《离子交换除盐》PPT课件

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1、离子交换除盐 离子交换法是指当某些材料遇水时，能将本身具有离子交换法是指当某些材料遇水时，能将本身具有的离子与水中带同类电荷的离子进行交换反应的方法，的离子与水中带同类电荷的离子进行交换反应的方法，这些材料称为离子交换剂。在离子交换技术的应用初期，这些材料称为离子交换剂。在离子交换技术的应用初期，采用的只是天然的和无机质的交换剂，目前普遍应用于采用的只是天然的和无机质的交换剂，目前普遍应用于水处理中的离子交换剂是合成的离子交换树脂。水处理中的离子交换剂是合成的离子交换树脂。 水处理中常用到的离子交换有水处理中常用到的离子交换有NaNa离子交换、离子交换、H H离子离子交换和交换和H-OHH-O

2、H离子交换，根据应用目的的不同，它们的离子交换，根据应用目的的不同，它们的组合工艺有：为除去水中硬度的组合工艺有：为除去水中硬度的NaNa离子交换软化处理，离子交换软化处理，为除去硬度并降低碱度的为除去硬度并降低碱度的H- NaH- Na离子交换软化降碱处理，离子交换软化降碱处理，以及为除去水中全部溶解盐类的以及为除去水中全部溶解盐类的H-OHH-OH离子交换除盐处离子交换除盐处理。理。1. 离子交换树脂的结构及合成离子交换树脂的结构及合成n n离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂是是是是由由由由高高高高聚聚聚聚物物物物骨骨骨骨架架架架和和和和连连连连结结结结在在在在骨骨骨骨架架架

3、架上上上上的的的的可可可可交交交交换换换换基基基基团团团团（简简简简称称称称功功功功能能能能团团团团）组组组组成成成成的的的的。骨骨骨骨架架架架具具具具有有有有庞庞庞庞大大大大的的的的空空空空间间间间网网网网络络络络结结结结构构构构，它它它它是是是是有有有有许许许许多多多多低低低低分分分分子子子子化化化化合合合合物物物物（称称称称为为为为单单单单体体体体）聚聚聚聚合合合合而而而而形形形形成成成成的的的的不不不不溶溶溶溶于于于于水水水水的的的的高高高高分分分分子子子子化化化化合合合合物物物物，高高高高分分分分子子子子链链链链上上上上有有有有各各各各种种种种可可可可交交交交换换换换功功功功能能能能

4、基基基基团团团团。功功功功能能能能团团团团也也也也是是是是由由由由两两两两部部部部分分分分组组组组成成成成：一一一一是是是是固固固固定定定定部部部部分分分分，与与与与骨骨骨骨架架架架牢牢牢牢固固固固结结结结合合合合，不不不不能能能能自自自自由由由由移移移移动动动动，称称称称为为为为固固固固定定定定离离离离子子子子；第第第第二二二二部部部部分分分分是是是是活活活活动动动动部部部部分分分分，遇遇遇遇水水水水可可可可以以以以电电电电离离离离，并并并并能能能能在在在在一一一一定定定定范范范范围围围围内内内内自自自自由由由由移移移移动动动动，与与与与周周周周围围围围水水水水中中中中的的的的其其其其他他他

5、他带带带带同同同同类类类类电电电电荷荷荷荷的的的的离离离离子子子子进进进进行行行行交交交交换换换换反反反反应应应应，称称称称为为为为可可可可交交交交换换换换离离离离子子子子。根根根根据据据据单单单单体体体体的的的的的的的的种种种种类类类类树树树树脂脂脂脂可可可可分分分分为为为为苯苯苯苯乙乙乙乙烯烯烯烯系系系系、丙丙丙丙烯烯烯烯酸酸酸酸系系系系和和和和酚酚酚酚醛醛醛醛系等。下面以苯乙烯系树酯为例讨论。系等。下面以苯乙烯系树酯为例讨论。系等。下面以苯乙烯系树酯为例讨论。系等。下面以苯乙烯系树酯为例讨论。n n苯乙烯系树脂的制备：苯乙烯系树脂的制备：苯乙烯系树脂的制备：苯乙烯系树脂的制备：n n 树

6、树树树脂脂脂脂制制制制备备备备过过过过程程程程可可可可分分分分为为为为高高高高分分分分子子子子聚聚聚聚合合合合物物物物骨骨骨骨架架架架的的的的制制制制备备备备和和和和在在在在高高高高分分分分子子子子聚聚聚聚合合合合物物物物骨骨骨骨架架架架上上上上引引引引入入入入可可可可交交交交换换换换的的的的基基基基团团团团的的的的两两两两个个个个反反反反应应应应阶阶阶阶段段段段。苯苯苯苯乙乙乙乙烯烯烯烯系系系系树树树树脂脂脂脂是是是是以以以以苯苯苯苯乙乙乙乙烯和二乙烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。烯和二乙烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。烯和二乙烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。烯和二乙

