離子交換吸附技術的意義和作用

① 離子交換樹脂到底是什麼技術幹嘛用的 請詳解

離子交換樹脂是一種傳統的水處理工藝，其中水中的各種陰離子和陽離子被陰回離子交換樹脂和答陽離子交換樹脂所取代。
陰離子和陽離子交換樹脂可以分別或按不同比例形成離子交換正床系統、離子交換負床系統和離子交換混合床系統，並且通常使用混合床系統。
反滲透等水處理工藝是用來生產超純水、高純水的終端工藝，它是用來制備超純水的一種不可替代的手段。其出水電導率可低於0.2μS/cm以下，出水電阻率達到5MΩ.cm以上，根據不同的水質及使用要求，出水電阻率可控制在5~18MΩ.cm之間。
被廣泛應用在食品行業、醫葯行業、工業超純水、醫葯超純水、高純水等領域上。

② 請問離子交換的作用是什麼啊

您問的太籠統了啊。
（1）按骨架材料分類
按合成離子交換樹脂骨架材料的不同，離子交換樹脂可分為苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環氧系等。
（2）按交換基團的性質分類
根據交換基團的性質不同，離子交換樹脂可分為兩大類：凡與溶液中陽離子進行交換反應的樹脂，稱為陽離子交換樹脂，陽離子交換樹脂可電離的反離子是氫離子及金屬離子；凡與溶液中的陰離子進行交換反應的樹脂，稱為陰離子交換樹脂，陰離子交換樹脂可電離的反離子是氫氧根離子和酸根離子。
離子交換樹脂同低分子酸鹼一樣，根據它們的電離度不同又可將陽離子交換樹脂分為強酸性陽樹脂和弱酸性陽樹脂；可將陰離子交換樹脂分為強鹼性陰樹脂和弱鹼性陰樹脂。表1中歸納了離子交換樹脂的類別。
表1 離子交換樹脂的類別
樹脂名稱
交換基團
酸鹼性
化學式
名稱
陽離子交換樹脂
—SO3-H+
磺酸基
強酸性
—COO-H+
羧酸基
弱酸性
陰離子交換樹脂
—N+OH-
季銨基
強鹼性
—NH+OH-
—NH2+OH-
—NH3+OH-
叔胺基
仲胺基
伯胺基
弱鹼性

