离子交换树脂化学性能

化学性能

(1)离子交换反应的可逆性：离子交换反应是可逆的，例如当含有硬度的水通过H型离子交换剂时其反应如下表示：

2RH+Ca2+==========R2Ca+2H+

当反应进行到失效时，为了恢复离子交换剂的交换能力，就可以利用离子交换反应的可逆性，用硫酸或盐酸溶液通过此失效的离子交换剂，以恢复其交换能力。

如下式化学平衡的移动，当水中Ca2+和H型离子交换剂多时，反应正向进行，反之则逆向进行。

2RH+Ca2+======= R2Ca+2H+

正反应为运行，逆反应为再生，

离子交换的可逆性，是离子交换剂可以反复使用的重要性质。

(2)酸碱性：H型阳离子交换剂和OH型阴离子交换剂的性能与电解质酸碱相同，在水中有电离出H+和OH-的能力，因此，根据此能力的大小可以有强弱之分。

强酸性H型交换剂在水中电离出H+的能力较大，所以它是很容易和水中其它各种离子进行交换反应，而弱酸性H型交换剂在水中电离出H+的能力较小，故当水中有一定量的H+时，就显示不出来交换反应，强碱性和弱碱性阴离子交换剂的情况与此相似。

(3)中和与水解：离子交换剂的中和与水解的性能和通常的电解质一样，H离子交换剂和碱液会进行中和反应，如强酸性H离子和强碱性NaOH相遇，则中和反应进行得更完全，如下式；

RSO3H+NaOH==========RSO3Na+H2O

它的水解反应也和通常电解质的水解反应一样，当水解产物有弱酸或弱碱时，水解能力较大，如下式表示。

RCOONa+H2O==========RCOOH+NOH

RNH3CL+H2O========RNH3OH+HCL

所以，具有弱碱性基团的离子交换树脂的盐性，易于水解。

(4)离子交换剂的选择性：离子交换剂吸附各种离子的能力不一样，有些离子易被交换剂吸附，但吸附后要把它交换下来就较困难，而另一些离子很难被吸附，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。这种选择性影响到离子交换剂的交换和再生(或称为还原)过程，故在实际应用中是一个重要问题。

离子交换剂的选择性主要决定于被吸附的离子结构。它有两个规律；一个是离子带的电荷越大，越易被交换剂吸附，例如二价离子比一价离子易吸附，另一个是对于带有相同电荷量的离子，则原子序数大(即分子量大)的元素，形成离子的水合半径小，较易被吸附。

对于阳离子交换剂来说，它对各种常见离子的选择性次序为；

Fe3+>AI3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>Li+

这个次序只适合在含盐量不是很高的水溶液中，如在浓溶液中，离子间的干扰较大，且水合半径的大小顺序和上述的次序有些差别，此时各离子间选择性差别较小。

离子交换剂的选择性除了和吸附离子的本质有关外，有时还与离子交换剂的活性基团有关系。特别是H型阳离子交换剂和OH型阴离子交换剂，例如带磺酸根(-SO3-)的强酸性离子交换剂，对H+的吸附能力并不很强，在选择性次序中H+居于Li+和Na+之间，即其选择性次序为：

Fe3+>AI3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>Li+

所以在实际应用中，用酸再生弱酸性阳离子交换剂，要比再生强酸性阳离子交换树脂容易得多。

强碱性阴离子交换树脂选择性次序为：

SO42->NO3->CI->OH->F->HCO3->HSiO3-

弱碱性阴离子交换树脂的选择性次序为

OH-> SO42->NO3->CI->F->HCO3->HSiO3-

所以用碱再生弱碱性阴离子交换树脂要比再生强碱性阴离子交换树脂容易。

(5)交换容量：交换容量是表示一种离子交换剂中可交换离子量的多少，是离子交换剂的一个重要技术指标。交换容量有两种表示法；一种是重量表示法，即单位重量离子交换剂的吸附能力，通常用毫克当量/克(mg-N/g)表示，另一种是体积表示法，即单位体积离子交换剂的吸附能力，通常用克当量/米3(g-N/m3)表示。

离子交换是遵循当量定律的，等当量的交换和再生，不同的离子交换剂交换能力不同。由于离子交换剂的形态不同，其体积和重量也不相同，在表示交换容量时，为了统一起见，一般阳离子交换剂以H型为准，阴离子交换树脂以Cl型为准。必要时，应标明所呈状态。

常见的交换容量有以下几种：

(a)全交换容量(E)将交换剂中所有活性基团全部再生可交换的离子后，测定其全部交换下来的容量，称为全交换容量。此指标表示交换剂中所有活性基团的量。对于同一种离子交换剂，它是个常数。这种交换容量主要用于离子交换剂的研究方面。

（b）平衡交换容量(m)将交换剂完全再生后，求它和一定组成的水溶液作用到平衡状态时的交换容量。此指标表示在某种给定溶液中，离子交换剂是最大交换容量，故不是常数，而和与它平衡的溶液组成有关。

平衡交换容量和全交换容量有关，后者是前者的最大极限，设一种H型离子交换剂和Na型离子交换剂溶液相作用，当达到平衡时，交换剂中含Na+的量为mNa毫克当量/克，则平衡交换容量即为mNa，若此时交换剂中残留的H型为mH毫克当量/克，则mNa与mH 之和必等于此离子交换剂的全交换容量。

即E=mNa+mH，当溶液中Na+含量很多，而使平衡时交换剂残留的H型mH≈0时，即E=mNa。

(c)工作交换容量(EG)工作交换容量是在实验室中，模拟水处理实际运行条件下测得的交换容量。就是把交换剂放在动态交换柱中，通过需要处理的水，直到滤出液中有要交换的离子漏出为止，此时交换剂所发挥的交换容量，称为工作交换容量，影响工作交换容量的因素很多，如进水中离子的浓度，交换终点的控制指标，树脂层的高度，水流的速度等，工作交换容量常用体积表示法，即克当量/米3、或毫克当量/升。

离子交换剂的再生程度，对其交换容量有很大的影响，如经充分再生，则可得最大的工作交换容量。

在实际运行中，要使交换剂充分再生，所需再生剂的量很多，是不经济的，因为再生愈彻底、完全，再生剂的用量必须大大增加，因此在实际运行中采用的再生剂量，要做到既能使交换剂得到较好的再生，而又不消耗较多的再生剂，即要选取最优化的再生剂量，此时的交换容量称为实用工作交换容量。此交换容量应根据设备情况，原水水质、对出水水质的要求等，通过实验来确定。