水质工程学课件：离子交换
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12.水质工程学III—水的软化与除盐 §2-3 离子交换法基本原理(上)(ppt文档)
二、 离子交换树脂
1、离子交换树脂的组成
离子交换树脂的化学结构分为不溶性树脂母体和活 性基团两部分。树脂母体为有机化合物和交联剂组成的 高分子共聚物。故离子交换树脂主要包括三个部分，即 单体（有机化合物）、交联剂、活性基团 1）.单体：它是能聚合成高分子化合物的低分子有机 物，是离子交换树脂的主要成分，也称为母体。
离子交换树脂优先交换那些化合价数高的离子，即 化合价越大的离子被交换（吸附）的能力越强；在同价 离子中则优先交换原子序数大的离子。
在常温、低浓度水溶液中，常见离子的选择性顺序： 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：
;
阴、阳离子交换树脂配合：除盐。
5、离子交换树脂的命名
离子交换树脂产品的型号是根据国家标准《离子交换 树脂产品分类、命名及型号》而制定。
1．名称 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基 团）名称以及基本名称依次排列组成的。
2．型号 离子交换树脂产品 的型号以三位阿拉伯数字组成 ：第一位数字代表产品分类，第二位数字代表骨架组成， 第三位数字为顺序号，用以区别活性基团或交联剂的差异 。
SO42—>NO3－>Cl－>OH－>F－>HCO3－>HsiO3－ 弱碱性阴离子交换树脂：
OH—>SO42—>NO3－>Cl－>HCO3－>HsiO-3
《离子交换水处理》课件
适用范围广
离子交换技术适用于各种不同 的水质处理，如工业废水、饮
用水等。
环保安全
离子交换技术不使用化学药剂 ，对环境无害，安全可靠。
离子交换水处理的缺点
需要定期再生
离子交换剂需要定期进行再生 处理，以恢复其离子交换能力
。
可能产生二次污染
再生过程中可能会产生废液， 造成二次污染。
不适合处理大量废水
对于大量废水处理，离子交换 技术可能不是最经济和高效的 方法。
数据分析和优化
通过数据分析，优化离子 交换水处理工艺，提高处 理效率和降低能耗。
离子交换水处理与其他水处理技术的联合应用
组合式水处理系统
将离子交换水处理与其他水处理 技术（如活性炭吸附、反渗透等 ）相结合，形成高效的水处理系
统。
协同作用研究
研究不同水处理技术之间的协同作 用，提高整体处理效果。
技术集成与优化
医药行业
在制药和生物制品生产中，离子交换 技术可用于制备高纯度水和缓冲液。
环保领域
离子交换技术还可应用于废水处理， 去除重金属和有害离子，实现废水回 用和达标排放。
CHAPTER 05
离子交换水处理的发展趋势和展望
新型离子交换剂的研究与开发
新型离子交换剂的合成
研究新的合成方法，提高离子交换剂的性能和稳定性。
02
注意离子交换剂的再生 性能和寿命，以便合理 安排再生周期。
03
使用离子交换剂时，应 控制流速和流量，以保 证最佳的去除效果。
04
注意离子交换剂的储存 和运输，避免受潮、曝 晒等不利条件影响其性 能。
CHAPTER 03
离子交换水处理工艺流程
原水预处理
01
《水的离子交换处理》课件
制备和应用
离子交换树脂可通过聚合反应、 固化反应等方式制备。目前广泛 应用于水处理、制药等领域。
水的离子交换处理技术
基本过程
离子交换处理的基本过程包括水的预处理、树脂选择、离子交换吸附、树脂再生等。
主要工艺流程
离子交换处理技术的主要工艺流程包括单床工艺、多床工艺、混床工艺等。
应用范围和优势
离子交换处理技术可应用于饮用水、工业用水、海水淡化等领域，具有高效、环保、可靠等 优点。
பைடு நூலகம்
质的监测与管理
1
重要性和意义
水质的监测和管理是保障用水安全、合理利用水资源的重要手段。
2
方法和技术
水质的监测可通过采集水样、测定水质指标、分析水质污染源等方式进行。
3
未来发展方向
未来水质监测将引入更先进的技术和设备，提升监测精度和效率。
总结
离子交换处理技术的作用
离子交换处理技术在水的净化 和处理中发挥着重要作用。
离子交换处理技术的优缺 点
离子交换处理技术具有高效、 环保等优点，但存在成本较高 等缺点。
未来的发展趋势
未来离子交换处理技术将朝着 智能化、高效化方向发展。
Q&A
• 问：离子交换处理技术是否还存在着局限性？ • 答：离子交换处理技术存在着成本较高、树脂寿命有限等局限性，需
要不断完善和优化。 • 问：离子交换处理技术与其他净水技术相比，有何优劣之处？ • 答：离子交换处理技术相对于其他净水技术具有高效、环保等优点，
离子交换处理的原理是通
净化水质的技术。
水中的重金属离子、放射
过交换树脂上的离子与水
性物质和其他污染物，是
中的离子进行交换，使水
保障水安全的重要手段。
水质工程学第11章
11.1.4 离子交换速度
图11-3 离子交换过程示意
