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湿法冶金设备 ——离子交换设备 冶金设备基础（下篇） 5 离子交换设备 5.1
离子交换剂的结构和性质 5.2.1
离子交换剂的结构 5.2.2
离子交换树脂的分类 5.2.3
离子交换树脂的基本性能 5.3
离子交换的基本原理 5.3.1
离子交换反应 5.3.2
离子交换势 5.3.3
离子交换规律 5.3.4
离子交换平衡曲线 5.4
离子交换工艺 5.4.1
树脂的选择及预处理 5.4.2
离子交换方式 5.5
离子交换设备及其应用 5.5.1
固定床离子交换设备 5.5.2
离子交换膜的应用 5.5.3
纯水的制备 5.1 概述 离子交换是一种新型的化学分离过程，也可以说是一种液固体系的传质过程，是从水溶液中提取有用组分的基本单元操作。 由于离子交换树脂的特殊结构所决定，离子交换不适宜处理较浓的工艺溶液，这一点与溶剂萃取法是不同的。因为树脂容量是有限的，溶液中离子浓度太高，则树脂用量多，设备尺寸大。
离子交换设备有罐式、槽式和塔式；操作模式有间歇式、连续式与周期式，运动方式可以是单槽操作，也可以是多柱（槽）串联操作，液流方向可以是顺流，也可以是逆流； 根据操作过程中固液两相接触方式的不同，离子交换设备有固定床，移动床与流化床三种型式。流化床又分液流流化床、气流流化床（也称悬浮床）及机械搅拌流化床。
1.离子交换 利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换作用，使欲提取的组分与其它组分进行分离的单元操作 2.离子交换目的 ①
分离性质相似金属
(如Zr和Hf，Ta和Nb，Ni和Co，稀土元素 等) ②
(如除去钨酸钠溶液其中微量元素和杂质) 3.历史沿革 沸石→磺化煤→离子交换树脂 4.与萃取的异同 传质：液液(萃取)→液固(离子交换) 5.2 离子交换剂的结构和性质 凡具有离子交换能力的物质，一般都称为离子交换剂。是一种带有可交换离子的不溶性固体物质，带有阳离子的交换剂称阳离子交换剂，带有阴离子的交换剂称阴离子交换剂。 离子交换剂又可分为无机质和有机质离子交换剂两类。无机质离子交换剂，仅能进行阳离子交换。有机质离子交换剂可分为碳质与合成树脂两类。碳质离子交换剂为磺化煤，合成树脂交换剂是所有离子交换剂中性能最优的一类，它包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
将离子交换树脂做成薄膜形式，即称为离子交换膜。离子交换膜是一种含有活性离子交换基团的高聚物膜，被用于海水淡化、物质提纯和污水处理等各方面。 将离子交换树脂作成大孔吸附剂是离子交换树脂应用的新发展，大孔吸咐剂是一种球形具有大孔构造的聚合物，具有特别大的表面积，能从水中吸附各种有机物。
离子交换剂的结构 ⑴
高分子网状骨架(母体)： 由一个不规则的大分子（具有三维空间网状结构的碳氢链）所组成，在这骨架结构中还带有离子团 。 阳离子交换树脂中有：—SO3-，—COO-，—PO32-，—AsO32- 阴离子交换树脂中有：
固定在骨架上不能自由移动的活性基团(固定离子) ⑶
活性基团可以离解的离子(反离子)： 与固定离子带有相反的电荷；在适当条件下，能与外部溶液中带有相同电荷的离子发生交换反应 （4）离子交换树脂的制备 离子交换树脂可以由带有活性基团的单体聚合而成，也可以先用各种单体聚合，然后将活性基团引到聚合体中； 如常用的聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂，是用苯乙烯(单体)与二乙烯苯(交联剂)聚合所得的高聚物(母体) ，再经浓硫酸磺化引入磺酸基(固定离子) 。其中二乙烯苯将原来直碳链状的聚合体联成一个高分子量的网状结构的大聚合物，使其前后左右牵扯固定，因此不溶于水；在网状结构的骨架之间，构成一定大小的网眼，允许离子自由通过；骨架上的磺酸基是活性基团，它在溶液中离解的氢离子(反离子)与溶液中的其它阳离子进行交换。 活性基团是树脂发挥交换作用的特征部分，其种类与强弱决定了树脂的工艺性能、应用范围和操作条件 5.2.2离子交换树脂的分类 5.2.3
离子交换树脂的基本性能 ⑴密度和含水量: 离子交换树脂的真密度为1.1～1.3kg/l，表观密度(装填密度)为0.6～0.9kg/l ；商品树脂大约含有50%的水份。 ⑵交联度：树脂合成时交联剂在原料总重量中所占的百分比。一般要求交联剂为4~14%，常见的是8%左右。 树脂交联度大，孔径就小，离子交换和选择性就高；而且树脂结构紧密，机械强度高。但交联度过大，树脂泡胀性太差(通常要求1kg干树脂在水中能膨胀至1.5~2.0 dm3为宜)，交换反应速度慢。 ⑶粒度：树脂的颗粒直径通常为0.3～1.2mm，粒度越小，表面积越大，交换速度越快，分离效果越好。但粒度过小，操作时溶液阻力增大，流速减慢。 ⑷溶胀变化：离子交换树脂浸入水中，水分子进入
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> &>&离子交换混床水处理设备常见问题(1)