此外，還可以根據交換基團中反離子的不同，將離子交換樹脂冠以相應的名稱，例如：氫型陽樹脂、鈉型陽樹脂、氫氧型陰樹脂、氯型陰樹脂等。離子交換樹脂由鈉型轉變為氫型或由氯型轉變為氫氧型稱為樹脂的轉型。
（3）按離子交換樹脂的微孔型態分類
由於製造工藝的不同，離子交換樹脂內部形成不同的孔型結構。常見的產品有凝膠型樹脂和大孔型樹脂。
a）凝膠型樹脂。這種樹脂是均相高分子凝膠結構，所以統稱凝膠型離子交換樹脂。在它所形成的球體內部，由單體聚合成的鏈狀大分子在交聯劑的鏈接下，組成了空間結構。這種結構像排布錯亂的蜂巢，存在著縱橫交錯的「巷道」，離子交換基團就分布在巷道的各個部位。由巷道所構成的空隙，並非我們想像的毛細孔，而是化學結構中的空隙，所以稱為化學孔或凝膠孔。其孔徑的大小與樹脂的交聯度和膨脹程度有關，交聯度越大，孔徑就越小。當樹脂處於水合狀態時，水分子鏈舒伸，鏈間距離增大，凝膠孔就擴大；樹脂乾燥失水時，凝膠孔就縮小。反離子的性質、溶液的濃度及pH值的變化都會引起凝膠孔徑的改變。
凝膠孔的特點是孔徑極小，平均孔徑約1~2nm，而且大小不一，形狀不規則。它只能通過直徑很小的離子，直徑較大的分子通過時，則容易堵塞孔道而影響樹脂的交換能力。凝膠型樹脂的缺點是抗氧化性和機械強度較差，特別是陰樹脂易受有機物的污染。
b）大孔型樹脂。這種樹脂在製造過程中，由於加入了致孔劑，因而形成大量的毛細孔道，所以稱為大孔樹脂。在大孔樹脂的球體中，高分子的凝膠骨架被毛細孔道分割成非均相凝膠結構，它同時存在著凝膠孔和毛細孔。其中毛細孔的體積一般為0.5mL（孔）/g（樹脂）左右，孔徑在20~200nm以上，比表面積從幾m2/g到幾百m2/g。由於這樣的結構，大孔型樹脂可以使直徑較大的分子通行無阻，所以用它去除水中高分子有機物具有良好的效果。
大孔型樹脂由於孔隙占據一定的空間，骨架的實體部分就相對減少，離子交換基團含量也相應減少，所以交換能力比凝膠型樹脂低。大孔型樹脂的吸附能力強，與交換的離子結合較牢固，不容易充分恢復其交換能力。但大孔樹脂的抗氧化性能比較好，因為它的交聯度較大，大分子不易降解。再者，大孔樹脂具有較好的抗有機物污染性能，因為被樹脂截留的有機物，易於在再生操作中，從樹脂的孔眼中清除出去。
離子交換原理
應用離子交換樹脂進行水處理時，離子交換樹脂可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號電荷的離子相互交換而達到凈化水的目的。
如H型陽離子交換樹脂遇到含有Ca2+、Na+的水時，發生如下反應：
2RH + Ca2+ R2Ca + 2H+
RH + Na+ RNa + H+
當OH型陰離子交換樹脂遇到含有Cl-、SO42-的水時，其反應為：
ROH + Cl- RCl + OH-
2ROH + SO42- R2SO4 +2OH-
反應的結果是水中的雜質離子（Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等）分別被吸著在樹脂上，樹脂由H型和OH型變為Ca型、Na型和Cl型SO4型，而樹脂上的H+、OH-則進入水中，相互結合成為水，從而除去水中的雜質離子，製得純水。
H+ + OH- H2O
離子交換樹脂的離子與水中的離子之間所以能進行交換，是在於離子交換樹脂有可交換的活動離子。而且因為離子交換樹脂是多孔的，即在樹脂顆粒中存在著許多水能滲入其內的微小網孔，這樣使樹脂和水有很大的接觸面，不僅能在樹脂顆粒的外表面進行交換，而且在與水接觸的網孔內也可以進行這一交換。
如前所述，合成的離子交換樹脂是一種帶有交聯劑的高分子化合物，有許多水能滲入的網孔，交換劑的內部是一個立體的網狀結構作為骨架，這些網組成了無數的四通八達的孔隙，孔隙裡面充滿了水。在孔隙的一定部位上有一個可以自由活動的交換離子。當離子交換樹脂和水溶液接觸時，水溶液即通過這些網狀結構的孔滲入其內，離子交換樹脂進行離解，結果是一定數量的離子（H型離子交換樹脂為氫離子，OH型離子交換樹脂為氫氧根離子）進入圍繞離子交換樹脂顆粒四周的水溶液中，形成離子霧。
離子交換樹脂與水溶液中離子的交換過程，實際上就是離子霧中的離子與水溶液中的離子的相互交換過程，其機理可以用雙電層理論進行解釋。
這種理論是將離子交換樹脂看作具有膠體型結構的物質，即在離子交換樹脂的高分子表面上有和膠體表面相似的雙電層。也就是說，在離子交換樹脂的高分子表面有兩層離子，緊挨著高分子表面的一層離子（如強酸性陽樹脂中的—SO3-），稱為內層離子，在其外面的是一層符號相反的離子層（如強酸性陽樹脂中的H+）。和內層離子符號相同的離子稱為同離子，符號相反的稱為反離子。
根據膠體結構的概念，雙電層中的離子按其活動性的大小，可劃分為吸附層和擴散層。那些活動性較差，緊緊地被吸附在高分子表面的離子層，稱為吸附層，它包括內層離子和部分反離子；在吸附層外側，那些活動性較大，向溶液中逐漸擴散的離子，稱為擴散層。
內層離子依靠化學鍵結合在高分子的骨架上，吸附層中的反離子依靠異電荷的吸引力被固定著。而在擴散層中的反離子，由於受到異電荷的吸引力較小，熱運動比較顯著，所以這些反離子有向水溶液中漸漸擴散的現象。
當離子交換樹脂遇到含有電解質的水溶液時，電解質對其雙電層有以下的作用：
（1）交換作用
擴散層中的離子與膠核距離大，受膠核電荷吸引力小，在溶液中活動較自由，離子交換作用主要是由擴散層中的反離子和溶液中其它離子互換位置所致。
在H型陽離子交換樹脂與溶液中Na+的交換中，樹脂內部網孔間的水中有很多從樹脂上離解下來的H+，形成了很大的H+濃度，但在流動的水中H+濃度卻很小；相反在流動的水中，Na+濃度很大，而樹脂內部網孔水溶液中原來沒有Na+。濃度大的地方的離子要向濃度小的地方運動，這就是擴散。所以水溶液中的Na+要擴散到樹脂顆粒內部去，而H+要從樹脂顆粒內部擴散到水溶液中去。這就是離子交換的過程。
上述的交換過程並不局限於擴散層。溶液中也有一些反離子先交換至擴散層，然後再與吸附層中的反離子互換位置；吸附層中的反離子，也會先與擴散層的反離子互換位置後，再完成上述的交換過程。
（2）壓縮作用
當水溶液中鹽類濃度增大時，可以使擴散層受到壓縮，從而使原來處於擴散層中的部分反離子變成吸附層中的反離子，以及使擴散層的活動范圍變小。這使擴散層中的反離子活性減弱，不利於進行離子交換。這也可以說明為什麼當再生溶液的濃度太大時，不僅不能提高再生效果，有時反使效果降低。
上述將離子交換樹脂看作具有膠體型結構的物質，用擴散理論對其交換過程進行解釋，適合與水處理工藝的離子交換過程。但關於離子交換過程的機理，有多種說法，現尚還不能統一。