(1)离子扩散过程
1)待交换的Ca2+从水中向树脂表面迁移，并通过树脂表面的水膜。 2)Ca2+进一步通过交联网孔向内部扩散到某交换部位，在交换位置上，1/2Ca2 +与Na+发生交换反应。 3)被交换下来的Na+从树脂内部扩散到树脂表面，然后穿过树脂表面的水膜， 进入主体水溶液中。
(2)影响交换速度的因素
1)溶液离子浓度。 2)流速或搅拌速率、树脂粒径。 3)交联度。
11.1.5 树脂层离子交换过程
图11-4 树脂层饱和程度示意
11.2 离子交换软化方法与系统
11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.2.4 11.2.5 11.2.6
RNa交换软化法 RH交换软化法 RH—RNa并联离子交换系统 RH-RNa串联交换系统 弱酸树脂的工艺特性及其应用 RCl—RNa交换软化
11.1 离子交换基本原理
11.1.1 11.1.2 11.1.3 11.1.4 11.1.5
离子交换树脂的类型 树脂的基本性能 离子交换平衡 离子交换速度 树脂层离子交换过程
11.1.1 离子交换树脂的类型
1.离子交换树脂的性质与类型 2.离子交换树脂的命名
1.离子交换树脂的性质与类型
离子交换剂是指能用一种离子交换另一种离子的 物质，它能暂时占有某种离子，再将它释放到再 生液中。它被广泛用于处理含有各种溶解盐类的 原水处理。采用适当的再生剂就可以用目标离子 取代不希望的离子。离子交换树脂是由空间网状 结构骨架(母体R)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，是最常用的交 换剂。
图11-1 一价对一价离子交换平衡曲线
水质工程学 第七章 离子交换、其它相转移方法
qB / q0 K • cB / c0 1 qB / q0 1 cB / c0
(8—5)
式中qB/q0称为树脂的失效度;cB/c0为溶液中离子残留率。若以 qB/q0为纵坐标，以cB/c0为横坐标，作图可得某一K值下的等价 离子交换理论等温平衡线。
离子交换速度
离子交换过程： ①离子从溶液主体向颗粒表面扩散，穿过颗粒表面液膜。 ②穿过液膜的离子继续在颗粒内交联网孔中扩散，直至达到
⑷ 全名称举例。微孔形态为凝胶型；骨架材料为“苯乙 烯－二乙烯苯”共聚体；活性基团为“强酸”性磺酸基团 （SO3H）的阳离子交换树脂，全名称为“凝胶型苯乙烯 系强酸阳离子交换树脂”。
二、型号
⑴ 有机合成离子交换树脂产品型号的命名原则。有机合成离子交换树脂
产品型号，以三位阿拉伯数字表示，凝胶型树脂的交联度值，用联接 符号所联系的第四位阿拉伯数字表示。 凡属大孔型树脂，在型号前 加“大”字的汉语拼音首位字母“D”。 凡属凝胶型树脂，在型号前 不加任何字母。
ZA
RA RB
(8—1)
离子交换反应公式
K
q0 qc
ZB ZA
1
cB c0
ZB
cB / c0 ZA
•
qB / q0 ZA 1 qB / q0 ZB
(8—2)
式（8-4）适用于各种离子之间的交换。当ZA=ZB=1时,上式简 化为：
2） 第二位数字骨架代号见下表。 第二位数字骨架代号代号0123456 活性基团: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
3）产品型号举例：001×7 凝胶型苯乙烯系强酸阳离子交换树脂， 交 联度为7%，产品旧型号“732”；D311 大孔型丙烯酸系弱碱阴离子交 换树脂，产品旧型号为“703”。
《离子交换技术》课件
《离子交换技术》PPT课 件
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
18.水质工程学III—水的软化与除盐 §2-6离子交换除盐方法与系统(下)(ppt文档)
• 除二氧化碳器放在阴床之前是为了减轻阴床负荷。水量小 和进水碱度低的小型除盐装置可以省去除二氧化碳器。
• 强碱阴床设置在强酸阳床之后的原因在于； • 1．若进水先通过阴床，容易生成CaCO3、Mg(OH)2 沉积在树脂层内，使强碱树脂交换容量降低。 • 2．阴床在酸性介质中易于进行离子交换，若进水 先经过阴床，更不利于去除硅酸，因为强碱树脂对硅酸 盐的吸附要比对硅酸的吸附差得多。 • 3．强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱树脂。 • 4．若原水先通过阴床，本应由除二氧化碳器去除 的碳酸，都要由阴床承担，从而加了再生剂耗用量。
A.原理：
(1)原理与特点：
由于混合床中阴、阳树脂紧密交替接触。好像有许多阳
床和阴床串联一起，构成无数微型复床，反复进行多次脱盐 ，因而出水纯度高，其电阻率达到5～10× 106Ω .cm
B.特点：
a.出水水质纯度高。 混床离子交换可以把水中含有的离子几乎全部去除，出水含盐量在1mg
／L以下。对需高纯水的场合，混合床完全成了标准的方法，一般不需考虑其 它技术。下表列出混合床与双层床出水水质的比较。
