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第一篇离子交换树脂原理:离子交换树脂的工作原理
离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物,它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成.离子交换树脂可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和两性离子交换树脂.离子交换树脂不溶于水和一般溶剂.大多数制成颗粒状,也有一些制成纤维状或粉状.树脂颗粒的尺寸一般在0.1.2mm 范围内,大部分在0.0.6mm之间.它们有较高的机械强度(坚牢性),化学性质也很稳定,在正常情况下有较长的使用寿命.按化学活性基团首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类.阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类.阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类.离子交换树脂的工作原理在离子交换过程中,水中的阳离子（如Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等）与阳离子交换树脂上的H+ 进行交换,水中阳离子被转移到树脂上,而树脂上的H+交换到水中.\x0b 水中的阴离子（如Cl-、HCO3-等）与阴离子交换树脂上的OH-进行交换,水中阴离子被转移到树脂上,而树脂上的OH- 交换到水中.而H+ 与OH- 相结合生成水,从而达到脱盐的目的.离子交换机理：化学吸附历程：与液固相反应的历程类似,①溶液内离子扩散至树脂表面,②由表面扩散到树脂内部,③离子交换,④被交换的离子从树脂内部扩散至表面,⑤被交换的离子再扩散至溶液中,控制步骤为内扩散.(1) 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团,如磺酸基－SO3H,容易在溶液中离解出H+,故呈强酸性.树脂离解后,本体所含的负电基团,如SO3－,能吸附结合溶液中的其他阳离子.这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换.强酸性树脂的离解能力很强,在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用. 树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用.如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成. (2) 弱酸性阳离子树脂 这类树脂含弱酸性基团,如羧基－COOH,能在水中离解出H+ 而呈酸性.树脂离解后余下的负电基团,如R-COO－(R为碳氢基团),能与溶液中的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用.这种树脂的酸性即离解性较弱,在低pH下难以离解和进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用.这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生). (3) 强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团),能在水中离解出OH－而呈强碱性.这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用. 这种树脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作.它用强碱(如NaOH)进行再生. (4) 弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2,它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性.这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用.这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附.它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作.它可用Na2CO3、NH4OH进行再生.