离子交换混床水处理设备常见问题(1)
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1、离子交换的耗水量
离子交换设备在整个制水过程中没有废水排出，只是在再生时需要耗水，一般耗水量可计为制水量的5-10%
2、离子交换的酸碱耗量和再生时间
离子交换设备的酸碱耗量与离子交换树脂性能有关，但市面上普通的用于阳阴离子交换设备的阳阴离子交换树脂，每升阳树脂需30%盐酸250g，每升阴树脂需99%烧碱100g
每再生一次离子交换树脂使用多久后需要再生，主要跟据制水终点要求的水质（即产水水质标准）和原水水质（即TDS）及树脂的交换容量有关（即每升树脂交换的水中的盐分的能力），所以不同生产环境和不同品质的离子交换树脂及不同水原有不同的再生周期。有实践表明用于双床离子交换器在原水电导率是200μS/cm以下，产水在15μS/cm以下，75升阳树脂+75升阴树脂组成的双床可制水40-50M3
3、离子交换设备出水水质
离子交换器系统产水水质主要根据原水水质情况，双床离子交换器的产水水质在1-15μS/cm，而单级混床的产水水质在1-0.1μS/cm，双级混床的产水质在0.1μS/cm以下
4、混床出水水质与进水的关系
混床是混合离子交换床的简称，指将阳、阴两种离子交换树脂置于同于交换库中，在再生时分层，分别进酸、进碱再生。运行时将它们混合均匀，并冲洗合格后投入运行。
由于在混床中阳、阴树脂是相互混合均匀的，所以阳、阴离子交换反应几乎是同时进行的，或者说相当于很多级阳、阴床串联与单级复床（阳床、阴床）式除盐工艺相比，混床式除盐工艺出水水质好，运行稳定，交换终点明显。
一般混床进水水质要求是经过一级除盐处理的比较好，一般电导率在10μS/cm以下。
5、自动与手动离子交换器的区别
自动离子交换器主要是通过电动或气动或水力推动阀门动作进行阀门切换进行控制，自动离子交换器在第一次设定好再生及运行程序后可以自行对产水水质进行控制，制水合格则产水，不合格进行冲洗或再生，人工强度低，操作简单。
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随着科技的发展，我国的食品加工和生活用水等多个领域都开始应用树脂软化水设备。软化水设备最常用的软化方法便是离子交换法。
而什么是离子交换法呢？简单来说，就是利用离子交换剂中的可交换基团与溶液中各种离子间的离子交换能力的不同来进行分离的一种方法。
离子交换法的进行依托于离子交换器。
离子交换器有多种类别，钠离子交换器和混床就是其中的两种。
钠离子交换器又称软化器，是用于去除水中钙离子、镁离子，制取软化水的离子交换器；
混床又称混合离子交换柱，一般放置在电渗析器或反渗透装置之后（或直接应用于含盐量较低的水），对水进一步脱盐可制取较高纯水。
下面我们就一起来探究一下钠离子交换器和混床到底有哪些区别吧！
钠离子交换器：
△锅炉钠离子交换器
钠离子交换器的原理是怎样的？
水的硬度主要是由钙，镁离子构成，当含有硬度的原水通过软水器内树脂层时，水中的钙镁离子被树脂交换吸附，同时等物质量释放出钠离子。从软水器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水。
当树脂吸收一定量的钙镁离子后，就必须进行再生，再生过程就是用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，把树脂上的硬度离子再置换出来，随再生废液排出罐外，树脂就又恢复了软化交换的能力。
钠离子交换器有哪些分类？
按运行方式分：固定床、连续交换床，浮动床。
其中固定床可分为：顺流再生固定床、逆流再生固定床。连续交换床可分为：移动床、流动床。
按离子交换器制水、再生、冲洗的水流控制方式分：集成阀控制形式和分立式多阀控制形。
钠离子交换器的应用范围：
高硬度饮用水的软化、生活热水原水的软化、生活直饮水装置的预处理、锅炉用水及各类换热器补充水的软化、以及空调系统循环冷却水的软化处理等。
混床的原理是什么？
混床是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。由于阳树脂比重比阴树脂大，所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下。反洗时上进碱下进酸，中间排放。
混床如何分类？
按混床再生方式的不同，混床可分为体内式再生混床和体外式再生混床两种。
混床有哪些特点？
出水水质优良、水质稳定；
间断运行对出水水质的影响较小；
交换终点明显，利于监督和实现自动控制；
设备比复床少，布置集中。
混床的应用范围：
广泛使用在电子、化工、医药、原子能、电力等行业。
钠离子交换器和混床各有优势：混床出水水质要求高于钠离子交换器，可制备超纯水用，可适用于特殊行业等；而钠离子交换器能满足生活中软化水的基本需求。大家可以根据自己的需要选择不同类型的离子交换器。