③ 水處理用離子交換樹脂有什麼作用

作用是吸附水中的各種陰陽離子，以達到凈化的目的。

離子交換樹脂在乾燥回的情況下內部沒有毛細孔。答它在吸水時潤脹，在大分子鏈節間形成很微細的孔隙，通過分子間的范德華引力產生分子吸附作用。

離子交換樹脂能夠象活性炭那樣吸附各種非離子性物質，擴大它的功能。一些不帶交換功能團的大孔型樹脂也能夠吸附、分離多種物質，例如化工廠廢水中的酚類物。

(3)離子交換吸附技術的意義和作用擴展閱讀

離子交換樹脂在應用中的優點：

1、工業超純水處理工藝，是目前工業用超純水的制備上應用最多的一種工藝之一。

2、食品工業離子交換樹脂可用於製糖、味精、酒的精製、生物製品等工業裝置上。

3、制葯工業離子交換樹脂對發展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質量改良具有重要作用。鏈黴素的開發成功即是突出的例子。

4、合成化學和石油化學工業在有機合成中常用酸和鹼作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。

5、電鍍廢液中的金屬離子，回收電影製片廢液里的有用物質等。

6、濕法冶金及其他離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。

④ 離子交替吸附作用

離子交替吸附作用主要發生在具有固定電荷的固體礦物表面，無論是陽離子還是陰離子，均可發生交替吸附作用，但目前研究得較多的是陽離子交替吸附作用。離子交替吸附作用的一個重要特點就是，伴隨著一定量的一種離子的吸附，必然有等當量的另一種同號離子的解吸（圖2-5-4）。離子交替吸附作用之所以具有這樣的特點，主要是由於吸附劑通常都具有一定的離子交換容量，因此這里首先對離子交換容量予以討論。

圖2-5-3 有機質表面的負電荷

圖2-5-4 陽離子交替吸附作用圖解

2.5.2.1 離子交換容量

離子交換容量包括陽離子交換容量（CEC—Cation Exchange Capacity）和陰離子交換容量（AEC—Anion Exchange Capacity），我們主要討論陽離子交換容量，它被定義為每100 g干吸附劑可吸附陽離子的毫克當量數。例如，在蒙脫石的結晶格架中，鋁八面體中的三價鋁可被二價鎂所置換，根據測定，每摩爾蒙脫石中鎂的含量為0.67 mol，即蒙脫石的分子式為：Si₈Al_3.33Mg_0.67O₂₀（OH）₄。已知蒙脫石的分子量是734 g，因此這種蒙脫石的陽離子交換容量為：