第二篇离子交换树脂原理:离子交换树脂的再生
一、 常规的再生处理
离子交换树脂使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中，为降低再生费用，要适当控制再生剂用量，使树脂的性能恢复到最经济合理的再生水平，通常控制性能恢复程度为 70～80% 。如果要达到更高的再生水平，则再生剂量要大量增加，再生剂的利用率则下降。
树脂的再生应当根据树脂的种类、特性，以及运行的经济性，选择适当的再生药剂和工作条件。
树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生比较困难，需用再生剂量比理论值高相当多；而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生，所用再生剂量只需稍多于理论值。此外，大孔型和交联度低的树脂较易再生，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。
再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。例如：钠型强酸性阳树脂可用 10%NaCl 溶液再生，用药量为其交换容量的 2 倍 (用NaCl 量为117g/ l 树脂 )；氢型强酸性树脂用强酸再生，用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此，宜先通入 1～2% 的稀硫酸再生。
氯型强碱性树脂，主要以 NaCl 溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的碱盐液再生，常规用量为每升树脂用150～ 200g NaCl ，及 3～4g NaOH。 OH 型强碱阴树脂则用 4%NaOH 溶液再生。 树脂再生时的化学反应是树脂原先的交换吸附的逆反应。按化学反应平衡原理，提高化学反应某一方物质的浓度，可促进反应向另一方进行，故提高再生液浓度可加速再生反应，并达到较高的再生水平。
为加速再生化学反应，通常先将再生液加热至 70～80℃。它通过树脂的流速一般为 1～ 2 BV/h 。也可采用先快后慢的方法，以充分发挥再生剂的效能。再生时间约为一小时。随后用软水顺流冲洗树脂约一小时 ( 水量约4BV) ，待洗水排清之后，再用水反洗，至洗出液无色、无混浊为止。
一些树脂在再生和反洗之后，要调校 pH 值。因为再生液常含有碱，树脂再生后即使经水洗，也常带碱性。而一些脱色树脂 (特别是弱碱性树脂) 宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸，使树脂 pH 值下降至６左右，再用水正洗，反洗各一次。
树脂在使用较长时间后，由于它所吸附的一部分杂质 ( 特别是大分子有机胶体物质 ) 不易被常规的再生处理所洗脱，逐渐积累而将树脂污染，使树脂效能降低。此时要用特殊的方法处理。例如：阳离子树脂受含氮的两性化合物污染，可用 4%NaOH 溶液处理，将它溶解而排掉；阴离子树脂受有机物污染，可提高碱盐溶液中的 NaOH 浓度至0.5～1.0%，以溶解有机物。
二、特殊的再生处理
污染较严重的树脂，可用酸或碱性食盐溶液反复处理，如先用 10%NaCl +1%NaOH 碱盐溶液溶解有机物，再用 4%HCl 或分别用 10%NaOH 及 1%HCl 溶解无机物，随后再用 10%NaCl +1%NaOH 处理，在约 70℃下进行。
如果上述处理的效果未达要求，可用氧化法处理。即用水洗涤树脂后，通入浓度为 0.5% 的次氯酸钠溶液，控制流速 2～4BV/h ，通过量 10～20BV ，随即用水洗涤，再用盐水处理。应当注意，氧化处理可能将树脂结构中的大分子的连接键氧化，造成树脂的降解，膨胀度增大，容易碎裂，故不宜常用。通常使用 50 周期后才进行一次氧化处理。由于氯型树脂有较强的耐氧化性，故树脂在氧化处理前应用盐水处理，变为氯型，这还可避免处理过程中的 pH 值变化，并使氧化作用比较稳定。
三、再生废液的处置
糖厂用树脂脱色，树脂再生的废液含有大量的色素和有机物，颜色很深。用原糖生产精糖时，每 100 吨糖的再生废液量约为 6～9m3 。要经过处理才能排放 (或循环)，这也是一个难题。
