鈉離子交換樹脂工作原理

1. 陰離子交換樹脂的原理

離子交換是帶電粒子或離子的可逆交換與相同電荷的交換。當存在於不溶性陰陽離子專交換樹脂基質上屬的離子有效地與周圍溶液中存在的類似電荷的離子交換位置時，會發生這種情況。
陰陽離子交換樹脂以這種方式起作用，因為它的官能團基本上是固定的離子，它們永久地結合在樹脂的聚合物基質中。這些帶電離子將容易與相反電荷的離子結合，這些離子通過施加抗衡離子溶液而被輸送。這些反離子將繼續與官能團結合，直至達到平衡。
混合離子交換器簡稱為混床。是指在一個交換容器當中，把陰陽離子交換樹脂按照一定的比例進行填裝，在混合均勻的狀態下，進行陰陽離子交換，從而去除水中的鹽分，達到出水的水質≥5MΩcm。去離子的目的是想將溶解在水當中的無機離子排除出去，與硬水通過軟化水設備軟化是一樣道理，也是利用離子交換樹脂的原理。使用兩種樹脂，陰陽離子樹脂。陽離子交換樹脂使用氫離子來交換陽離子，而陰離子交換使用氫氧根離子來交換陽離子，氫離子與氫氧根離子相互結合成為中性的水，具體的反應的方程式如下：
M+x+xH-Re→M-M-Rex+xH+1
A-z+zOH-Re→A-Rez+zOH-1

2. 鈉離子樹脂交換原理能除什麼離子

1、鈉離子交換軟化處理的原理是將原子通過鈉型陽離子交換樹脂，使內水中的硬度成分Ca2+、容Mg2+與樹脂中的Na+相交換，從而吸附水中的Ca2+、Mg2+，使水得到軟化。如以RNa代表鈉型樹脂，其交換過程如下：

2RNa+ Ca2+==R2Ca+2Na+

2RNa+ Mg2+==R2 Mg+2Na+

即水通過鈉離子交換器後，水中的Ca2+、Mg2+被置換成Na+。水經過一級Na+交換後，殘余硬度一般小於1.5×10-2mmol/L，可供低壓鍋爐使用。

2、當鈉離子交換樹脂失效之後，為恢復其交換能力，就要進行再生處理。再生劑為價廉貨廣的食鹽溶液（可因地制宜、就地取材，如亦可用海水或NaNO3廢液等），再生過程的反應如下：

R2Ca+2NaCl==2RNa+CaCl2

R2Mg+2NaCl==2RNa+MgCl2

經上述處理，樹脂即可恢復原來的交換性能。

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3. 離子交換器的工作原理

工作原理就是離子的交換。
運行時：陽樹脂(H-R)+(M+)-->：(M-R)+(H+)
陰樹脂(OH-R)+(X-)-->：(X-R)+(OH-)
其中M+為金屬離子，X-為陰離子。
再生過程為其逆過程。
離子交換器的失效控制
離子交換除鹽水處理最簡單的流程為 陽床-陰床 組成的一級復床除鹽系統。有的一級復床除鹽系統採用單元制，即每套一級復床除鹽系統包括 陽床、（除碳器）、陰床各一台，在離子交換除鹽運行過程中，無論是陽床還是陰床先失效，都是同時再生；還有的一級復床除鹽系統採用母管制，即陽床與陽床或陰床與陰床是並聯運行的，哪一台交換器失效就再生哪一台。
1 檢測和控制原理
強酸性陽樹脂對水中各種陽離子的吸附順序為：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ；由此可知，水中金屬離子Na+被吸附的能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，H+.最後被其他陽離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的Na+；因此監督陽離子交換器失效是以漏鈉為標準的；其反應方程為（A代表金屬陽離子,R為樹脂基團）：
An+ +nRH=RnA+n H+
HCO3- + H+ =H2O+CO2↑
強鹼性陰樹脂對水中各種陰離子的吸附順序為：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，OH-.被其他陰離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的HSiO3-；因此監督陰離子交換器失效是以漏硅為標準的；其反應方程為（B代表酸根陰離子，R為樹脂基團）：
Bm- +mROH=RmB+mOH-
2 控制點和控制方法
由於母管制系統包含了單元制系統,而且它具有能充分使用樹脂、提高交換器的出水能力、降低酸鹼消耗等優點，我們在研究中主要討論以這種結構為基礎的離子交換除鹽水處理系統。
以成都生物製品研究所蛋白分離車間純水站為例，該系統為母管制水處理系統，系統的結構為：砂濾-活性炭過濾-粗濾-陽床- 一陰-二陰-混床-精濾-純水罐，系統產水能力為5 t/h，在系統的失效控制研究中，我們提出單元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系統的優點對系統進行失效控制。
（1）RO對各有機溶質的去除率大於NF膜。（2）不同有機溶質的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜對乙酸的吸光度去除率分別為95.34%、81.45%，而對苯胺的吸光度去除率則分別為61.50%、46.82%）。
3 出水水質
原水經一級復床除鹽後，電導率（25℃）低於10μS/cm，水中硅含量低於100μg/L。

