 离子交换膜的含义、类型、原理、 作用
课堂小结
解题技巧上：
3.穿膜离子的判断和膜两边溶液的相关计算： 离子迁移量、溶液质量变化、PH变化
5.离子交换膜的种类判断 及穿膜离子方向判断
6.有关定量计算
学习目标：理解并掌握电化学中关于离子交换膜的判断、应用及相关计算。 通过对离子交换膜的分析感受化学原理在社会生活中的应用。
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
1.什么是离子交换膜？常见的类型有哪些？离子交换膜的原理？
2.电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？ 3.离子交换膜在教材中的原理模型
4OH﹣﹣4e﹣═O2↑+2H2OB．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜 C．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)
和碱(MOH)D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1mol电子，两极共
得到气体
活动二、析膜——题型例析——建构思维模型 角度四、特殊膜 例4.（2023山东）在直流电源作用下，双极膜中间的H2O解离为H+和OH-， 利用电解池产生强氧化性的羟基自由基.OH,，处理含苯酚废水和含SO2的 烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．M电极为阳极，反应式为： B．含SO2的烟气被吸收的反应为
离子交换运行过程
离子交换运行过程离子交换（IonExchange）是一种利用离子及其电荷的交换作用，将特定的离子从溶液中精确分离出来的技术。
它包括共价交换、金属离子交换和水热交换等多种方法，可以用于钠和镁的分离，去除硫酸根，染料排放和污水处理等。
离子交换的基本原理是，在溶液中加入一种离子，它会与另一种溶液中的离子发生交换，从而使得溶液中某种离子的浓度改变而达到目的。
离子交换可分为两个过程：离子交换反应（Ion Exchange Reaction）与离子交换分离（Ion Exchange Separation），它们可以独立地进行，也可以结合起来运行。
离子交换反应是指在溶液中产生的离子反应。
离子交换反应的过程大致分为以下几步：1、将溶液中的金属离子或其他正负离子与交换树脂上的交换弱碱枝发生反应，使溶液中的离子与交换树脂上的离子结合起来，从而改变溶液中离子的浓度。
2、交换树脂上的离子会被溶液中的离子所取代，从而使溶液中离子的种类发生变化。
3、离子交换完成后，溶液中的离子种类发生改变，金属离子或其它正负离子在溶液中存在的比例也会发生变化，这就是交换反应的结果。
离子交换分离是以离子交换反应为基础的一种分离技术。
它所利用的器件是离子交换树脂，根据交换树脂的类型及它上装载的金属离子或其它正负离子，不同的溶液中离子能够得到有效分离。
离子交换分离大致分为以下几步：1、将溶液中的作为被分离物的离子与交换树脂上的作为被替换物的离子发生反应，使溶液中的离子与树脂上的离子结合起来，从而改变溶液中离子的浓度。
2、在改变溶液中的离子浓度的同时，将某种离子从溶液中分离出来，形成离子溶液。
3、通过改变溶液的pH值或加入另一种离子，将溶液中的某种离子进一步析出，使析出的离子浓度达到所需的要求。
4、将析出的离子从溶液中提取出来，这就是离子交换分离的完整过程。
离子交换是一种高效、可行的分离技术，它可以用于分离金属离子、钠离子、镁离子、氯离子、硫酸根和染料等，是污水处理、饮用水系统、锂离子电池领域中的一种常用技术。
离子交换的基本原理和装置运行方式
离子交换的基本原理和装置运行方式离子交换的基本原理和装置运行方式借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。
离子交换是可逆的等当量交换反应。
下面一起来了解一下离子交换的基本原理和装置运行方式：1.1离子交换的基本原理水处理中主要采用离子交换树脂和磺化煤用于离子交换。
其中离子交换树脂应用广泛，种类多，而磺化煤为兼有强酸型和弱酸型交换基团的阳离子交换剂。
离子交换树脂按结构特征，分为：凝胶型、大孔型和等孔型;按树脂母体种类，分为：苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等;按其交换基团性质，分为：强酸型、弱酸型、强碱型和弱碱型。