阴双层床的再生操作步骤，除了再生后有时要进行反洗分层外 ，基本上与单层床逆流再生相同。不过，再生条件要求更为严格）：在复床后设置一 高流速阳床以替代混合床。
• 目的：克服混合床再生操作复杂，阴阳树脂 难以彻底分开。
• 原理：复床中的阳床容易泄漏钠离子，且阴 床再生液氢氧化钠在阳床内残留，导致出水 电解质主要是氢氧化钠。再经过一道阳床（ 即氢型精处理器）可简单彻底地去除钠离子 ： NaOH+RH=RNa+H2O
• 弱酸树脂主要用于去除水中碳酸盐硬度，如 硬度与碱度的比值太小，所需弱酸树脂层就 很薄，失去了双层床的意义。
FL0906离子交换课件
一、离子交换树脂——（一）定义2
❖ 离子交换树脂是一类带有官能团的网状结构的高 分子化合物，其结构由三部分构成：
❖ （1）不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架， 使树脂具有化学和机械稳定性；
❖ （2）连接在骨架上的官能团 ❖ （3）官能团所需的相反电荷的可交换离子（活性
离子）。
《FL0906离子交换》PPT课件
❖ 什么是离子交换树脂？
❖ 是一种不溶于酸碱和有机溶剂的固态高分子化合 物。
❖ 组成是什么样的？
❖ 两部分： ❖ 骨架：不能移动的，多价的高分子基团，使树脂
具有一定的溶解度和化学稳定的性质。 ❖ 活性离子：是可移动的离子，在树经的骨架中进
进出出，就发生离子交换现象。
《FL0906离子交换》PPT课件
《FL0906离子交换》PPT课件
度越快。利用这种浓度差的推动力使树脂上的可交换 离子发生可逆交换反应。 ▪ 用Na+置换磺酸树脂上的可交换离子H+ ，当溶液中的 Na+浓度较大时，就可把磺酸树脂上的H+ 交换下来。 ▪ 当全部H+ 被Na+ 交换后，这时就称树脂为Na+ 饱和。 ▪ 然后把溶液变为较高浓度的酸时，溶液中的H+ 又能把 树脂上的Na+ 置换下来，这时树脂就再生为H+ 型。
干，迅速称取2~5克抽干树脂，放入密度瓶中，加水至 刻度称重。 ▪ 视密度：树脂充分膨胀后的堆积密度。
《FL0906离子交换》PPT课件
3、树脂性能测定方法
❖ （4）交换容量
▪ 表示方法：单位质量干票脂或单位体积湿树脂所能吸 附的1价离子的毫摩尔数来表示。
▪ 阳树脂：NaOH 剩余滴定 ▪ 阴树脂：羟基不稳定，吸附CO2 ▪ 氯型 ：动态硫酸钠，AgNO3滴定 ▪ 工作交换容量：流出曲线漏点
水处理工艺离子交换处理课件
KBA<1树脂对B的亲和力小于对A的亲和力 图中曲线a；
KBA=1树脂对A的亲和力等于对B的亲和力 图中曲线b；
称KBA为树脂的选择性系数，在浓度很稀时
只与温度有关，温度一定时即为常数。
图3.6.1 离子交换等温曲线
水处理工艺——离子交换处理课件
6
图3.6.2就是以A型树脂处理含B离子水 时，树脂交换层的工作状况。
1/2Ca 1/2SO4
1/2Ca
1/2Mg Na
NCOI3 + RH → R HCO3
1/2Mg + Na
1/2H2SO4 HHNCOI3 1/2H2CO3
阳离子交换器的出水是酸性水。但当交换器运行失效时，其出水中就会有 其它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是Na+，故 习惯上称之为漏钠。当出水中的Na+超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被
SO3H
100℃，Ag2SO4
聚苯乙烯
—CH—CH2— CH—… SO3H —CH—CH2— CH—…
苯乙烯系磺酸型阳树脂
水处理工艺——离子交换处理课件
1
苯乙烯阴树脂的制备
氯甲基化反应： ……—CH－CH2—……
聚苯乙烯
氨化反应：
+CH2OCH2CI→ ……—CH－CH2—……
氯甲醚
+CH3OH
CH2CI 氯甲基聚苯乙烯（氯球）
图3.6.2 树脂层交换层工作状况 1—失效层； 2—工作层； 3—尚未工作的树脂层
工作层的下一个区域是尚未工作的A型树脂层，在离子交换进行过程中，这三层实际上无 时不在变化，所以不可能找出明显的分界线，图中的分界线是为说明问题而大致划分的。
水质工程学Ⅰ课件21水的软化-4离子交换软化系统
实际工程中：固定软化设备台数2台以上，便于再生和检修。
（4）树脂工作交换容量Eop： 由漏出曲线来分析: 图中：面积abedca为 具体工作条件下交换 器总的交换能力，称 为饱和交换容量： 与再生度有关，与具 体工作条件有关。 面积abdca称为工作交换容量，与再生度有关。
工作条件：流速v，温度t，树脂粒径di，硬度Ht Et—总交换容量，交换基团总数。
2、工艺过程：
（1）交换。
（2）再生：
ⅰ水流上向流交换工作，再生液向下流（浮动
床法，少见）
水顶压法。
ⅱ水流下向流工作，再生液向上流
气顶压法。
为什么顶压：防止再生时树脂乱层。（可节省 再生剂）
方法：
水压
在交换器中间设置排水装置，在顶部加压
气压
再生工艺过程：