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在實際中，通常都是通過實驗來測定吸附劑的陽離子交換容量。尤其是對於野外所採取的土樣或岩樣，由於其中含有多種吸附劑，實驗測定往往是唯一可行的方法。陽離子交換容量的實驗測定在多數情況下都是用pH為7的醋酸銨溶液與一定量固體樣品混合，使其全部吸附格位被所飽和，然後用其他溶液（例如NaCl溶液）把被吸附的全部交換出來，達到交換平衡後，測定溶液中Na⁺的減少量，據此便可計算樣品的陽離子交換容量。表252列出了一些粘土礦物及土壤的陽離子交換容量，由表可見，與土壤相比，礦物的陽離子交換容量有更大的變化范圍。

鬆散沉積物的陽離子交換容量受到了多種因素的影響，主要有：

（1）沉積物中吸附劑的種類與數量。例如，我國北方土壤中的粘土礦物以蒙脫石和伊利石為主，因此其CEC值較大，一般在20 meq/100 g以上，高者達50 meq/100 g以上；而南方的紅壤，由於其有機膠體含量少，同時所含的粘土礦物多為高嶺石及鐵、鋁的氫氧化物，故CEC較小，一般小於20 meq/100 g。

表2-5-2 一些粘土礦物及土壤的陽離子交換容量

（2）沉積物顆粒的大小。一般來說，沉積物的顆粒越小，其比表面積越大，CEC值越高。例如，根據一河流沉積物的粒徑及其CEC的實測結果，隨著沉積物的粒徑為從4.4μm增至1000μm，其CEC從14～65 meq/100 g變到4～20 meq/100 g，最終減小到0.3～13 meq/100 g。

（3）水溶液的pH值。一般來說，隨著水溶液pH值的增加，土壤表面的可變負電荷量增多，其CEC相應增加；相反，隨著水溶液pH值的減小，土壤表面的可變負電荷量不斷減少，其CEC也隨之減小。

2.5.2.2 陽離子交換反應及平衡

陽離子交換反應的一般形式可寫為：

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式中：A^m+、Bⁿ⁺表示水溶液中的A、B離子；AX、BX表示吸附在固體表面的A、B離子。上述反應的平衡常數可寫為：

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式中：a標記溶液中組分的活度；{}表示表示吸附在固體表面上的離子的活度。對於水溶液中的離子，其活度可使用表2-1-1中的公式進行計算；但對於吸附在固體表面上的離子，其活度的計算至今還沒有滿意的方法。目前主要採用兩種替代的方法來處理這一問題，一種是Vanselow慣例，另一種是Gaines-Thomas慣例。Vanselow慣例是由Vanselow於1932年提出的，他建議使用摩爾分數來代替式（2-5-7）中的{AX}和{BX}。若固體表面僅吸附了A離子和B離子，在一定重量（100 g）的吸附劑表面A、B的含量（mmol）依次為q_A和q_B，則吸附劑表面A、B的摩爾分數分別為：

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顯然，x_A+x_B=1。這樣式（2-5-7）可改寫為：

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Gaines-Thomas慣例是由Gaines和Thomas於1953年提出的，他們建議採用當量百分數來代替式（2-5-7）中的{AX}和{BX}。若用y_A和y_B分別表示吸附劑表面A、B的當量百分數，則有：

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同樣，y_A+y_B=1，這樣式（2-5-7）變為：

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目前，這兩種慣例都還在被有關的研究者所使用，各有優點，互為補充。事實上，離子交換反應的平衡常數並不是一個常數，它往往隨著水溶液的成分、pH值及固體表面成分的變化而變化，因此許多研究者認為將其稱為交換系數（Exchange Coefficient）或選擇系數（Selectivity Coefficient）更合適一些（Appelo，1994；Deutsch，1997；Benefield，1982；Kehew，2001）。