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主题：【讨论】关于离子交换树脂的再生和洗脱
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发表于： 15:51:46
各位大侠好&
最近准备做离子交换树脂测量水中的硒，选用强盐性阴离子交换树脂，关于洗脱和再生所用的试剂树脂=强盐性阴离子交换树脂再生=一般是NaOH溶液洗脱=一般是盐酸和硝酸根据原理，洗脱的话可以通过调节洗脱液pH值使目的物质带相反电荷或者失去电荷而脱落，这样可以选择盐酸或者硝酸 ； 或者高浓度的同性离子通过质量定律使目的物质脱落，根据这个原理的话也可以使用NaOH溶液。但是关于洗脱的话很少有提到使用NaOH溶液的，不知道是我的想法有错误还是什么，望各位大侠指导。
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1、阳树脂预处理步骤：& &
首先使饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的3倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放净食盐水，用清水漂洗，使排出水不带黄色。其次再用2%－4%NaoH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2－4小时（或作小容量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。& &
最后用5%HCl溶液，其量要与上述相同，浸泡4－8小时，放尽酸液，用清水漂洗至中性。& &
2、阴树脂的预处理：& &
其处理方法中第一步与阳树脂预处理的第一步相同，后用5%HCl浸泡4－8小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；最后使用2%－4%NaoH溶液浸泡4－8小时后，放尽碱液，用清水洗至中性。
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树脂再生：5％NaOH浸泡就行了，如果效果不好可以增加烧碱浓度并延长浸泡时间，条件允许的情况下最好用过柱子再生，效果会更好相比浸泡，淋洗冲洗的时候最好是用去离子水冲洗至9-10即可。
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原文由 qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:1、阳树脂预处理步骤：& &
首先使饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的3倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放净食盐水，用清水漂洗，使排出水不带黄色。其次再用2%－4%NaoH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2－4小时（或作小容量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。& &
最后用5%HCl溶液，其量要与上述相同，浸泡4－8小时，放尽酸液，用清水漂洗至中性。& &
2、阴树脂的预处理：& &
其处理方法中第一步与阳树脂预处理的第一步相同，后用5%HCl浸泡4－8小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；最后使用2%－4%NaoH溶液浸泡4－8小时后，放尽碱液，用清水洗至中性。谢谢指教树脂的前处理方法用品大致相同，但是操作步骤却大同小异，这个是我和助教商量了的前处理步骤1，少量树脂，用100mlMQ 洗涤5次，搅拌后，至上层液澄清，去掉上层液体<font color="#ff%盐酸100ml 同样的方法洗涤2次3，同样方法用100mlMQ洗涤至中性后保存4，使用前树脂使用量的10倍MQ和5%的硝酸洗涤后使用我也是参照别人的方法。我还有2个问题1，你那个阴离子交换树脂的方法对所有的阴离子交换树脂都有用吗？2，使用前为什么要用酸洗涤，如果是羟基的阴离子交换树脂的话，酸不是和羟基反应了吗？请多多指教，谢谢，因为还没有做过离子交换树脂实验，不是很了解，如果问题很简单，也请多多赐教
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原文由 qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:树脂再生：5％NaOH浸泡就行了，如果效果不好可以增加烧碱浓度并延长浸泡时间，条件允许的情况下最好用过柱子再生，效果会更好相比浸泡，淋洗冲洗的时候最好是用去离子水冲洗至9-10即可。请问强盐性阴离子交换树脂的话，被吸收了的目的物质用什么洗涤好呢，是盐酸还是NaOH溶液