（1）小反洗：冲洗 压脂层。
流速：5~10m/h， 时间：10~15min 中间排水装置进水，
（2）~（4）为再生过程。
3、优缺点： （1）再生剂用量多。 （2）出水剩余硬度高。 （3）交换器失效早。 （4）构造简单。 （5）运行方便。 4、适用条件：原水硬度较低，水量也较 小的场合。
（二）逆流再生固 定床：（用的最多） 常见的是：软化水 流向下，再生液水 流向上（反向较少）
1、 构造：
顶部排水，去杂质。
（2）放水：把中间 排水装置上部的水 放掉。
（3）顶压：从交换 器顶部进压缩空气， 维持30~50KPa。
（4）进再生液：由 交换器底部进再生液， 柱中上升流速5m/h。
（5） 逆向清洗：洗去再生 液，用软化水清洗，升速 5~7m/h，排出水达出水要 求为止。（注：不是达到运 行指标）
再生时：再生液由顶部向下流经树脂层。
离子交换的工艺过程ppt课件
C－ 代表树脂上可被交换的离子， B＋和D－表示溶液 中待交换的离子。
过程通常分为五个阶段:
• 〔a〕交换离子从溶液中分散到树脂颗粒外表； • 〔b〕交换离子在树脂颗粒内部分散； • 〔c〕交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离子
发生交换反响； • 〔d〕被交换下来的离子在树脂颗粒内部分散； • 〔e〕被交换下来的离子在溶液中分散。 • 离子交换的总速度取决于分散速度。
在废水处置中，离子交换主要用于回收和去除废水中金、 银、铜、镉、铬、锌等金属离子，对于净化放射性废水及有 机废水也有运用。
一、离子交换根本实际
• (1)离子交换过程 • 离子交换过程可以看作是固相的离子交换树脂与液相
〔废水〕电解质之间的化学置换反响。 • R-A＋＋B＋ R－B＋＋A＋ • R＋C－＋D－ R＋D－＋C－ • 其中： R-和 R＋ 代表阳、阴交换树脂的本体， A＋和
交换容量，实践运用中由于受各种要素的影响，普通任 务交换容量只需总交换容量的60％－70％。 • 有效交换容量是指出水到达一定目的时交换树脂的交换 容量。
• 〔2〕含水率 • 含水率通常以每克湿树脂〔去除外表水分后〕所含水分
百分数来表示。
• 〔3〕相对密度 • 离子交换树脂的相对密度有三种表示方法:干真密度、湿
真密度和湿视密度。 • 干密度是指在115℃真空枯燥后的密度； • 湿真密度是指树脂在水中充分膨涨后的质量与树脂所占
体积〔不包括空隙〕之比； • 湿视密度是指树脂在水中充分膨涨后单位体积树脂所具
有的质量。
• 〔4〕溶胀性 • 当树脂由一种离子型态转变为另一种离子型态时所发生的体
积变化称为溶胀性或膨胀性。 • 树脂溶胀的程度用溶胀度来表示。如强酸阳离子交换树脂由
过程通常分为五个阶段:
• 〔a〕交换离子从溶液中分散到树脂颗粒外表； • 〔b〕交换离子在树脂颗粒内部分散； • 〔c〕交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离子
发生交换反响； • 〔d〕被交换下来的离子在树脂颗粒内部分散； • 〔e〕被交换下来的离子在溶液中分散。 • 离子交换的总速度取决于分散速度。
在废水处置中，离子交换主要用于回收和去除废水中金、 银、铜、镉、铬、锌等金属离子，对于净化放射性废水及有 机废水也有运用。
一、离子交换根本实际
• (1)离子交换过程 • 离子交换过程可以看作是固相的离子交换树脂与液相
〔废水〕电解质之间的化学置换反响。 • R-A＋＋B＋ R－B＋＋A＋ • R＋C－＋D－ R＋D－＋C－ • 其中： R-和 R＋ 代表阳、阴交换树脂的本体， A＋和
交换容量，实践运用中由于受各种要素的影响，普通任 务交换容量只需总交换容量的60％－70％。 • 有效交换容量是指出水到达一定目的时交换树脂的交换 容量。
• 〔2〕含水率 • 含水率通常以每克湿树脂〔去除外表水分后〕所含水分
百分数来表示。
• 〔3〕相对密度 • 离子交换树脂的相对密度有三种表示方法:干真密度、湿
真密度和湿视密度。 • 干密度是指在115℃真空枯燥后的密度； • 湿真密度是指树脂在水中充分膨涨后的质量与树脂所占
体积〔不包括空隙〕之比； • 湿视密度是指树脂在水中充分膨涨后单位体积树脂所具
有的质量。
• 〔4〕溶胀性 • 当树脂由一种离子型态转变为另一种离子型态时所发生的体
积变化称为溶胀性或膨胀性。 • 树脂溶胀的程度用溶胀度来表示。如强酸阳离子交换树脂由
华北理工水质工程学Ⅰ课件22苦咸水淡化与除盐-2离子交换除盐方法与系统
交联度为8~10%的H型强酸树脂对Na的 选择系数为1.5~2.0。
交联度为8%的OH型强碱树脂对Cl-的选 择系数为2.0。
22℃度水的离子积1×10-14
K=(3~4)×1014
（2）出水水质稳定：工作条件发生变化 时，出水所达的最高纯度值并不变。
（3）间断运行影响小：混床投入2~3分 钟可达出水要求，而复床要10分钟。
柱之后，柱中反应。
RHCO 3 RCO 3
H2SO4 HCl