Bento 详细研究了用化学方法处理再生液，使色素和其他有机物沉淀，除去杂质后再循环使用，减少排放，并充分利用其中的氯化钠。由于再生液中色素的浓度比糖汁中高 10 倍以上，液体数量较小，没有糖液的粘性，并能容许强烈的条件如强碱性和高温等而无需顾虑糖的分解，用化学处理比较方便。再生液加入 5～10% 容积的石灰乳 ( 浓度为含
CaO100g/ l ) ，加热到60℃并轻微搅拌，大量的有色物沉淀析出。再加入碳酸钠或二氧化碳、磷酸钠或磷酸并保持碱性，都可使较多的有色物沉淀。处理后的液体添加少量食盐可返回作树脂的初级再生液，其后再用新的盐水再生。
对废液的处理还研究过多种方法：用颗粒活性炭吸附，用次氯酸钠、次氯酸钙、氯气或臭氧将它氧化，用超过滤或反渗透法分离它的有机物，或用粉状树脂吸附等。最近 Guimaraes 等研究用微生物将它的有色物降解，取得较好效果 。
第三篇离子交换树脂原理:离子交换技术特点、结构、原理及应用
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1.定义：
利用离子交换剂来进行物质的分离和提纯的方法
2.原理：
基于物质在固相与液相之间的分配
3.离子交换剂分类：
有机离子交换树脂和无机离子交换剂
无机离子交换剂的优点：耐高温、抗辐射 缺点：交换能力低、化学稳定性差、机械稳定性差
有机离子交换树脂的特点：网状结构、难溶（水、酸、碱、有机溶剂）、性质稳定（热、机械、化学）、含活性基团（-SO3H、-COOH、≡NROH）
4.离子交换树脂结构：
网状骨架上有许多功能团，以苯乙烯和二乙烯苯交联共聚体为骨架，以磺酸基为功能团。
5.离子交换树脂分类：
按物理结构分类：凝胶型（孔径为5nm)；大孔型（孔径为20—100nm)；
按合成的树脂所用原料单体分类：
苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、乙烯吡啶系
最常用的分类是依据树脂离子交换功能团分：
强酸性阳离子交换树脂；弱酸性阳离子交换树脂；
强碱性阴离子交换树脂；弱碱性阴离子交换树脂。
特殊的离子交换树脂：电子交换树脂，大孔离子交换树脂，螯合树脂，萃淋树脂，氧化还原树脂和纤维交换剂等。
6. 离子交换树脂作用原理：
（1）电离
最常见的聚苯乙烯苯磺酸树脂，以苯乙烯和二乙烯苯交联共聚体为骨架，以磺酸基为功能团，当树脂浸泡在水溶液中，水渗入树脂相，功能团电离产生可供交换的游离离子，如上式，联结在树脂骨架上不能自由运动，使树脂带上固定的电荷，被称为固定离子，与固定离子电荷相反的离子（如）称反离子，在树脂相内形成一种类似高分子电解质的“溶液”，外来离子扩散入树脂相，便能置换这些反离子，而发生。
（2）交换反应
所以，被吸附在树脂上，而被解吸进入溶液中，这就是离子交换树脂上的离子交换过程，也可称作吸附和吸解过程。
7. 离子交换树脂物理性质：
7.1外观
（1）颜色：透明或半透明的物质，颜色各异。在使用中，由于可交换离子的转换或受杂质的污染等原因，其颜色会发生变化。
（2）形状：一般均呈球形。树脂呈球状颗粒数占颗粒总数的百分率，称为圆球率。对于交换柱水处理工艺来说，圆球率愈大愈好，它一般应达90%以上。
7.2粒度
树脂颗粒的大小对水处理的工艺过程有较大的影响。颗粒大，交换速度就慢；颗粒小，水通过树脂层的压力损失就大。如果各个颗粒的大小相差很大，则对水处理的工艺过程是不利的。
有效粒径是指筛分树脂时，10%体积的树脂颗粒通过，而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积的树脂的筛孔直径之比。均一系数越接近1，表明树脂颗粒越均匀。常常见到用筛目数表示树脂粒度。
7.3密度
（1）真体积V真：质量为w1的含有平衡水的湿树脂加到水中，观察排开水的量，即得到树脂的真体积V真。
（2）视体积V视：将含平衡水的树脂装入量筒，敲击振动使体积极小，得树脂空间体积，即为视体积V视。
（3）干真密度：在干燥状态下树脂本身的密度。
此值一般为1.6左右，在实用意义不大，常用在研究树脂性能方面。
（4）湿真密度：指树脂在水中经过充分膨胀后，树脂颗粒的密度
（5）湿视密度：指树脂在水中充分膨胀后的堆积密度
湿视密度用来计算交换器中装载树脂时所需湿树脂的质量,此值一般在0.60～0.85之间。
7.4含水率
含水量的大小取决于亲水基团的多少及树脂孔隙的大小。对凝胶型树脂，交联度对含水量的影响比较大。
7.5溶胀性
当将干的离子交换树脂浸入水中时,其体积常常要变大,这种现象称为溶胀。