若已知兩種不同離子與同一種離子在某種吸附劑中發生交換反應的交換系數，則可計算出這兩種離子發生交換反應的交換系數。例如，若在某種吸附劑中下述反應：

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交換系數分別為K_Ca-Na和K_K-Na，則在該吸附劑中反應：

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的交換系數為：

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這是因為（以Vanselow慣例為例）：

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故有：

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表2-5-3列出了不同離子與Na⁺發生交換反應的交換系數（Vanselow慣例），據此便可按照上述的方法求得這些離子之間發生交換反應時的交換系數。

需要說明的是，在表2-5-3中，I離子與Na⁺之間交換反應的反應式為：

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表2-5-3 不同離子與Na⁺發生交換反應時的交換系數

其交換系數的定義式如下：

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【例】在某地下水系統中，有一段含有大量粘土礦物、因此具有明顯陽離子交換能力的地段，假定：

（1）該地段含水層的陽離子交換容量為100 meq/100 g，含水層中的交換性陽離子只有Ca²⁺和Mg²⁺，初始狀態下含水層顆粒中Ca²⁺、Mg²⁺的含量相等；

（2）在進入該地段之前，地下水中的Ca²⁺、Mg²⁺濃度相等，均為10^-3 mol/L；

（3）含水層的孔隙度為n=0.33，固體顆粒的密度為ρ=2.65 g/cm³；

（4）含水層中發生的陽離子交換反應為：

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不考慮活度系數的影響，其平衡常數（Vanselow慣例）為：

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試使用陽離子交換平衡關系計算，當地下水通過該地段並達到新的交換平衡後，水溶液中及含水層顆粒表面Ca²⁺、Mg²⁺濃度的變化。

【解】：設達到新的交換平衡後，含水層顆粒中Ca²⁺的摩爾分數為y、水溶液中Ca²⁺的濃度為x（mmol/L），則這時含水層顆粒中Mg²⁺的摩爾分數為1-y、水溶液中Mg²⁺的濃度為2-x（mmol/L），故有：

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整理得：

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已知含水層的CEC=100 meq/100g，因此對於二價陽離子來說，含水層顆粒可吸附的陽離子總量為50 mmol/100 g=0.5 mmol/g。若用z表示達到交換平衡後1 g含水層顆粒中Ca²⁺的含量，則有：

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以式（2-5-25）帶入式（2-5-24）得：

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為了計算上述變化，需要對1 L水所對應的含水層中Ca²⁺的質量守恆關系進行研究。已知含水層的孔隙度為0.33，顯然在這樣的含水層中，1 L水所對應的含水層顆粒的體積為0.67/0.33（L），相應的含水層顆粒的質量為：

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故吸附作用前後1 L水所對應的含水層中Ca²⁺的質量守恆關系為：

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式中的0.25為吸附作用前1 g含水層顆粒中Ca²⁺的含量（mmol），由式（2-5-27）可得：

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以式（2-5-26）帶入式（2-5-28）並整理得：

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這是一個關於z的一元二次方程，求解該方程可得：z=0.2500627 mmol/g。代z入式（2-5-25）和式（2-5-26）可得達到新的交換平衡後含水層顆粒中Ca²⁺的摩爾分數為0.5001254，水溶液中Ca²⁺的濃度為0.75 mmol/L，故這時含水層顆粒中Mg²⁺的摩爾分數為0.4998746、水溶液中Mg²⁺的濃度為1.25 mmol/L。由此可見，地下水通過該粘性土地段後，盡管Ca²⁺、Mg²⁺在含水層顆粒中的含量變化很小，但它們在地下水中的含量變化卻較大，Mg²⁺從原來的1 mmol/L增加到了1.25 mmol/L，Ca²⁺則從原來的1 mmol/L減少到了0.75 mmol/L。

2.5.2.3 分配系數及離子的吸附親和力

除了交換系數，還有一個重要的參數需要介紹，這就是分配系數（Separation Factor）（Benefield，1982）。對於反應（2-5-6），它被定義為：

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式中c_A和c_B分別為水溶液中A、B離子的摩爾濃度。顯然，若不考慮活度系數的影響，對於同價離子間的交換反應，Q_A-B=K_A-B。式（2-5-29）可改寫為：