RRCSOl 4
H2CO3
脱气 CO2↑+H2O
若用NaOH再生，脱气在弱碱柱前后均可。
（三）强酸—脱气—弱碱—强碱系统：
1、加双碱目的：弱碱 柱去除强酸阴离子， 强碱柱主要去除硅。 再生采用串联再生方 式，省再生剂。
床负担。
（二）强酸—弱碱—脱气系统： 1、适用条件：
（1）原水中强酸性阳离子含量大。 （2）不要求除硅的情况下。 2、优点：利用了弱碱树脂容易再生的 优点，达到了节省再生剂的目的。
再生剂可用NaOH、Na2CO3或 NaHCO3 。
3、脱气塔的位置： 若用Na2CO3或NaHCO3再生，脱气在弱碱
RH+ROH+NaCl→RNa+RCl+H2O
3、特点： （1）出水纯度高: 选择性系数
K
RNaRClH2O RHROHNaCl
K
Na H
K Cl OH
1 KH2O
K
RNaH RHNa
RClOH ROHCl
H2O
H OH
KNaH——阳树脂的选择系数; KClOH——阴树脂的选择系数; KH2O——水的离子积; K——阴、阳混合树脂的选择系数。
出水电阻率可达10×106Ω·cm 硅含量 0.02mg/l的水平 （2）强酸—弱碱—脱气—混合床系统 ： 出水 电阻率可达10×106Ω·cm 硅含量0.005mg/l的水平。 （3）强酸—脱气—弱碱—强碱—混合床系统：
13.水质工程学III—水的软化与除盐 §2-3 离子交换法基本原理(下)(ppt文档)
例如Ca2+ 的硬水，通过RNa型离子交换树脂时，发生的交 换反应为：
2RNa+Ca2+→R2Na+2Na+
为恢复树脂的交换能力，可用一定浓度的食盐水通 过已失效的树脂层，使树脂由R2Ca型树脂恢复为具有交 换能力的RNa型树脂，通常称为再生。
R2Ca+2Na+→2RNa+Ca2+
上述两个反应实质上是顺向交换， 逆向再生，其反 应式可写
• 在常温、低浓度（2—10meq/L）时： Fe3+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>H+>Li+ Ca2+置换Na+的理论依据。 高价大于低价，同价原子序数大亲和力大； 高浓度时上述次序不在适用。（再生时，提高 Na+浓度，从而使Na+置换Ca2+） 。
五、离子交换速度
离子交换过程受离子浓度和树脂对各种离子亲 和力的影响外，还受离子扩散过程的影响。 1，离子扩散过程五步骤：
水质工程学Ⅲ
第二章 水的软化与除盐
§2-3离子交换法基本原理(下)
主讲：张立秋 副教授
四、离子交换平衡
１、离子交换反应
离子交换如同化学反应一样，服从当量定律，且是可逆反应，离 子交换技术就是基于等当量交换与可逆反应来进行交换与再生的 ；离子交换中的等当量性、可逆性、选择性是我们进行水质软化 的基本设计依据。
[ R2 B] [B2 ]
[RA]2 [ A ]2
[R2B] 、[RA]——树脂中B2+、A+的离子浓度
[A+ ] 、[B2+]——溶液中A+、B2+的离子浓度
2RNa+Ca2+→R2Na+2Na+
为恢复树脂的交换能力，可用一定浓度的食盐水通 过已失效的树脂层，使树脂由R2Ca型树脂恢复为具有交 换能力的RNa型树脂，通常称为再生。
R2Ca+2Na+→2RNa+Ca2+
上述两个反应实质上是顺向交换， 逆向再生，其反 应式可写
• 在常温、低浓度（2—10meq/L）时： Fe3+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>H+>Li+ Ca2+置换Na+的理论依据。 高价大于低价，同价原子序数大亲和力大； 高浓度时上述次序不在适用。（再生时，提高 Na+浓度，从而使Na+置换Ca2+） 。
五、离子交换速度
离子交换过程受离子浓度和树脂对各种离子亲 和力的影响外，还受离子扩散过程的影响。 1，离子扩散过程五步骤：
水质工程学Ⅲ
第二章 水的软化与除盐
§2-3离子交换法基本原理(下)
主讲：张立秋 副教授
四、离子交换平衡
１、离子交换反应
离子交换如同化学反应一样，服从当量定律，且是可逆反应，离 子交换技术就是基于等当量交换与可逆反应来进行交换与再生的 ；离子交换中的等当量性、可逆性、选择性是我们进行水质软化 的基本设计依据。
[ R2 B] [B2 ]
[RA]2 [ A ]2
[R2B] 、[RA]——树脂中B2+、A+的离子浓度
[A+ ] 、[B2+]——溶液中A+、B2+的离子浓度
水质工程学第8章离子交换
（2）工作交换容量：指树脂在动态工作状态 下的交换容量，即树脂在给定工作条件下的实 际交换能力，一般为总交换容量的60~70％。 影响因素包括再生程度、废水的离子种类、浓 度、树脂层高度、水流速度、交换终点指标等。
交联度
树脂中交联剂重量占树脂总重量的百分数， 影响树脂的许多性能。交联度高，孔隙率低， 密度大，离子扩散速率较低，对半径较大的 离子和水合离子的交换量较小，溶胀率小， 稳定，不易破碎。
选择性
③ 电荷相同时，大致是原子序数愈高或水合 半径愈小，交换势愈大，副族元素正好相反。
Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ ≈ NH3+ > Na+ > Li+
NO3- > Cl- > HCO3- > HSiO3-
选择性
④ H+和OH-的交换选择性与树脂的酸、碱性 关系很大，如：
活动离子：依靠静电引力与固定离子结合， 遇水可离解，并能在一定范围内自由移动， 与水中其它同性离子进行交换反应，为可交 换离子。
例：—SO3H中，—SO3固定，H+移动； ≡NHOH中，≡NH固定，OH-移动
故：酸性树脂以RH表示；碱性树脂以ROH表 示
树脂的类型
按树脂类型和孔结构不同，分为凝胶型、 大孔型、多孔型、巨孔型等。
硬度的单位
➢ 硬度的单位为mEq/L ➢ 10mgCaO/L为1度（德国） ➢ mgCaCO3/L（美国，日本）
➢ 1 mEq/L＝2.8德国度＝50 mgCaCO3/L
➢ 法定计量单位为物质的量浓度mol/L
水的软化处理
➢ 药剂软化法 基于溶度积的原理，加入某些药剂，把水
交联度
树脂中交联剂重量占树脂总重量的百分数， 影响树脂的许多性能。交联度高，孔隙率低， 密度大，离子扩散速率较低，对半径较大的 离子和水合离子的交换量较小，溶胀率小， 稳定，不易破碎。
选择性
③ 电荷相同时，大致是原子序数愈高或水合 半径愈小，交换势愈大，副族元素正好相反。
Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ ≈ NH3+ > Na+ > Li+
NO3- > Cl- > HCO3- > HSiO3-
选择性
④ H+和OH-的交换选择性与树脂的酸、碱性 关系很大，如：
活动离子：依靠静电引力与固定离子结合， 遇水可离解，并能在一定范围内自由移动， 与水中其它同性离子进行交换反应，为可交 换离子。
例：—SO3H中，—SO3固定，H+移动； ≡NHOH中，≡NH固定，OH-移动
故：酸性树脂以RH表示；碱性树脂以ROH表 示
树脂的类型
按树脂类型和孔结构不同，分为凝胶型、 大孔型、多孔型、巨孔型等。
硬度的单位
➢ 硬度的单位为mEq/L ➢ 10mgCaO/L为1度（德国） ➢ mgCaCO3/L（美国，日本）
➢ 1 mEq/L＝2.8德国度＝50 mgCaCO3/L
➢ 法定计量单位为物质的量浓度mol/L
水的软化处理
➢ 药剂软化法 基于溶度积的原理，加入某些药剂，把水
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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1 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
▪ 2、选择性 一般化合价越大的离子被交换的能力越强；在同价离子中则优先交换原
1、顺流再生离子交换器 再生液与水流方向相同
1.2离子交换树脂
1.有机合成离子交换树脂的结构
2.有机合成离子交换树脂的分类
1）按活性基团性质分类
凡与溶液中阳离子进行பைடு நூலகம்换反应在的树脂称为阳离子交换树脂；H+及金 属离子
凡与溶液中阴离子进行交换反应在的树脂称为阴离子交换树脂；OH-及 酸根离子
阳离子交换树脂强弱顺序：
▪ R-SO3H＞R-CH2SO3H ＞ R-PO3H2 ＞ R-COOH＞R-OH
▪ 4.几种常见的离子交换树脂
▪ 阳离子交换树脂： ▪ 苯乙烯磺酸型：现用最广泛一种，用苯乙烯和二乙烯苯催
化共聚反应制得白球，再引入可交换离子的-SO3H基团； ▪ 苯酚磺酸型：苯酚和甲醛经缩聚合成，合成时硫酸处理导
入磺酸基，各性能较苯乙烯型差，但制造简单。 ▪ 丙烯酸系羧酸型：基体是丙烯酸甲酯和二乙烯苯共聚而成，
1.1无机离子交换剂 主要为弱酸性阳离子交换剂，少量为弱碱性阴离子交换剂。
常见有沸石、绿砂和磺化煤。 沸石：铝硅酸盐类，空间晶格形态，交换容量小不能吸取 尺
寸较大的离子； 绿砂：铁铝硅酸盐类，无定形凝胶体，交换容量不大； 磺化煤：对褐煤、无烟煤磺化处理含有大量磺酸基团，兼有
强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂
子序数大的离子。同样也影响离子交换树脂的再生过程。
▪ 3、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称为交换容量。
▪ 1）全交换容量 单位质量的离子交换树脂中全部离子交换基团的数量。滴定法测定
▪ 2）工作交换容量 ▪ 实际工作中的容量，在一定的工作条件以及水质条件下，一个固定周
期中单位体积树脂实现 的离子交换容量。
在浓氢氧化钾溶液作用下水解。
▪ 阴离子交换树指： ▪ 季量胺约型为：10母00体-1聚20苯0m乙m烯o，l/l，处-理OH导-基入很胺活基泼-N，(C属H强3)3碱+,交性换阴容离
子型。 ▪ 弱碱型：苯乙烯型和丙烯酸型交换树脂合成导入胺基。