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原文由 硒(v2643332) 发表:原文由 qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:树脂再生：5％NaOH浸泡就行了，如果效果不好可以增加烧碱浓度并延长浸泡时间，条件允许的情况下最好用过柱子再生，效果会更好相比浸泡，淋洗冲洗的时候最好是用去离子水冲洗至9-10即可。请问强盐性阴离子交换树脂的话，被吸收了的目的物质用什么洗涤好呢，是盐酸还是NaOH溶液我的理解：洗脱目的物质的过程就是树脂再生的过程，所以应该用氢氧化钠。
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原文由 硒(v2643332) 发表:原文由 qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:1、阳树脂预处理步骤：& &
首先使饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的3倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放净食盐水，用清水漂洗，使排出水不带黄色。其次再用2%－4%NaoH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2－4小时（或作小容量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。& &
最后用5%HCl溶液，其量要与上述相同，浸泡4－8小时，放尽酸液，用清水漂洗至中性。& &
2、阴树脂的预处理：& &
其处理方法中第一步与阳树脂预处理的第一步相同，后用5%HCl浸泡4－8小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；最后使用2%－4%NaoH溶液浸泡4－8小时后，放尽碱液，用清水洗至中性。谢谢指教树脂的前处理方法用品大致相同，但是操作步骤却大同小异，这个是我和助教商量了的前处理步骤1，少量树脂，用100mlMQ 洗涤5次，搅拌后，至上层液澄清，去掉上层液体<font color="#ff%盐酸100ml 同样的方法洗涤2次3，同样方法用100mlMQ洗涤至中性后保存4，使用前树脂使用量的10倍MQ和5%的硝酸洗涤后使用我也是参照别人的方法。我还有2个问题1，你那个阴离子交换树脂的方法对所有的阴离子交换树脂都有用吗？2，使用前为什么要用酸洗涤，如果是羟基的阴离子交换树脂的话，酸不是和羟基反应了吗？请多多指教，谢谢，因为还没有做过离子交换树脂实验，不是很了解，如果问题很简单，也请多多赐教很遗憾，我只处理过强碱性阴离子树脂。至于强盐性阴离子树脂还是第一次听说。
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首先使饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的3倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放净食盐水，用清水漂洗，使排出水不带黄色。其次再用2%－4%NaoH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2－4小时（或作小容量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。& &
最后用5%HCl溶液，其量要与上述相同，浸泡4－8小时，放尽酸液，用清水漂洗至中性。& &
2、阴树脂的预处理：& &
其处理方法中第一步与阳树脂预处理的第一步相同，后用5%HCl浸泡4－8小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；最后使用2%－4%NaoH溶液浸泡4－8小时后，放尽碱液，用清水洗至中性。谢谢指教树脂的前处理方法用品大致相同，但是操作步骤却大同小异，这个是我和助教商量了的前处理步骤1，少量树脂，用100mlMQ 洗涤5次，搅拌后，至上层液澄清，去掉上层液体<font color="#ff%盐酸100ml 同样的方法洗涤2次3，同样方法用100mlMQ洗涤至中性后保存4，使用前树脂使用量的10倍MQ和5%的硝酸洗涤后使用我也是参照别人的方法。我还有2个问题1，你那个阴离子交换树脂的方法对所有的阴离子交换树脂都有用吗？2，使用前为什么要用酸洗涤，如果是羟基的阴离子交换树脂的话，酸不是和羟基反应了吗？请多多指教，谢谢，因为还没有做过离子交换树脂实验，不是很了解，如果问题很简单，也请多多赐教很遗憾，我只处理过强碱性阴离子树脂。至于强盐性阴离子树脂还是第一次听说。不好意思，因为在国外读书，很多词语是直接翻译过来的，没有核实，造成误会，实在是不好意思。我说的也是强碱性阴离子交换树脂。