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由式（2-5-30）可見，Q_A-B反映了溶液中B與A的含量之比與吸附劑表面B與A的含量之比之間的相對關系。當Q_A-B=1時，說明達到交換平衡時B與A在水溶液中的比例等於其在吸附劑表面的比例，因此對於該吸附劑，A和B具有相同的吸附親和力；當Q_A-B＞1時，說明達到交換平衡時B與A在水溶液中的比例大於其在吸附劑表面的比例，因此A與B相比具有更大的吸附親和力；當Q_A-B＜1時，說明達到交換平衡時B與A在水溶液中的比例小於其在吸附劑表面的比例，因此B與A相比具有更大的吸附親和力。

事實上，即使對於同一陽離子交換反應，其分配系數也會隨著水溶液性質的變化而變化（Stumm and Morgan，1996）。圖2-5-5給出了Na—Ca交換反應的分配系數隨Na⁺濃度的變化。沿著圖中的虛線，Q_Na-Ca=1，這時Na⁺和Ca²⁺具有相同的吸附親和力。但在稀溶液中，例如［Na⁺］=10^-3 mol/L和10^-2 mol/L，Ca²⁺在吸附劑中的比例要遠大於其在水溶液中的比例，因此在這種情況下Ca²⁺具有更強的吸附親和力。隨著Na⁺濃度的增大，Ca²⁺的吸附親和力逐漸減弱，Na⁺的吸附親和力則逐漸增強，當［Na⁺］=2 mol/L時，Na⁺已經變得比Ca²⁺具有更強的吸附親和力。Na—Ca交換反應分配系數的這種變化對於解釋一些實際現象具有重要的意義，根據這種變化，我們可以推斷淡水含水層中通常含有大量的可交換的Ca²⁺，而海水含水層中通常含有大量的可交換的Na⁺。這種變化關系也解釋了為什麼硬水軟化劑能夠選擇性地去除Ca²⁺，同時通過使用高Na⁺濃度的鹵水溶液進行沖刷而再生。

圖2-5-5 溶液中Ca²⁺的含量對吸附作用的影響

根據離子交換反應的分配系數，可以定量地評價離子的吸附親和力。一般來說，離子在土壤中的吸附親和力具有下述的規律：

（1）高價離子比低價離子具有更高的吸附親和力。例如，Al³⁺＞Mg²⁺＞Na⁺；＞。這是因為離子交換反應從本質上說是一個靜電吸引過程，離子價越高，所受到的靜電吸引力就越大，它就越容易被吸附劑所吸附。

（2）同價離子的吸附親和力隨著離子水化半徑的減小而增大。例如，Ca²⁺＞Mg²⁺＞Be²⁺；＞K⁺＞Na⁺＞Li⁺。這是因為離子的水化半徑越小，它越容易接近固體表面，從而也就越易於被固體所吸附。

Deutsch（1997）根據Appelo和Postma（1994）的資料，對二價陽離子的吸附親和力進行了研究，他所得到了吸附親和力順序如下：

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在常見的天然地下水系統中，Ca²⁺和Mg²⁺通常為地下水中的主要陽離子，它們在水溶液中相對較高的含量將使其成為含水層顆粒表面的主要吸附離子，盡管一些微量元素可能更緊密地被吸附在含水層顆粒表面上。但在污染地下水系統中，若吸附親和力更強的Pb²⁺和Ba²⁺的含量與Ca²⁺、Mg²⁺的含量在同一水平上，則含水層顆粒表面的主要吸附離子將變為Pb²⁺和Ba²⁺，這將大大地影響Pb²⁺和Ba²⁺在地下水中的遷移能力。

綜合來講，陽離子和陰離子的吸附親和力順序分別為（何燧源等，2000）：

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可見，陽離子中Li⁺和Na⁺最不易被吸附，陰離子中Cl^-和最不易被吸附。

離子交換對地下水質產生重要影響的一種常見情況就是海水入侵到淡水含水層中。當在沿海地帶大量抽取含水層中的淡水時，海水將對含水層進行補給。初始狀態下含水層顆粒表面吸附的主要是Ca²⁺和Mg²⁺，海水中的主要陽離子為Na⁺，陰離子為Cl^-。這樣入侵的海水將導致含水層中發生下述的陽離子交換反應：