⑴离子交换树脂的构造是由空间网状结构骨架(即母体)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。
活性基团遇水电离，分成两部分：固定部分，仍与骨架牢固结合，不能自由移动，构成所谓固定离子，活动部分，能在一定范围内自由移动，并与其周围溶液中的其他同性离子进行交换反应，称为可交换离子。
⑵基本性能①外观呈透明或半透明球形，颜色有乳白色、淡黄色、黄色、褐色、棕褐色等，②交联度指交联剂占树脂原料总重量的百分数。
对树脂的许多性能例如交换容量、含水率、溶胀性、机械强度等有决定性影响，一般水处理中树脂的交联度为7%～10%.③含水率指每克湿树脂所含水分的百分率，一般为50%，交联度越大，孔隙越小，含水率越少。
④溶胀性指干树脂用水浸泡而体积变大的现象。
一般来说，交联度越小，活性基团越容易电离，可交换离子的水合离子半径越大，则溶胀度越大;树脂周围溶液电解质浓度越高，树脂溶胀率就越小。
在生产中应尽量保证离子交换器有长的工作周期，减少再生次数，以延长树脂的使用寿命。
⑤密度分为干真密度、湿真密度和湿视密度⑥交换容量是树脂最重要的性能，是设计离子交换过程装置时所必须的数据，定量地表示树脂交换能力的大小。
分为全交换容量和工作交换容量。
环境工程原理 第九章 离子交换(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】佳木斯大学理学院环境科学环境工程原理作业第九章离子交换第一节概述1.离子交换的概述1.1定义：离子交换法是通过离子交换剂与水中的可溶性无机离子发生交换反应。
1.2使用范围：主要用于制备软化水、纯水和去除水中有害离子，也常用于工业废水的贵重离子回收、放射性废水和有机废水处理。
1.3离子交换剂分类1.3.1 按母体材质：（1）无机离子交换剂：包括天然沸石和合成沸石，属于硅质阳离子交换剂。
（2）有机离子交换剂：可分为碘化煤和离子交换树脂。
其中离子交换树脂相比于其他离子交换剂具有较大的交换容量。
1.3.2 离子交换树脂分类（1）按活性基团分为：阳离子交换树脂分为强酸性和弱酸性两类；阴离子交换树脂分为强碱性和弱碱性两类；特殊活性基团的交换树脂如氧化还原树脂、两性树脂、螯合树脂。
（2）按树脂类型和孔结构的不同：凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型树脂、高巨孔型树脂等。
1.4离子交换树脂结构离子交换树脂结构分为两子交换反应。
大部分：一是不溶性树脂母体部分，称为骨架，不参与交换反应；二是连接在骨架上的活性基团，带可交换离子参与离2.离子交换树脂性能2.1 物理性质：（1）外观:凝胶型树脂为透明或半透明珠体，大孔型树脂为乳白色后不透明珠体（2）粒度：粒度影响着离子交换速率 （3）密度：)/(mL g 括空隙体积）湿树脂的真体积（不包湿树脂质量湿真密度= )/(mL g 空隙体积）湿树脂堆积体积（包括湿树脂质量湿视密度= （4）含水量：在水中充分溶胀的湿树脂所含溶胀水质量占湿树脂质量比例（5）溶胀性：干树脂浸入水中，由于活性基团的水合作用使交联网孔增大，体积膨胀现象。
（6）机械强度：取决于交联度与溶胀率。
（7）耐热性：每种树脂耐受的温度均有一定范围。
2.2 化学性质：（1）可逆性：使离子交换树脂可以重复使用。
（2）酸碱性：由于活性集团的解离与pH 有关，因此每种树脂都有适当的pH 范围。
化学反应中的离子交换
化学反应中的离子交换离子交换是化学反应中一种常见的反应类型，它在许多重要的领域中都发挥着重要作用。
本文将介绍离子交换的基本概念、反应机制和应用领域，以及一些相关的扩展话题。
一、离子交换的基本概念离子交换是指溶液中的离子与具有相同电荷的固体颗粒之间的化学反应。
这种反应通常发生在电解质存在的体系中，其中离子通过电荷中性固体材料（通常是树脂）来进行转移，从而改变了溶液中离子的组成。
离子交换的主要过程包括吸附、解吸和再生。
固体颗粒上的吸附作用使离子从溶液中被结合到固体上，而解吸作用则是将固体上的离子释放回溶液中。
当固体材料的吸附容量达到饱和时，需要进行再生操作，即将吸附的离子从固体材料上彻底去除。
二、离子交换的反应机制离子交换反应基于离子间的电荷相互作用。
其基本机制可以概括为：当溶液中存在一种离子（如阳离子Na+），而固体材料上存在具有相同电荷的离子（如树脂负离子），两者之间会发生静电相互作用，固体材料上的负离子与溶液中的阳离子结合，同时固体材料上的原有负离子释放到溶液中。