影响溶胀率大小的因素有以下几种：
（1）溶剂。树脂在极性溶剂中的溶胀性，通常比在非极性溶剂中强。
（2）交联度。高交联度树脂的溶胀能力较低。
（3）活性基团。此基团愈易电离，树脂的溶胀性愈强。
（4）交换容量。高交换容量离子交换树脂的溶胀性要比低交换容量的强。
（5）溶液深度。溶液中电解质浓度愈大，由于树脂内外溶液的渗透压差减小，树脂的溶胀率愈小。
（6）可交换离子的本质。可交换的水合离子半径愈大，其溶胀率愈大，因而在其交换和再生的过程中会发生胀缩现象，多次的胀缩就容易促使树脂颗粒碎裂。
7.6耐磨性
一般，其机械强度应能保证每年的树脂耗损量不超过3%～7%。
7.7溶解性
离子交换树脂含有的少量低聚物较易溶解。离子交换树脂在使用中，有时也会发生转变成胶体渐渐溶入水中的现象，即所谓胶溶。
7.8耐热性
通常，盐型要比酸型或碱型稳定。
7.9抗冻性
7.10耐辐射性能
在有核反应堆的企业中，所用离子交换剂的抗辐射性是很重要的。一般而论，无机离子交换剂的耐辐射性能较好，而树脂均易降解，其中又以阴树脂为严重。
7.11导电性
干燥的离子交换树脂不导电，纯水也不导电，但用纯水润湿的离子交换树脂可以导电，所以这种导电属于离子型导电。这种导电在离子交换膜及树脂的催化作用上很重要。
8.离子交换树脂化学性质
8.1酸碱性
离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出H+或OH–能力的不同表示它们的酸碱性。
8.2交联度
使各个单体交联而形成树脂交聚物的物质称交聚剂，树脂中含交聚剂的重量百分数称交联度。交联度大小反映了树脂网状结构间空隙的大小。交联度大，树脂间空隙小；交联度小，空隙大。不同空隙大小影响了离子交换的速度和对不同离子的选择性。
8.3交换容量
离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。
（1） 全交换容量（Q）。表示离子交换树脂中所有活性基团的总量，即将树脂中所有活性基团全部再生成某种可交换的离子，然后测定其全部交换下来的量。
（2）工作交换容量（QG）。工作交换容量是在交换柱中，模拟水处理实际运行条件下测得的交换容量，就是把离子交换树脂放在动态交换柱中，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所发挥出的交换容量，称为工作交换容量。
（3）平衡交换容量（QP）。离子交换树脂完全再生后，求它和一定组成的水溶液作用到平衡状态时的交换容量，称为平衡交换容量。
8.4离子交换树脂的选择性与化学稳定性
离子交换树脂吸着各种离子的能力不一，离子被置换下来的能力也不同，这种性能称为离子交换的选择性。选择性会影响到离子交换树脂的交换和再生过程。
化学稳定性：主要指耐化学试剂、耐氧化、耐辐射的性能。
8.5离子交换反应的可逆性
离子交换反应的可逆性，是离子交换树脂可以反复使用的重要性质。
8.6中和与水解
离子交换树脂的中和与水解的性能和通常的电解质一样。
9.离子交换速度
离子交换过程，是在水中离子和离子交换树脂的可交换基团间进行的。离子交换化学反应本身的速度，一般是很快的，所以通常说的离子交换速度，不单指此种化学反应，而是表示水溶液中离子浓度改变的速度。
影响阳离子交换速度的一些因素：
（1）树脂交换基团。离子间化学反应速度是很快的，树脂交换基团的不同一般并不影响交换速度。但对于会形成弱电解质的离子交换树脂，情况就不同。
（2）树脂的交联度。树脂的交联度越大，网孔越小，则其颗粒内扩散越慢，交换速度就越慢，当水中有粒径较大的离子存在时，对交换速度影响就更为显著。
（3）树脂的颗粒。树脂颗粒越小，交换速度越快。
（4）溶液的浓度。浓度越大，扩散速度越快。
（5）水温。提高水温能同时加快内扩散和膜扩散。
（6） 搅拌或提高流速。交换过程中的搅拌或提高水的流速，只能加快扩散，但不能影响内扩散。
（7）离子的本性。它对内扩散的速度影响较大，离子水合半径越大，内扩散越慢；离子电荷数越多，内扩散越慢，根据实验结果，阳离子增加一个电荷，其内扩散速度约减慢为原来的1／10。
10.应用
水处理（复合床式离子交换法除盐、阴阳离子交换树脂混合柱中和酸碱性）
阴离子交换剂从铀矿硫酸浸出液中提取铀（主要是含铀品位较低的矿石浸出液、碱性浸出液也适用、阳离子树脂无效）
稀土元素和超铀元素的分离（阳离子交换树脂）
镎中除钍（阳离子交换树脂、根据离子吸附在阳离子树脂上能力的强弱）
注：此产品为非标定制产品报价仅供参考。