4. 離子交換樹脂吸附的原理

離子交換樹脂是一類具有離子交換功能的高分子材料。在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號離子進行交換。按交換基團性質的不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。
陽離子交換樹脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基團，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結構式可簡單表示為R—SO3H，式中R代表樹脂母體，其交換原理為 2R—SO3H＋Ca2+——（R—SO3）2Ca＋2H+
這也是硬水軟化的原理。
陰離子交換樹脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亞胺基（—NH2）等鹼性基團。它們在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為
R—N（CH3）3OH＋Cl- ——R—N（CH3）3Cl＋OH-
由於離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當濃度的無機酸或鹼進行洗滌，可恢復到原狀態而重復使用，這一過程稱為再生。陽離子交換樹脂可用稀鹽酸、稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹脂可用氫氧化鈉等溶液處理，進行再生。
離子交換樹脂的用途很廣，主要用於分離和提純。例如用於硬水軟化和製取去離子水、回收工業廢水中的金屬、分離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等。

5. 鈉離子樹脂交換原理能除什麼離子

1、鈉離子交換軟化處理的原理是將原子通過鈉型陽離子交換樹脂，使水中的硬度成分Ca2+、Mg2+與樹脂中的Na+相交換，從而吸附水中的Ca2+、Mg2+，使水得到軟化。如以RNa代表鈉型樹脂，其交換過程如下：
2RNa+ Ca2+==R2Ca+2Na+
2RNa+ Mg2+==R2 Mg+2Na+
即水通過鈉離子交換器後，水中的Ca2+、Mg2+被置換成Na+。水經過一級Na+交換後，殘余硬度一般小於1.5×10-2mmol/L，可供低壓鍋爐使用。
2、當鈉離子交換樹脂失效之後，為恢復其交換能力，就要進行再生處理。再生劑為價廉貨廣的食鹽溶液（可因地制宜、就地取材，如亦可用海水或NaNO3廢液等），再生過程的反應如下：
R2Ca+2NaCl==2RNa+CaCl2
R2Mg+2NaCl==2RNa+MgCl2
經上述處理，樹脂即可恢復原來的交換性能。
3、鈉離子交換軟化處理的特點是：
（1）除去水中的硬度而鹼度不變，只不過是Ca2+、Mg2+與Na+進行等電荷摩爾量交換而己；
（2）在一般天然水中Mg2+的含量都比較少，主要起交換作用的是Ca2+與Na+，而鈣的摩爾質量M（ Ca）是20，鈉的摩爾質量M（Na）是23，基本接近，因此，鈉離子交換軟化處理的水中含鹽量基本不變，水中溶解固形物也沒有多大變化；
（3）在再生過程中，有時由於正洗不徹底，或者是再生劑系統閥門的泄漏，使軟化處理後的水中氯根反而比原水有所增加，但通過精心操作是可以避免的。

6. 陰陽離子交換樹脂的工作原理

離子交換樹脂原理即是離子交換樹把溶液中的鹽分脫離出來的過程：

離子交換樹脂作用環境中的水溶液中，含有的金屬陽離子（Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)與陽離子交換樹脂(含有的磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基團，在水中易生成H+離子)上的H+進行離子交換，使得溶液中的陽離子被轉移到樹脂上，而樹脂上的H+交換到水中，（即為陽離子交換樹脂原理）。

水溶液中的陰離子(Cl-、HCO3-等)與陰離子交換樹脂（含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亞胺基（—NH2）等鹼性基團，在水中易生成OH-離子）上的OH-進行交換，水中陰離子被轉移到樹脂上，而樹脂上的OH-交換到水中，（即為陰離子交換樹脂原理）。而H+與OH-相結合生成水，從而達到脫鹽的目的。

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離子交換樹脂使用方法：

1、預選。離子交換樹脂的粒度一般控制在20-35目，有些可達到50目，因此在使用前要先乾燥，粉碎，過篩，通常乾燥時在烘箱中進行，亦可在裝有五氧化二磷、氧化鈣或者濃硫酸的乾燥器中進行，粉碎時不要分得過細，否則影響實驗收率。

