1. 什么是离子交换过程,影响离子交换过程的因素有哪些
离子交换是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的.它是一种属于传质分离过程的单元操作.
离子交换法
一、前言
离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应,当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时,便会被离子交换固体吸附,为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中.
离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.1mm,其离子交换能力依其交换能力特征可分：
1.
强酸型阳离子交换树脂：主要含有强酸性的反应基如磺酸基（－SO3H）,此离子交换树脂可以交换所有的阳离子.
2.
弱酸型阳离子交换树脂：具有较弱的反应基如羧基（－COOH基）,此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+,对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换.
3.
强碱型阴离子交换树脂：主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之－N+(CH3)3,在氢氧形式下,－N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出,以进行交换,强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除.
4.
弱碱型阴离子交换树脂：具有较弱的反应基如氨基,仅能去除强酸中的阴离子如SO42-,Cl－或NO3－,对于HCO3－,CO32－或SiO42－则无法去除.
不论是离子交换树脂或是沸石,都有其一定的可交换基浓度,称为离子交换容量(ion exchange capacity).对阳离子交换树脂而言,大约在200~500meq/100g.因为阳离子交换为一化学反应,故必须遵守质量平衡定律.离子交换树脂的一般方程式可以表示如下：
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离子交换的基本知识
为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换.这种方法可以将水中离子态杂质清除得以较彻底,因而能制得很纯的水.所以,在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中,它是一个必要的步骤.
离子交换处理,必须用一种称做离子交换剂的物质（简称交换剂）来进行.这种物质遇水时,可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换,离子交换剂的种类很多,有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分,大概情况如表所示.此外,按结构特征来分,还有大孔型和凝胶型等.
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2. 离子交换树脂的问题
树脂在未使用之前，可能会含有一定的杂质，当树脂使用的时候，杂质也会随着树脂一起进入溶液中，影响产水的水质，严重可能会导致树脂失效，为了防止这些有机物和无机的杂质影响出水质量效率，因此对新树脂要进行预处理。还可以考虑在离子交换树脂后，再加混床树脂，如果要求达到18兆欧，可以使用抛光树脂。
树脂预处理的方法有哪些？1.对出厂很久的离子交换树脂，需要用饱和食盐浸泡处理，处理后冲洗至清，再进行再生。2.弱碱树脂预处理，将树脂用温水浸泡4-8小时后，用水洗至PH=6再用，2-4%氢氧化钠浸泡4-8小时，用水洗至中性，待用。3.应用于医药、食品行业的树脂，预处理最好先用乙醇浸泡，而后再用酸碱进行交替处理，大量清水淋洗至中性待用。4.预处理中最后一次通过交换柱的是酸还是碱，决定于使用时所要求的离子型式。5.为了保证所要求的离子型式的彻底转换，所用的酸、碱应是过量的。6.各种树脂因品种、用途不一，预处理的方法也有区别，预处理时的酸碱浓度及接触时间等，可具体参考各型号树脂的介绍。
预处理有哪些注意事项？
1.预处理时的用水必须使用干净的水，一般使用除盐水或者软化水，因为如果使用生活用水清洗树脂，生活用水中含有一定的污染物，这些污染物也会对树脂造成污染，树脂的预处理就没有意义了，而且阴树脂非常容易被污染。
