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１、 定義

離子交換樹脂是一類帶有功能基的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物：

● 不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架

● 連接在骨架上的功能基團

● 功能集團上帶有相反電荷的可交換離子

２、 分類

● 按母體材質(zhì)分為：無機和有機

● 按結(jié)構(gòu)特征分為：大孔、等孔、凝膠型

● 按化學活性基團性質(zhì)（交換基或官能團）：陽離子交換樹脂（弱酸性、強酸性）、陰離子交換樹脂（弱堿性、強堿性）。

實際使用上，常將這些樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌x子形式運行，以適應各種需要。例如常將強酸性陽離子樹脂與氯化鈉作用，轉(zhuǎn)變成鈉型樹脂再使用。工作時，鈉型樹脂放出鈉離子，與溶液中的鈣離子、鎂離子等陽離子交換吸附，除去這些離子。反應式?jīng)]有放出氫離子，可避免容易PH下降和由此產(chǎn)生的副作用，如設備腐蝕。

● 按基體種類分為：苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。

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大孔樹脂內(nèi)部的孔隙又多又大，表面積很大，活性中心多，離子擴散速度快，離子交換速度也快很多，約比凝膠型樹脂快約十倍。使用時的作用快、效率高，所需處理時間縮短。大孔樹脂還有多種優(yōu)點：耐溶脹，不易碎裂，耐氧化，耐磨損，耐熱及耐溫度變化，以及對有機大分子物質(zhì)較易吸附和交換，因而抗污染力強，并較容易再生。

4、離子交換樹脂的離子交換容量

離子交換樹脂進行離子交換反應的性能，表現(xiàn)在它的“離子交換容量”，即每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當量數(shù)，meq/g(干)或 meq/mL(濕)；當離子為一價時，毫克當量數(shù)即是毫克分子數(shù)(對二價或多價離子，前者為后者乘離子價數(shù))。它又有“總交換容量”、“工作交換容量”和“再生交換容量”等三種表示方式。

三  離子交換的基本原理

離子交換的選擇性定義為離子交換劑對于某些離子顯示優(yōu)先活性的性質(zhì)。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著后要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯(lián)度、交換基團、可交換離子的性質(zhì)、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關(guān)。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發(fā)生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數(shù)較高的離子的選擇性較大。對于同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數(shù)較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對于強酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應并不是在均相溶液中進行的，而是在固態(tài)的樹脂和溶液的接觸界面間發(fā)生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。

5.4 試劑的制備和提純

如試劑級的亞硝酸鉀，只含KNO294%，而其中大量的雜質(zhì)是KNO3，使用結(jié)晶法不能除去KNO3。將試劑級的亞硝酸鉀溶液1mol/L通過NO2-式的陰離子交換樹脂柱，由于NO2-的離子交換親和力比NO3-小，NO3-完全定量地交換到樹脂上，并將樹脂上的NO2交換下來，流出液中的KNO2的純度**少達99.9%。交換柱可用純NaNO2再生后重復使用。

5.5 催化作用

在有機合成中常用酸和堿做催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、堿同樣可以進行上述反應，且優(yōu)點更多。如，樹脂可反復使用，產(chǎn)品容易分離，反應器不易腐蝕，不污染環(huán)境，反應易控制等。甲基叔丁基醚（MTBE）的制備，就是用大孔型離子交換樹脂做催化劑，由異丁烯與甲醇反應而成，代替了原油的可對環(huán)境造成污染的四乙基鉛。

5.6 環(huán)境保護

許多水溶液或非水溶液中含有的有 毒離子或非離子物質(zhì)，都可以用數(shù)值進行回收使用，如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)等。

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4.3 選擇吸附順序

根據(jù)以上影響交換速度的因素，可以推斷：

1）在常溫、稀溶液中離子價數(shù)越高，與固定離子的靜電引力越大，越優(yōu)先交換。

Cr3+ > Ca2+ > Na+     PO43 -> SO42-> Cl-

2）稀溶液中，同價離子原子序數(shù)越大，與固定離子的靜電引力越大；稀土元素相反。

   K+ > Na+> H+

3）在高濃度的溶液中，由于離子的水化作用不充分，水合離子的半徑接近離子半徑，原子序數(shù)越大，離子半徑增大，離子表面電荷密度相對減小，與固定離子的靜電引力越小。

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在實際應用中根據(jù)原水水質(zhì)、出水要求、生產(chǎn)能力等來確定合適的離子交換工藝。

１、 原水水質(zhì)

２、 出水水質(zhì)

● 軟化---強酸性陽樹脂或與弱酸性陽樹脂組合。

● 除鹽—一定選用強型樹脂，或與弱型樹脂組合。

３、 水處理設備類型

● 移動床、流動床---耐磨、強度高的樹脂

● 混床---選用濕真密度相差大的樹脂

４、 應用范圍

● 化工行業(yè)工藝用水：化工產(chǎn)品制造用水、化妝品用水、化工循環(huán)水等。

● 電子工業(yè)用超純水：集成思路、顯示管、硅晶片等電子元器件沖洗水。

● 食品工業(yè)用水：飲用純凈水、飲料、啤酒等。

● 電力行業(yè)鍋爐補給水：火力發(fā)電廠鍋爐等。

● 生活飲用水：住宅小區(qū)分質(zhì)供水、軟水機等。

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