离子交换反应的速率受多个因素影响，包括温度、压力、离子浓度和固体颗粒的性质等。
不同的离子交换体系具有不同的反应速率和平衡常数，这些数据对于实际应用中的离子交换过程的设计和控制非常重要。
三、离子交换的应用领域离子交换广泛应用于水处理、化学工程、生物科学和医药领域等。
在水处理中，离子交换技术常用于软化水、去除溶解性盐和重金属离子、调节pH值等。
离子交换树脂在水处理领域扮演着重要角色，可以有效去除水中的钙、镁、铁等离子，改善水质。
在化学工程领域，离子交换被广泛应用于分离提纯、催化反应和药物合成等过程中。
通过选择适当的离子交换材料，可以实现对目标物质的选择性吸附和分离，从而提高产品纯度和产率。
在生物科学和医药领域，离子交换技术被用于蛋白质纯化、药物制剂和生物工艺过程中的离子调节。
通过离子交换色谱技术可以高效地分离和纯化复杂的生物大分子，如蛋白质和核酸。
离子交换原理以及工艺操作过程
离子交换原理以及工艺操作过程一、离子交换原理1. 离子交换概念离子交换是指在适当条件下，溶液中的离子与固体材料表面上的离子发生置换反应的过程。
离子交换材料通常是树脂或有机高分子物质，其上有大量的具有交换能力的功能团。
2. 离子交换机理离子交换反应是通过固体材料表面上的功能团与溶液中的离子之间通过化学键结合而实现的。
常见的离子交换反应包括阴离子与阳离子之间的交换反应，例如阴离子交换树脂对床磁化处理。
3. 离子交换应用离子交换技术广泛应用于水处理、电子工业、化工、生物制药等领域。
其中，水处理领域中的离子交换技术主要用于软化水、去除溶解物质和离子交换等。
二、离子交换工艺操作过程1. 预处理在进行离子交换工艺前，需对原水进行预处理。
常见的预处理方法包括过滤与沉淀，以去除水中的颗粒物质和悬浮物质，确保原水的清洁度。
2. 离子交换树脂的选择根据需要去除的离子种类和水质情况，选择合适的离子交换树脂。
常见的离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
3. 离子交换操作a. 离子交换树脂的填充：将选择好的离子交换树脂填充至离子交换器的固定床层中，确保均匀分布。
b. 离子交换过程中的工艺操作：根据所需的离子交换反应，适当调节流速、温度和pH值等操作条件，促使离子交换反应充分进行。
c. 清洗和再生：离子交换树脂在一段时间后会逐渐失效，需进行清洗和再生操作，以恢复其交换能力。
4. 后处理对通过离子交换工艺处理后的水进行后处理，通常包括再次过滤、消毒等操作，以确保处理后的水质符合要求。
5. 操作条件控制在离子交换工艺操作中，需要对流速、温度、压力、pH值以及操作时间等条件进行严格控制，以确保离子交换反应能够充分进行，并获得理想的处理效果。
结语离子交换技术作为一种重要的水处理工艺，在提高水质、改善生活环境等方面发挥着重要作用。
通过了解离子交换的基本原理和工艺操作过程，可以更好地应用该技术，并不断提高其处理效果和应用范围。
离子交换
离子交换操作技术
离子交换的工作过程： （1）树脂选择、预处理： 物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂 颗粒； 化学处理：转型（氢型或钠型） （2）上柱（关键）：要求均匀，需要分布装臵。 （3）平衡：以去离子水或缓冲液平衡 （4）上样交换 （5）洗脱：离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新转 入溶液的方法。 （6）树脂再生：是指是离子交换树脂重新具有交换能力 的过程。
对于固定床，流速增大，阻力增大，能耗提高。所以流 速要适当。 如果是内（P型）控制，则增大流速无作用， 但对于F型，则有明显的作用。
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［例］ 钠型磺酸聚苯乙烯阳树脂（交联度10%，粒度为40 目），如放在1M HCI溶液中进行交换，已知X＝ 2.8mol/L，C＝1mol/L， r0＝0.02 cm； D / DR =10, α21=1.8,δ＝10－3cm， （充分搅拌下），试判断控制形式?
区别以下几个概念
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2.影响有效交换容量的因素
(1).对R-Na+型树脂
①．再生效果好，A1减小，A2增大。
②. 原水流速快，A2减小、A3增大。
一般速度50-20 m/h.