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原文由 qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:1、阳树脂预处理步骤：& &
首先使饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的3倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放净食盐水，用清水漂洗，使排出水不带黄色。其次再用2%－4%NaoH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2－4小时（或作小容量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。& &
最后用5%HCl溶液，其量要与上述相同，浸泡4－8小时，放尽酸液，用清水漂洗至中性。& &
2、阴树脂的预处理：& &
其处理方法中第一步与阳树脂预处理的第一步相同，后用5%HCl浸泡4－8小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；最后使用2%－4%NaoH溶液浸泡4－8小时后，放尽碱液，用清水洗至中性。您好，关于强碱性阴离子交换树脂，我想再请教一个问题。样品 从树脂流过之前，应该先用酸洗净一遍，对于氯型阴离子交换树脂的话，使用盐酸还是用硝酸洗净好呢？我个人认为应该用盐酸，因为用硝酸的话会使硝基和氯基置换。由于不知道置换后是否会影响树脂的吸收效率，所以想请教下。谢谢
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首先使饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的3倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放净食盐水，用清水漂洗，使排出水不带黄色。其次再用2%－4%NaoH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2－4小时（或作小容量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。& &
最后用5%HCl溶液，其量要与上述相同，浸泡4－8小时，放尽酸液，用清水漂洗至中性。& &
2、阴树脂的预处理：& &
其处理方法中第一步与阳树脂预处理的第一步相同，后用5%HCl浸泡4－8小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；最后使用2%－4%NaoH溶液浸泡4－8小时后，放尽碱液，用清水洗至中性。您好，关于强碱性阴离子交换树脂，我想再请教一个问题。样品 从树脂流过之前，应该先用酸洗净一遍，对于氯型阴离子交换树脂的话，使用盐酸还是用硝酸洗净好呢？我个人认为应该用盐酸，因为用硝酸的话会使硝基和氯基置换。由于不知道置换后是否会影响树脂的吸收效率，所以想请教下。谢谢资料上一般介绍用盐酸较多。
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原文由 qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:原文由 硒(v2643332) 发表:原文由 qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:1、阳树脂预处理步骤：& &
首先使饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的3倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放净食盐水，用清水漂洗，使排出水不带黄色。其次再用2%－4%NaoH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2－4小时（或作小容量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。& &
最后用5%HCl溶液，其量要与上述相同，浸泡4－8小时，放尽酸液，用清水漂洗至中性。& &
2、阴树脂的预处理：& &
其处理方法中第一步与阳树脂预处理的第一步相同，后用5%HCl浸泡4－8小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；最后使用2%－4%NaoH溶液浸泡4－8小时后，放尽碱液，用清水洗至中性。您好，关于强碱性阴离子交换树脂，我想再请教一个问题。样品 从树脂流过之前，应该先用酸洗净一遍，对于氯型阴离子交换树脂的话，使用盐酸还是用硝酸洗净好呢？我个人认为应该用盐酸，因为用硝酸的话会使硝基和氯基置换。由于不知道置换后是否会影响树脂的吸收效率，所以想请教下。谢谢资料上一般介绍用盐酸较多。多谢指教
