离子交换软化与除盐

离子交换软化和除盐实验

一、 实验目的

① 加深离子交换基本理论的理解。 ② 了解离子交换软化设备的操作方法。 ③ 熟悉离子交换过程。

④ 进一步熟悉水的硬度、碱度和pH 值的测定方法。

二、实验原理

离子交换是目前常用软化与除盐的方法。离子交换树脂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把本身所含的另外一种带有相同电性符合的离子与其等量的置换出来，按照所交换的种类，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。

阳离子交换树脂是以钠离子（Na +型）或氢离子型（H +型）置换溶液中的阳离子从而将其去除掉。置换反应为： 钠型NaOR+M 2+⇔MR+2Na + 氢型H 2R+M 2+⇔MR+2H +

反应式中R 表示树脂，M 2+表示阳离子。

阴离子交换树脂是以羟基（OH -）离子置换溶液中的阴离子，从而将其去除掉，置换反应式为：

R(OH)+A 2-⇔RA+2OH -

反应式中R 表示树脂；A 2-表示阴离子。

离子交换吸附能力，在其他条件相同时，交换能力大小顺序如下：阳离子交换顺序（强酸性阳树脂）Fe 3+>Al 3+>Ca 2+>Mg 2+>K +>H +>Na +>H +>Li +。

阴离子交换顺序（强碱性阴树脂）为：草酸离子>柠檬酸离

子>-

34PO >-24SO >Cl ->-3NO 。

实际上，天然水中及工业废水中都不会只含有一种离子，通常都含有多种阳离子和多种阴离子，交换过程也复杂的多。就软化而言，含有多种阳离子和多种阴离子交换层时Cu 2+、Zn 2+、Ni 2+、Ca 2+、Mg 2+被吸附在树脂上，同时释放Na ，从而使水得到软化。当树脂的交换容量耗尽时，交换柱流出水的硬度就会超过规定值，这一情况称为穿透。此时，必须将树脂再生。再生前，应对交换柱进行反冲洗，以除去固体沉积物。阳离子交换柱再生方法是用盐溶液（）或用酸溶液（）流过交换柱；而阴离子交换柱再生方法是用氢氧化钠（）溶液或氢氧化铵（）溶液流过交换柱。再生后，用纯水冲洗交换柱以除去残留的无效离子。

如既需要软化水的硬度又要降低水的碱性，则可将OH 型和Na 型离子交换柱串联使用。利用阴阳树脂共同工作是目前制取纯水的基本方法之一。阳树脂自身可交换的H 与水中阳离子交换，去除阳离子；阴树脂官能团中的OH 与水中阴离子交

换，同时去除水中的阴离子。这样把两种交换柱串联起来，就能够有效地去除水中绝大部分离子，从而达到除盐的目的。水中所含阴、阳离子多少能直接影响溶液的导电性能，经阴阳离子交换的水中离子的含量很少，在工业用水测定时，常常用水的导电率来表示离子交换的水质。

三、实验装置与仪器

（1）仪器

①离子软化与除盐实验装置

②电导仪。

（2）器皿

①量筒（100ml、10ml各1个）

②滴定管、架（50ml酸式、50ml碱式各2个）；

③烧杯（500ml、50ml各1个）

④三角烧瓶（250ml，2个）

⑤容量瓶（500ml、50ml）各1个

⑥移液管（50ml、25ml各1支）

⑦干燥皿（1个）

（3）试剂

①EDTA标准溶液（0.02mol/L）；

②铬黑T指示剂；

③pH=10缓冲溶液（NH）

④HCl标准溶液（0.1mol/L）；

⑤酚酞指示剂（1%）

⑥甲基橙指示剂（0.05%）

四、实验步骤

①熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用。

②测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度。

③将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用15m/h,以去除树脂层内的气泡。

④软化与除盐。运行流速分别采用15m/h、20m/h、25m/h、30m/h，每隔5min取软化柱出水水样250ml，测其总硬度及pH值，同时取除盐柱出水水样250ml测其电导率及pH值。测2次并进行比较。

⑤反洗。冲洗水用自来水，反洗流速采用15m/h，反洗时间15min。用软化柱出水反洗除盐柱，反洗流速采用10m/h，反洗时间15min。反洗结束将水放到水面高于树脂表面10cm左右。

⑥再生。配制再生液，采用流速3～5m/h,调节定量投药箱出水阀门开启度以控

制再生流速。再生液用毕后将树脂在盐液中浸泡数分钟。

⑦清洗。清洗流速采用15m/h,用软化柱出水反洗除盐柱，每5min测一次软化柱出水硬度，有时间还可测氯根，同时测出水电导率，直至出水水质合乎要求为止。清洗时间约需50min。

⑧清洗完毕结束实验，交换柱内树脂应浸泡在水中。

⑨测水样总硬度、电导率、和pH值。

a．总硬度的测定参见分析化学有关内容。

b．电导率的测定参见电导仪说明书。

c．pH计的测定参见酸度计说明书。

以上所测数据分别记录与基本数据记录表和软化与除盐实验记录表中

五、实验数据及结果整理

①绘制不同运行流速与出水硬度曲线。

② 绘制出水硬度关系曲线。

③ 绘制不同运行流速与出水电导率关系曲线。

④ 制除盐柱不同清洗历时与出水电导率关系曲线。

思考题

1如何提高出水水质？

2离子交换软化实验中pH值是怎样变化的？对电导率有什么影响？