③. 再生剂相同时，允许Ca+泄漏量增大时(水质差) A2增大。 ④. 树脂层增高时，A2所占比例增大。
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二、扩散速度
x DR /r0 VR / V ∝
C D δ
即：VR/ V ∝ X DRδ/C D r0 当：VR / V >>1 VR / V <<1 VR / V =1 时为膜扩散控制（F型） 时为内扩散控制（P型） 时为两者控制
离子交换原理复习进程共61页PPT
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
离子交换原理复习进程
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
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化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 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-
式中：f 为活度系数。
三、离子交换选择性
fRB[RBb]afA[Aa]b K/ fRa[RAa]bfB[Bb]a
设：fR-B/fR-A=C； f A/fB=1
选择a]b K[Aa]b
[RBb]a
[Bb]a
[RAa]b K[Aa]b
a=b=1
(一) 组成
离子交 换树脂
母体(骨架) 活性基团
固定离子 可交换离子
苯乙烯(单体) +
二乙烯苯(交联剂)
共聚
母体
功 能 H2SO4 基 反 应
R —SO3 H
母体 固定离子 可交换离子
(二) 树脂分类 按选择性
离子交 换树脂
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
按结构
强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H 弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH 强碱性阴离子交换树脂 R NOH 弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH
Q 为树脂的全交换容量； q 为B 在离子交换树脂上平衡交换量； C0、C 为水中B离子的初始和平衡浓度。
q Q
20 5 K=1 0.2
C
0
C0
[RB] K[B] [RA] [A]
q
C
Q q
K
C0 C
1
1
Q
C0
影响离子交换的选择性
1 在常温、稀溶液中
▪ 离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。
示法)可发生交换的活性基团数量。 容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW ×[湿比重×(1-含水率)] 全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。 工作交换容量： 在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层 达到的平均交换容量。
形状：透明或半透明的球状珠体。 颜色：白、浅黄、赤褐色。
(二) 含水率
树脂孔隙内所含的水分，一般在40%～69%。 与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高， 含水率高。
(三) 密度 干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。 表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度(视密 度) 。 单位均为mg/L.
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
离子交换原理
二、发展
1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换 现象；
1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学 计量关系；
1935年人工合成了离子交换树脂；
1940年应用于工业生产；
1951年我国开始合成树脂。
三、应用
(一) 给水处理 硬水软化、脱盐。 纯水、高纯水的制备。
化学性能
（一）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 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型
强酸性
弱酸性
强碱性
弱碱性
有效pH值范围 0~14
4~14
0~14
0~7
化学性能
(二) 交换容量 单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表
骨架类型 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
例如：001×7——(凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 。 110×4——(凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4。 D201——大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。
二、树脂的性能
物理性能
(一) 外观
Cr3+＞Ca2+＞Na+
PO43+＞SO42-＞Cl-
▪ 同价离子原子序数越大，与固定离子的静电引力越大；稀
土元素相反。
2 在高浓度的溶液中
由于离子的水化作用不充分，水合离子的半径接近离子半 径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对 减小，与固定离子的静电引力越小。
a(R—B)b++bAa+
特点：
▪ 符合质量作用定律;
▪ 等当量进行的同性离子的互换反应;
▪ 具有饱和性;
▪ 树脂母体和固定离子不发生变化。
二、离子交换平衡
⇌ b(R—A)a++aBb+ a(R—B)b++bAa+
有： (RBb)a(Aa)b K/ (RAa)b(Bb)a
fRB[RBb]afA[Aa]b K/ fRa[RAa]bfB[Bb]a
(四) 交联度
交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为7%~10%。 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的 离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。 在水中浸泡，形变小，较稳定。
(五) 溶胀性
吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：
溶胀 V后 率 V 前 V前10% 0
溶胀的原因
水扩散到树脂交联网孔发生溶胀； 活性基团离解形成水合离子。 影响因素 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大； 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。
(二) 废水处理 废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+ 、Cr3+
(三) 工业生产 产品的提纯
四、特点 1 去除率高，净化效果好； 2 可做到污染物的回收利用； 3 对废水的预处理要求较高； 4 树脂再生液需要进一步处置。
第一节 离子交换树脂及其性能
一、离子交换树脂
固体球形颗粒，多孔网状 结构；不溶于水；具有离子交换 特性的有机高分子聚电解质。
离子交 换树脂
凝胶型 孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。 大孔型 孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。
等孔型 孔大、均匀，抗有机污染能力强。
离子交换树脂的命名
表 分类代号
代号 功能基
0
1
2
强酸性 弱酸性 强碱性
3 弱碱性
4 螯合性
5 两性
6 氧化还原
表 骨架代号
代号
0
1
2
3
4
5
6