2.预处理浸泡时，使用的液体体积一般是树脂体积的两倍，防止树脂浸泡不完全的情况出现，也必须要使用干净的水。
3.如果是小型制水制备，树脂可以不用进行预处理，直接使用再生制水，使用2倍的再生剂，对树脂进行再生，然后用干净的水清洗树脂就可以了。
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3. 离子交换树脂有哪几种影响离子交换树脂的因素有哪些
离子交换树脂的种类：
1.强酸性阳离子交换树脂
通常用于水软化和脱矿质应用。强酸性阳离子树脂是一种相对安全且成本有效的方法，用于去除水垢和硬度，例如钙和镁，因为它们可以用浓盐溶液如氯化钠盐水再生。当用氢气循环与硫酸或盐酸（HCl）作为再生剂时，强酸性阳离子树脂对脱矿质也非常有效。
2.弱酸性阳离子交换树脂
是脱碱应用的经济有效的选择，其中给水具有高比例的硬度与碱度。弱酸性阳离子树脂通过除去二价阳离子（例如钙）并根据工艺条件用氢/钠代替它来实现这一点。根据工艺需要，可以在离子交换过程之后进行脱气和pH调节。弱酸性阳离子树脂也是高盐度流软化的理想选择。
3.强碱阴离子交换树脂
有多种类型，必须对其特性进行称重，以确定最适合特定应用的树脂。离子交换树脂有利于二氧化硅的去除，特别是对于游离无机酸（FMA）含量低的物流。强碱阴离子交换树脂的其他优异用途包括去除铀。强碱阴离子交换树脂对于去除硝酸盐（NO 3）也是有效的，但如果进料水含有高浓度的硫酸盐，则过量的再生循环可能会影响效率。最后，强碱阴离子交换树脂能够与卤素结合。
4.弱碱阴离子交换树脂
对于不需要除去二氧化碳（CO 2）和/或二氧化硅（SiO 2）的去离子应用是有效的。弱碱阴离子交换树脂对酸吸收也有效，因为它们可以中和强无机酸。
5.螯合树脂
最常见的特种树脂类型，用于选择性去除某些金属，盐水软化和其他物质。特殊树脂官能团根据手头的应用而广泛变化，并且可包括硫醇，亚氨基二乙酸或氨基膦酸等。螯合树脂广泛用于稀释溶液中的金属浓缩和去除，例如钴（Co 2+）和汞（Hg 2+）。
6.抛光混床树脂
混合床单元由于流含量的波动而更容易受到树脂结垢和较差的系统功能的影响，因此通常在其他处理工艺的后端使用，使用抛光混床树脂制备纯水/超纯水。
4. 离子交换树脂的选择性如何怎样选择
离子交换树脂的选抄择性如何怎样选择
水中各种离子在与离子交换树脂交换时，其能力是不一样的：有的离子很容易被树脂吸附，但很难被“置换"下来;有的则很难被树脂吸附，但很容易被“置换”下来。这种性能就称为离子交换树脂的“选择性”。
5. 影响离子交换树脂的因素
1.悬浮物和油脂 水中的悬浮物会堵塞树脂孔隙，油脂会包住树脂颗粒，它们都会使交换能力下降。
2.有机物 废水中某些高分子有机物与树脂活性基团的固定离子结合力很强，一旦结合就很难再生，结果降低树脂的再生率和交换能力，例如高分子有机酸与强碱性季胺基团的结合力就很大，难于洗脱。
3.高价金属离子 废水中Fc3+、AL3+、Cr3+等高价金属离广可能导致树脂中毒。当树脂受铁离子中毒时，会使树脂的颜色变深。高价金属离子易为树脂吸附，再生时难于把它洗脱下来，结果会降低树脂的交换能力。为了恢复树脂的交换能力可用高浓度酸液长时间浸泡。
4.pH值 离子交换树脂是由网状结构的高分子固体与附在母体上许多活性基团构成的不溶性高分子电解质。强酸和强碱树脂的活性基团的电离能力很强，交换能力基本上与pH值无关，但弱酸性树脂在低pH值时不电离或部分电离，因此在碱性条件下，才能得到较大地交换能力。弱碱性树脂在强酸性条件下才能有较大地交换能力。
5.水温 水温高虽可加速离子地交换扩散，但各种离子交换树脂都有一定的允许使用温度范围。水温超过允许温度时，合使树脂交换基团被分解破坏，从而降低树脂的交换能力，所以温度太高时，应进行降温处理。
6.氧化剂 废水中如果含有氧化剂(如Cl2,O2,H2Cr2O7)时，会使树脂氧化分解。强碱阴树脂容易被氧化剂氧化，使交换基团变成非碱性物质，可能完全丧失交换能力。氧化作用也会影响交换树脂的母体，使树脂加速老化，结果使交换能力下降。为了减轻氧化剂对树脂的影响，可选用交联度大的树脂或加入适当的还原剂。
6. 离子交换色谱的原理以及阴阳离子交换树脂的特性
离子交换树脂的结构：
离子交换树脂主要由高分子骨架和活性基团两部分组成，高分子骨架是惰性的网状结构骨架，是不溶于酸或碱的高分子物质，常用的离子交换树脂是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到树脂的骨架。
而活性基团不能自由移动的官能团离子和可以自由移动的可交换离子两部分组成，可交换离子能够决定树脂所吸附的离子，比如可交换离子为H型阳离子交换树脂，那么这个树脂能够吸附的离子，就是H型阳离子，而官能团离子能够决定树脂的“酸"、“碱"性和交换能力的强弱，比如官能团离子是强酸性离子，那么树脂就是强酸性离子交换树脂。