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由於Cl^-通常不易被吸附，也不參與其他的水岩作用過程。所以相對於Cl^-來說，該過程將使得Na⁺的遷移能力降低。

地下水系統中另一種常見的情況與上述過程相反，這就是Ca²⁺置換被吸附的Na⁺，反應式如下：

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人們在大西洋沿岸的砂岩含水層（Zack and Roberts，1988；Knobel and Phillips，1988）以及北美西部的沉積盆地中（Thorstenson等，1979；Henderson，1985）均發現了這種天然的軟化過程。該反應發生的前提條件是：含水層中含有碳酸鹽礦物，CO₂的分壓較高，含水層顆粒中含有大量的可交換的Na⁺。

⑤ 什麼是土壤離子吸附與交換作用

植物在生活狀態下，根細胞呼吸作用釋放大量二氧化碳，這些二氧化碳溶於土壤溶液生成的碳酸，可以離解成氫離子和碳酸氫根離子，並吸附在根細胞的表面。在土壤溶液中也含有一些陽離子和陰離子。根部細胞表面吸附的陽離子、陰離子與土壤溶液中陽離子、陰離子發生交換的過程就叫交換吸附。離子交換後，鹽類離子吸附在根細胞的表面，為根系進一步吸收離子做了准備。而根系附近土壤溶液中的陽離子和陰離子，又會從較遠處得到進一步的補充。交換吸附不需要消耗代謝能量，與溫度無關，發生的速度也很快。是屬於非代謝性的。農業生產上及時中耕，防止土壤板結，其作用之一就是促進根系的呼吸，以大量產生可供交換的氫離子和碳酸氫根離子。
離子交換
藉助於固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換，以達到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬於傳質分離過程的單元操作。離子交換是可逆的等當量交換反應。

⑥ 什麼是離子交換法，它有哪些用途

離子交換法是液相中的離子和固相中離子間所進行的一種可逆性化學反應，當液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時，寬埋便會被離子談巧顫交換固體吸附，為維持水溶液的含敗電中性，所以離子交換固體必須釋出等價離子回溶液中

⑦ 陽離子交換作用

岩石顆粒的表面往往帶負電荷，因此能吸附某些陽離子。當某種成分的地下水與岩石顆粒接觸時，水中某些陽離子被岩石顆粒表面吸附，以代替原來被吸附的陽離子，而原來被吸附的陽離子則進入水中，改變了地下水的化學成分，這種作用稱為陽離子交換吸附作用。

陽離子交換的強度取決於很多因素，其中主要的是岩石的粒度、交換陽離子的性質、介質的pH值和水中電解質的濃度。

1.粒度

一般岩石的粒度越細，它的交換性能越強。因此，在黏土和黏土岩中，陽離子交換對水化學成分的影響明顯。

2.離子性質

不同陽離子的吸附能不同，在其他條件相同的情況下，吸附能的大小取決於它們的離子價，離子價越高吸附能越強，並易留在岩石上。如果陽離子的電價相同，吸附能隨原子量的增加而增大。部分離子吸附能強弱的順序如下：

H⁺＞Fe³⁺＞Al³⁺＞Ba²⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺

由上可見，Ca²⁺的吸附能大於Na⁺，因此在自然界中常可見到地下水中的Ca²⁺交換吸附岩石顆粒表面的Na⁺。

水文地球化學基礎

陽離子交換吸附作用在含水層中廣泛地進行，並且對改變地下水的化學成分及地下水的性質有重大意義。這種作用使硬度大的地下水變為硬度小的軟水，形成低礦化度的鈉水，如SO₄—Na型、HCO₃—Na型以及一些其他過渡型水。

3.pH值

在陽離子交換反應中，氫離子有著特殊的作用。它的交換能量不僅高於一價的陽離子，還高於二價和三價的陽離子。介質的pH值影響陽離子的吸附數量，水中的氫離子越多，對其他陽離子進入膠狀綜合體的阻力越強。增加與土壤處於平衡狀態的溶液pH值，土壤的交換性能增強。當介質的pH值由6增加到11時，交換容量增加1～2倍。