150-2000mmol/l
1.3离子交换树脂的性质 1)物理性质
▪ 磺酸基 次甲基磺酸基 磷酸基
羧酸基 酚基
阴离子交换树脂强弱顺序：
▪ R≡N+OH- ＞R-NH3+OH- ＞R=NH2+OH- ＞R≡NH+OH-
▪ 季胺基
伯胺基
仲胺基
叔胺基
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
1． 外观
粒径0.3～1.2mm 苯乙烯系均为淡黄，其它有赤褐色、黑色等 凝胶型呈透明或半透明球状颗粒，大孔型呈不透明状态。
2．粒度
树脂粒度大交换速度慢;粒度小,树脂的交换能力大,但水流阻力大,反 洗时清除截留的悬浮杂质困难.需保证一定均一系数
(d40/d90=k40)
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。
泄漏点
处理水量
泄漏点
处理水量
（a）
（b）
图 8-1 不同厚度保护层下交换柱的工作交换容量
3 离子交换装置及运行操作
▪ 装有离子交换剂的交换器称为离子交换床;离子交换装置 种类很多,一般可分为固定床式离子交换器和移动床式交 换器两大类,最广泛应用的为固定床式.
▪ 3.1固定床式离子交换器 ▪ 按其水和再生液的流动方向分为: 顺流再生式、逆流再生式、分流再生式，详细介绍前两种。
(3) 树脂粒径、空隙度：膜扩散速度与粒径、空隙度成反比； 孔道扩散速度与粒径２次方成反比．
(4) 交联度： 交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显著． （5）溶液的温度：与液膜扩散和孔道扩散速度成正比。
2.3固定床离子交换过程
进水中B离子含量 水 中
B 离 子 含 量
进水中B离子含量
水 中 B 离 子 含 量
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
▪ 树脂由一种离子型转为另一种离子型时体积发生改变，改变百分 数为转型体积改变率。
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%。
离子交换
1离子交换概述 2离子交换反应 3离子交换装置及运行操作 4离子交换的应用
1 离子交换概述
离子交换是一类特殊的固体吸附过程，一般是一种不 溶于水的固体颗粒状物质，它能够从电解质溶液中吸取某 种阳离子或阴离子，而把本身所含的另外一种带相同电荷 符号的离子等当量地交换下来并释放到溶液中。
离子交换剂包括：无机离子交换剂、磺化煤和有机合 成离子交换树脂等。
▪ 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
▪ 4、热稳定性 ▪ 在受热情况下，离子交换树脂保持理化性能不变的能力。弱酸性阳离
子交换树脂热稳定性相对来说最高。 ▪ 弱酸性〉强酸性〉弱碱性〉Ⅰ型强碱性〉Ⅱ型强碱性
2 离子交换反应
2.1 离子交换平衡 一价对一价交换
选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大于对A+的亲合力，即有利于进行 离子交换反应。
选择系数用离子浓度分率表示：
一阶对两阶离子交换反应通式为：
▪ 2.2离子交换动力学过程及交换速度
控制离子交换反应的速度．
(1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步；浓度小于 0.003mol/l时，膜扩散成为控制步；介于中间则取决于具体情况．
(2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄．膜扩散快，但孔隙扩散基本不受 影响．
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1 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
▪ 2、选择性 一般化合价越大的离子被交换的能力越强；在同价离子中则优先交换原
1、顺流再生离子交换器 再生液与水流方向相同
1.2离子交换树脂
1.有机合成离子交换树脂的结构
2.有机合成离子交换树脂的分类
1）按活性基团性质分类
凡与溶液中阳离子进行பைடு நூலகம்换反应在的树脂称为阳离子交换树脂；H+及金 属离子
凡与溶液中阴离子进行交换反应在的树脂称为阴离子交换树脂；OH-及 酸根离子
阳离子交换树脂强弱顺序：
▪ R-SO3H＞R-CH2SO3H ＞ R-PO3H2 ＞ R-COOH＞R-OH
▪ 4.几种常见的离子交换树脂
▪ 阳离子交换树脂： ▪ 苯乙烯磺酸型：现用最广泛一种，用苯乙烯和二乙烯苯催
化共聚反应制得白球，再引入可交换离子的-SO3H基团； ▪ 苯酚磺酸型：苯酚和甲醛经缩聚合成，合成时硫酸处理导
入磺酸基，各性能较苯乙烯型差，但制造简单。 ▪ 丙烯酸系羧酸型：基体是丙烯酸甲酯和二乙烯苯共聚而成，