2、預處理。強鹼性離子交換樹脂應先用20倍樹脂體積的4%氫氧化鈉水溶液處理，然後用10倍體積的水洗，再用10倍量4%鹽酸處理，最後用蒸餾水洗至中性，然後將氯型轉化成OH型，再轉化成氯型，最後用10倍4%氫氧化鈉水溶液處理。弱鹼性離子交換樹脂處理時只需用10倍量蒸餾水洗即可，不必洗至中性。

3、裝柱。將處理好的樹脂至於燒杯中，加水充分攪拌除掉氣泡，靜置幾分鍾待樹脂大部分沉降後，傾去上層泥狀顆粒；反復操作直至上層液澄清後，即可裝柱。注意要在柱子底部放1cm後的玻璃絲，用玻璃棒將其壓平，將樹脂倒入柱子中，還要注意防止氣泡產生。

4、樹脂交換。將樣品配製成一定濃度的水溶液，以適當流速通過柱子，亦可將樣品溶液反復通過柱子，直到成分交換完全。用顯色法檢驗成分是否交換徹底。

5、樹脂洗脫。注意親和力弱的成分先被洗下來，常用的離子交換樹脂洗脫劑有強酸、強鹼、鹽類、不同pH緩沖溶液、有機溶液等，可選擇梯度洗脫或者單一濃度洗脫。

6、樹脂再生。

7. 離子交換樹脂系統的工作原理

採用離子交換方法，可抄以把水中呈離子態的陽離子、陰離子去除，以氯化鈉(NaCl)代表水中無機鹽類，水質除鹽的基本反應可以用下列方程式表達：
1、陽離子交換樹脂：R—H + Na+= R—Na + H+
2、陰離子交換樹脂：R—OH + Cl-= R—Cl + OH-
陽、陰離子交換樹脂總的反應式即可寫成：RH+ROH+NaCl——RNa+RCl+H2O
由此可看出，水中的NaCl已分別被樹脂上的H+和OH-所取代，而反應生成物只有H2O，故達到了去除水中鹽的作用。

8. 用離子交換樹脂軟化水的原理是什麼

離子交換(Ion Exchange)法是利用離子交換樹脂交換離子的能力，按水處理的要求將原水中所不需要的離子通過交換而暫時佔有，然後再將它釋放到再生液中，使水得到軟化的水處理方法。
離子交換樹脂是一種由有機分子單體聚合而成的，具有三維網路結構的多孔海綿狀高分子化合物。在構成網路的主鏈上有許多活動的化學功能團，這些功能團由帶電荷的固定離子和以離子鍵與固定離子相結合的反離子所組成。樹脂吸水膨脹後，化學功能團上結合的反離子與水中的離子進行交換。陽離子交換樹脂可吸附Ca2+、Mg2+等陽離子，陰離子交換樹脂可吸附Cl-、HCO3-、SO42-、CO32- 等陰離子，從而使原水得以凈化。反應式如下：
R-H+(-SO3H+)+ Ca2+、Mg2+→R-SO3Ca(Mg)+H+
R-OH-(≡N-OH-)+ HCO3-、SO42-、CO32-→R≡N- SO42-( HCO3-、CO32-)+OH-
H++ OH-→H2O
經過幾組樹脂的反復交換，水的硬度和鹼度都能得到較好控制。處理過的水含鹽量可降至5～10mg/L以下，硬度接近0，pH值接近中性。

9. 離子交換樹脂的原理

離子交換樹脂是由空間網狀結構骨架（即母體）與附屬在骨架上的許多活性內基團所構成的容不溶性高分子化合物。活性基團遇水電離，分成二部分：（1）固定部分，仍與骨架牢固結合，不能自由移動，構成固定離子；（2）活動部分，能在一定空間內自由移動，並與其周圍溶液中的其他同性離子進行交換反應，稱為可交換離子或反離子。以強酸性陽離子交換樹脂為例，可寫成R-SO3-H+，其中R代表樹脂母體即網狀結構部分，-SO3- 代表活性基團的固定離子，H+為活性基團的可交換離子。有時更簡單地寫成R-H+。離子交換通過不溶性的電解質（樹脂）與溶液中的另一種電解質進行化學反應。這一反應可以是中和反應、中性鹽分解或復分解反應。譬如中和反應：
R-H+ + NaOH= RNa+H2O 利用這個反應可以去除水的鹼度。