4.電解質濃度

離子交換吸附作用並不僅決定於離子的性質，在吸附交換過程中，水中電解質濃度也起著重要作用，濃度大的離子比濃度小的離子易被吸附。因此，如果鈉的濃度相當大時，吸附綜合體中的部分鈣離子將被鈉離子排擠出去，水中的Na⁺與岩石顆粒表面的Ca²⁺就發生交換吸附的現象，例如海水入侵過程中的Na⁺與Ca²⁺的交換吸附。

水文地球化學基礎

天然水中的交換主要是陽離子交換，而不是陰離子交換。這是由於岩石和土壤的膠體成分主要是由SiO₂、Al₂O₃和其他帶負電的膠粒所組成，它們吸附帶正電的陽離子。除陽離子吸附外，在某些情況下也能發生陰離子吸附作用（例如磚紅壤），但是對這種過程研究很少。

⑧ 試述土壤中陽離子交換與吸附作用對污染物的遷移轉化的影響

陽離子交換使土壤比較重要的性質之一，使土壤本身的特有屬性，主要原因就是土壤膠體的負電特性，其電荷分為可變電荷和固定電荷，當pH較低時（到達等電點時），整個性質就會發生變化。陽離子交換，顧名思義，負電荷的土壤膠體表面吸附有一些可交換態的陽離子如K、Mg、Ca等，當污染物特別是重金屬類物質與土壤接觸時，由於其於土壤膠體表面基團具有更強的結合能力，從而取代部分正電性基團，但是陽離子交換過程並不穩定，屬於靜電作用，因此自身並不穩定，如上述內容所說，易受pH影響，低pH條件下容易被淋洗。同時由於其具有很強的水溶性，因此生物有效性較高，容易被動植物吸收而貯藏在體內，是土壤化學反應較為活躍的一部分，受土壤環境影響較大。

吸附作用是一種泛稱，涉及內容較多，分配、離子交換、絡合等都包括在內，以有機質吸附為例，土壤環境中存在很多的有機污染物如農葯（有機氯、有機磷）、PAH、PCBs等，通過分配作用，這些污染物易與土壤中的腐殖質、植物殘體、黑炭等結合，這一過程既可以促進有機污染物的分解，也可以抑制該過程。例如一些污染物進入當碳粒內部，從而抑制微生物的降解，也就限制了污染物的降解，但是也有一部分可能絡合在碳顆粒表面，碳粒表層有較大的比表面積，提供了大量的微生物附著位點，為其降解提供了條件，本身也可以當做電子受體。
這一問題應因具體環境而異，因污染物性質變化而異，環境是復雜的體系，具體結果如何完全看如何讀復雜過程進行解讀，現在很多過程還是無法解釋清楚的，我們目前位置更多的是控制條件，找出影響因素，因此並不是雖有條件都適用的。

⑨ 交換吸附的作用原理

簡單的說句是陰陽離子的結合，因此植物吸收礦物質元素都是以離子的形式吸收：
陰————陽

⑩ 離子交換樹脂的再生意義是什麼原理是什麼

離子交換樹脂使用一段時間後，吸附的雜志達到飽和的狀態，需要進行再生處理，使用化學葯劑將樹脂所吸附的離子和其他雜質洗脫除去棚粗，讓其回復原來的組成和性能。所以意義是將飽和離子交換樹脂把結合上的陰陽離子拿下來，讓它恢復軟化水的功能。該項操作使其資源可再生，節約成本，保護環境。

離子交換樹脂的再生原理：

1、 常規的再生處理：強酸行和強鹼性樹脂再生困難，需要再生劑量比理棚毀論值高很多；

弱酸性或弱鹼性則較易再生，所以劑量只需稍多於理論值。

大孔型和交聯度低的樹脂易再生，鏈和鎮凝膠型和交聯度高的樹脂則要較長的再生反應時間。

再生劑的種類根據樹脂的離子類型來選用，並適當地選擇價格低的酸鹼或鹽。

2、 特殊的再生處理：污染嚴重的樹脂，可用酸、鹼性食鹽溶液反復處理。如果效果未達到理想狀態，還可以用氧化法處理（加入次氯酸鈉溶液）。