离子交换树脂的内部结构：
1.凝胶型树脂是由纯单体混合物经缩合或聚合而成的，结构为微孔状，合成的工艺比较简单，孔径大概在1-2nm左右，凝胶型树脂的操作容量高，产水量高，物理强度好，且再生效率高，被广泛应用在食品饮料加工，超纯水制备，饮用水过滤，硬水软化，制糖业，制药等领域。
2.大孔型树脂的孔径一般在10nm左右，在树脂中孔径是比较大的，所以被称为大孔型树脂，且孔径不会随着周围的环境而变化，能够弥补凝胶型树脂不能在非水系统中使用的缺点，吸附能力非常强大，不易碎裂，耐氧化好，操作容量高，能够应用在医药领域、除重金属污染、药品纯化、水处理中除去碳酸硬度、冷凝水精处理等领域。
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7. 什么叫离子交换树脂的选择性与什么因素有关
什么是离子交来换源树脂的选择性？
离子交换树脂的选择性是指离子交换树脂能吸附的金属离子，污水中有很多金属离子而离子交树脂不可能可以把所有的金属离子都吸咐干净的，有一些金属离子树脂对它的吸附能力是比较弱的而有一些则比较强，也就是说离子交换树脂只能针对性的吸附某一些金属离子，这就是离子交换树脂的选择性。
离子交换树脂的选择性怎样？
离子交换反应和其他化学反应一样，完全服从质量作用定律。离子交换亲和力，也就是离子交换树脂对水中金属离子的吸附能力。离子交换树脂对离子的吸附能力与离子半径大小和离子所带的电荷数有关。离子交换树脂的吸附能力与金属离子的电荷数、价态和金属离子的半径成正比。
离子交换树脂的选择性：
经过实验证明，低浓度、常温下，离子交换树脂对不同离子的吸附能力顺序有下列规律。
阳离子交换树脂对金属离子的吸附顺序是：
Fe3+>Al3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。
强碱性阴离子树脂对阴离子的吸附顺序是：
SO42->NO3->CI->HCO3->OH-。
弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附顺序是：
OH->柠檬酸根3->SO42->酒石酸根2->草酸根2->PO43->NO2->Cl->醋酸根-
>HCO3-。
8. 阳离子交换树脂的用途和原理
(1)
强酸性阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－so3h，容易在溶液中离解出h+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如so3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的h+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。
树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与h+结合而恢复原来的组成。
(2)
弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团，如羧基－cooh，能在水中离解出h+
而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如r-coo－(r为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低ph下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如ph5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
(3)
强碱性阴离子树脂
这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－nr3oh(r为碳氢基团)，能在水中离解出oh－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂的离解性很强，在不同ph下都能正常工作。它用强碱(如naoh)进行再生。
(4)
弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-nh2、仲胺基(二级胺基)-nhr、或叔胺基(三级胺基)-nr2，它们在水中能离解出oh－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如ph1～9)下工作。它可用na2co3、nh4oh进行再生。