离子交换原理

离子交换设备是通过离子交换树脂在电解质溶液中进行的，可去除水中的各种阴、阳离子，是目前制备高纯水工艺流程中不可替代的手段。离子交换器分为阳离子交换器、阴离子交换器等。当原水通过离子交换柱时，水中的阳离子和水中的阴离子（HCO-等离子）与交换柱中的阳树脂的H+离子和阴树脂的OH-离子进行交换，从而达到脱盐的目的。根据不同客户对水质的要求，相应的把几种工艺不同的组合在一起可使水质达到更高的要求。

阳离子交换系统

阳离子交换树脂可交换的阳离子，把水中所含的钙、镁等离子交换出来，从而达到降低用水硬度的目的，典型反应可用下列离子反应式表示：

Ca2++2RNa=R2Ca+2Na2+

Mg2++2RNa=RMg+2Na2+

其出水的硬度可降至0.03mmol/L以下，从而提高Ro反渗透纯水机除盐能力。

其工作原理是，当水流经过树脂层时，阳树脂中比较活泼的Na+将水中金属离子交换出来，经过一定时间，当出水硬度超过某一规定值后，离子交换树脂饱和，不再起软化作用。为恢复离子交换树脂的交换能力，离子交换树脂必须进行再生（又称还原），本系统采用手动控制，需人工操作。

阴离子交换系统

阴树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为

2R—SO3H＋Ca2＋ （R—SO3）2Ca＋2H+ 这也是硬水软化的原理。

阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为 R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH- 由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，这一过程称为再生。阳离子交换树脂可用稀盐酸、稀硫酸等溶液淋洗；阴离子交换树脂可用氢氧化钠等溶液处理，进行再生。

离子交换树脂的用途很广，主要用于分离和提纯。例如用于硬水软化和制取去离子水、回收工业废水中的金属、分离稀有金属和贵金属、分离和提纯抗生素等

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