1.1无机离子交换剂 主要为弱酸性阳离子交换剂，少量为弱碱性阴离子交换剂。
常见有沸石、绿砂和磺化煤。 沸石：铝硅酸盐类，空间晶格形态，交换容量小不能吸取 尺
寸较大的离子； 绿砂：铁铝硅酸盐类，无定形凝胶体，交换容量不大； 磺化煤：对褐煤、无烟煤磺化处理含有大量磺酸基团，兼有
强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂
子序数大的离子。同样也影响离子交换树脂的再生过程。
▪ 3、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称为交换容量。
▪ 1）全交换容量 单位质量的离子交换树脂中全部离子交换基团的数量。滴定法测定
▪ 2）工作交换容量 ▪ 实际工作中的容量，在一定的工作条件以及水质条件下，一个固定周
期中单位体积树脂实现 的离子交换容量。
在浓氢氧化钾溶液作用下水解。
▪ 阴离子交换树指： ▪ 季量胺约型为：10母00体-1聚20苯0m乙m烯o，l/l，处-理OH导-基入很胺活基泼-N，(C属H强3)3碱+,交性换阴容离
子型。 ▪ 弱碱型：苯乙烯型和丙烯酸型交换树脂合成导入胺基。
150-2000mmol/l
1.3离子交换树脂的性质 1)物理性质
▪ 磺酸基 次甲基磺酸基 磷酸基
羧酸基 酚基
阴离子交换树脂强弱顺序：
▪ R≡N+OH- ＞R-NH3+OH- ＞R=NH2+OH- ＞R≡NH+OH-
▪ 季胺基
伯胺基
仲胺基
叔胺基
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
1． 外观
粒径0.3～1.2mm 苯乙烯系均为淡黄，其它有赤褐色、黑色等 凝胶型呈透明或半透明球状颗粒，大孔型呈不透明状态。
2．粒度
树脂粒度大交换速度慢;粒度小,树脂的交换能力大,但水流阻力大,反 洗时清除截留的悬浮杂质困难.需保证一定均一系数
(d40/d90=k40)
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。
泄漏点
处理水量
泄漏点
处理水量
（a）
（b）
图 8-1 不同厚度保护层下交换柱的工作交换容量
3 离子交换装置及运行操作
▪ 装有离子交换剂的交换器称为离子交换床;离子交换装置 种类很多,一般可分为固定床式离子交换器和移动床式交 换器两大类,最广泛应用的为固定床式.
▪ 3.1固定床式离子交换器 ▪ 按其水和再生液的流动方向分为: 顺流再生式、逆流再生式、分流再生式，详细介绍前两种。
(3) 树脂粒径、空隙度：膜扩散速度与粒径、空隙度成反比； 孔道扩散速度与粒径２次方成反比．
(4) 交联度： 交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显著． （5）溶液的温度：与液膜扩散和孔道扩散速度成正比。
2.3固定床离子交换过程
进水中B离子含量 水 中
B 离 子 含 量
进水中B离子含量
水 中 B 离 子 含 量
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
▪ 树脂由一种离子型转为另一种离子型时体积发生改变，改变百分 数为转型体积改变率。
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%。
离子交换
1离子交换概述 2离子交换反应 3离子交换装置及运行操作 4离子交换的应用
1 离子交换概述
离子交换是一类特殊的固体吸附过程，一般是一种不 溶于水的固体颗粒状物质，它能够从电解质溶液中吸取某 种阳离子或阴离子，而把本身所含的另外一种带相同电荷 符号的离子等当量地交换下来并释放到溶液中。
离子交换剂包括：无机离子交换剂、磺化煤和有机合 成离子交换树脂等。
▪ 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
▪ 4、热稳定性 ▪ 在受热情况下，离子交换树脂保持理化性能不变的能力。弱酸性阳离
子交换树脂热稳定性相对来说最高。 ▪ 弱酸性〉强酸性〉弱碱性〉Ⅰ型强碱性〉Ⅱ型强碱性
2 离子交换反应
2.1 离子交换平衡 一价对一价交换
选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大于对A+的亲合力，即有利于进行 离子交换反应。
选择系数用离子浓度分率表示：
一阶对两阶离子交换反应通式为：
▪ 2.2离子交换动力学过程及交换速度
控制离子交换反应的速度．
(1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步；浓度小于 0.003mol/l时，膜扩散成为控制步；介于中间则取决于具体情况．
(2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄．膜扩散快，但孔隙扩散基本不受 影响．