说明及实验方法-离子交换

离子交换实验装置使用说明

本实验装置由四根柱子组成，从左到右第一根为沙滤柱，第二根为阳离子交换柱，第三根为阴离子交换柱，第四根为阴、阳树脂混合交换柱。采用上进下出的进水方式进行处理实验。图中反冲洗管路没有画出。

使用本实验装置可以对自来水进行脱盐份处理；或者采用纯净水加盐的方法人工配制水进行处理实验；或者采用纯净水加重金属离子的方法，人工配制模拟重金属废水进行处理实验。

注意，由于本实验装置中的离子交换树脂量有限，为了延长树脂的使用寿命，故在配制实验用水时的浓度不宜过高，一般控制在10～50ppm之间。交换树脂的再生采用体外再生的方法进行，由于交换树脂的总量有限，再生又比较麻烦，故建议直接购买再生好的交换树脂进行更换（价格低廉）。

第一步：实验前的准备

1.检查关闭以下阀门

①进水箱和出水箱的排空阀门。

②进水流量计的调节阀。

2.将实验水倒入进水箱。

第二步：进行离子交换实验

1.首先制定好您的实验方案

①如果采用自来水或纯水加盐的方法来进行脱盐处理实验，则要准备好盐度计。

②如果采用配制重金属离子的实验水进行实验，则要准备好检测重金属的分析方法

和手段。

③制定好进水流量和交换时间等一系列实验条件。

2.插上进水泵电源插头，水泵开始工作，慢慢打开流量计调节阀，让流量计转子处于

1/3位高度。慢慢打开最后一根离子交换柱的下端出水阀（不要开大），开至出水流量与进水流量基本平衡（流量计转子基本上处于1/3位高度）。然后再调节流量计至您所需要的实验流量，并开始计时。

3.实验水动态流经三根离子交换柱一定时间后（实验时间），慢慢打开阳柱和阴柱的

下端出水阀，分别取阳柱、阴柱和混合柱的出水，去测定相应的检测项目（如盐度、重金属离子浓度等）。阳柱和阴柱取完水样后要立即关闭出水阀。

4.在整个实验过程中，如果出现离子交换柱的上端积累空气太多的现象，则可打开上

端的排积气阀，排除多余的空气后关闭排积气阀门。

第三步：实验完毕后的整理

1.实验结束，关闭最后一根混合柱的出水阀，关闭进水流量计的调节阀。

2.拔掉进水泵电源插头。

3.放空进水箱和出水箱。

4.用自来水清洗进水箱和出水箱。

5.放空进水箱和出水箱的积水（沙滤柱和离子交换柱内始终保持满水状态），待下次

实验备用。

注意事项：

当设备长期不使用后重新开始使用，由于水泵的泵体中留有空气，可能会引起水泵的泵水情况不正常，或没有水被泵出。此时要立即关闭水泵，因为水泵的缺水运转很容易损坏水泵。请采用挤、捏皮管和一会儿开启水泵、一会儿关闭水泵的方法来排除空气，直至水泵正常工作为止。

离子交换实验指导

一、实验目的

1.通过本实验来加深理解离子交换树脂交换处理正负离子的原理。

2.测定该离子交换设备动态处理某种实验废水时的处理效果。

3.通过本实验让学生了解工业化离子交换树脂交换处理设备的工艺流程。

二、实验原理

1.阴、阳离子交换树脂的离子交换原理。

2.利用离子交换树脂的离子交换特性，结合相应的交换柱结构，开展动态的离子交换处理

实验。通过人工配制模拟废水或采用实际的工业废水，进行动态的离子交换处理实验。

通过相应的检测手段，得到离子交换处理结果。

三、实验器材

1. 动态处理的离子交换树脂实验设备

2.实验用水

由于整个实验设备内的交换树脂量有限，为了延长树脂的使用时间，我们建议采用低浓度的实验水进行离子交换实验。可以有以下几种方法配制实验用水开展实验：

（1）使用纯净水+自来水进行脱盐份处理实验

自来水的总盐度一般在100——300ppm，采用纯净水将自来水稀释至30ppm左右的盐度开展离子交换实验，用盐度计或电导率仪来测定离子浓度的变化情况。

（2）使用纯净水+固体盐（NaCl）进行脱盐份处理实验

纯净水中加固体盐其盐份浓度的控制就比较方便，浓度可以控制在10——30ppm 范围，用盐度计或电导率仪来测定离子浓度的变化情况。

（3）使用纯净水+重金属离子进行脱重金属离子处理实验

纯净水中加重金属离子（Cu）的浓度控制也很方便，浓度可以控制在3——10ppm

范围，用原子吸收仪来测定重金属离子浓度的变化情况。

附：可以采用电渗析器生产的脱盐份水来作为本实验的纯净配水。

3.检测设备

（1）根据选择的实验内容来选择，起码要有盐度计和电导仪。

（2）如果能开展交换脱除重金属离子的实验，则更加能说明离子交换树脂的选择性交换特性，经过阳离子交换柱的处理后，实验水中就应该检测不到重金属离子。因此，就需要有原子吸收仪来测定重金属离子。

4.玻璃器皿

100ml的烧杯5个。

四、实验步骤

1.配制相应的实验用水。

2.准备相应的仪器。

3.选择一定的实验进水流量（推荐40升/小时）通入实验设备，流经10分钟后从各个不同

实验柱的出水口取水样，进行相应的实验项目测定（如：盐浓度、电导率、重金属离子浓度）。

五、实验报告

2. 分析实验数据，计算相应的去除率。

3. 回答思考题。

例如：（1）为什么经过阳离子和阴离子交换树脂交换处理后，出水的盐度计读数和电导率读数还是比较大？而经过混合交换树脂处理后，出水的盐度计读数和电导率读

数明显减小？

（2）为了防止锅炉积垢，常常要对锅炉用水进行软化处理，如果采用离子交换树脂来处理锅炉用水，你认为需要采用什么类型的离子交换树脂，为什么？

附：离子交换树脂的鉴定方法（也可以作为实验的内容之一）

第一步：

1.取试样树脂约2g，置于20ml试管中，用吸管吸去树脂的附着水。

2.加入1molL-1HCl5ml，摇动1～2min，将上部清液吸去，重复操作2～3次。

3.加入纯水，摇动后将上部清液吸去，重复操作2～3次。

4.加入10%CuSO45ml，摇动1min，按3充分用纯水清洗。

第二步：

经第一步处理，如树脂变为浅绿色，加入5molL-1 NH4OH2ml，摇动1min，用纯水充分清洗。如树脂经处理后，颜色加深（深蓝）则为强酸性阳离子交换树脂。如树脂浅绿颜色不变，则为弱碱性阴离子交换树脂。

第三步：

经第一步处理后，如树脂不变色，则：