7、烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。n n聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。n n二二二二乙乙乙乙烯烯烯烯苯苯苯苯在在在在高高高高聚聚聚聚物物物物中中中中起起起起的的的的是是是是空空空空间间间间架架架架桥桥桥桥作作作作用用用用，使使使使聚聚聚聚合合合合物物物物形形形形成成成成网网网网状状状状交交交交联联联联，聚聚聚聚合合合合物物物物中中中中二二二二乙乙乙乙烯烯烯烯苯苯苯苯的的的的含含含含量量量量愈愈愈愈多多多多，白白白白球球球球的的的

8、的网网网网状状状状结结结结构构构构就就就就愈愈愈愈坚坚坚坚固固固固。我我我我们们们们通通通通常常常常把把把把聚聚聚聚合合合合物物物物中中中中二二二二乙乙乙乙烯烯烯烯苯苯苯苯的的的的质质质质量量量量百百百百分分分分数数数数叫叫叫叫做做做做交交交交联联联联度度度度。如如如如交交交交联联联联度度度度为为为为7 7 7 7，就就就就是是是是指指指指白白白白球球球球中中中中二二二二乙乙乙乙烯烯烯烯苯苯苯苯的的的的质质质质量量量量占占占占7%7%7%7%。白白白白球球球球制制制制备备备备出出出出来来来来以以以以后后后后，再再再再将将将将白白白白球球球球通通通通过过过过磺磺磺磺化化化化反反反反应应应应，引引

9、引引入入入入SOSOSOSO3 3 3 3H H H H活活活活性性性性基基基基团团团团，制制制制得得得得强强强强酸酸酸酸性性性性阳阳阳阳离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂R-SOR-SOR-SOR-SO3 3 3 3H;H;H;H;通通通通过过过过氯氯氯氯甲甲甲甲基基基基反反反反应应应应和和和和胺胺胺胺化化化化反反反反应应应应，即即即即可可可可分分分分别别别别得得得得到到到到阴阴阴阴离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂。下下下下面面面面就就就就分分分分别介绍。别介绍。别介绍。别介绍。聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯高分子骨架高分子骨架高分子骨架高分子骨架的制备：的制

10、备：的制备：的制备：二乙烯苯二乙烯苯苯乙烯苯乙烯CH=CHCH=CH2 2n nCHCHCHCH2 2CHCHCHCH2 2 CH CH聚苯乙烯聚苯乙烯CHCHCHCH2 2 CH CH+ +过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰CH=CHCH=CH2 2CH=CHCH=CH2 2m mCHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CH CHCH CH2 2SOSO3 3H HSOSO3 3H HCHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CH CHCH CH2 2+H+H2 2SOSO4 4 聚苯乙烯聚苯乙烯苯乙烯系磺酸型阳树脂苯乙烯系磺酸型阳树脂100100，AgAg2 2SOSO

11、4 4苯乙烯阳树脂的制备苯乙烯阳树脂的制备磺化反应磺化反应n n苯乙烯阴树脂的制备苯乙烯阴树脂的制备苯乙烯阴树脂的制备苯乙烯阴树脂的制备n n氯甲基化反应：氯甲基化反应：氯甲基化反应：氯甲基化反应： CH2CICHCHCHCH2 2聚苯乙烯聚苯乙烯+CH2OCH2CI氯甲醚氯甲醚CHCHCHCH2 2+CH3OH氯甲基聚苯乙烯（氯球）氯甲基聚苯乙烯（氯球）CHCHCHCH2 2氯球氯球 CH2CI三甲基胺三甲基胺+ (CH3)3 N CHCHCHCH2 2CI CH2N (CH3)3 苯乙烯季胺盐阴树脂苯乙烯季胺盐阴树脂氨化反应：氨化反应：2 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名 离离离离子子

12、子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂产产产产品品品品型型型型号号号号是是是是根根根根据据据据国国国国家家家家标标标标准准准准GBl63179GBl63179离离离离子子子子交交交交换树脂产品分类、命名及型号而制定的。换树脂产品分类、命名及型号而制定的。换树脂产品分类、命名及型号而制定的。换树脂产品分类、命名及型号而制定的。 离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂的的的的全全全全名名名名称称称称由由由由分分分分类类类类名名名名称称称称、骨骨骨骨架架架架（或或或或基基基基团团团团）名名名名称称称称、基基基基本本本本名名名名称称称称依依依依次次次次排排排排列列列列组组组组成成成成。基基基基

13、本本本本名名名名称称称称为为为为离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂。大大大大孔孔孔孔型型型型树树树树脂脂脂脂在在在在全全全全名名名名称称称称前前前前加加加加“ “大大大大孔孔孔孔” ”两两两两字字字字。分分分分类类类类属属属属酸酸酸酸性性性性的的的的，在在在在基基基基本本本本名名名名称称称称前前前前加加加加“ “阳阳阳阳” ”字字字字；分分分分类类类类属碱性的，在基本名称前加属碱性的，在基本名称前加属碱性的，在基本名称前加属碱性的，在基本名称前加“ “阴阴阴阴” ”字。字。字。字。 离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂产产产产品品品品的的的的型型型型号号号号以以以以三

14、三三三位位位位阿阿阿阿拉拉拉拉伯伯伯伯数数数数字字字字组组组组成成成成。第第第第一一一一位位位位数数数数字字字字代代代代表表表表产产产产品品品品分分分分类类类类，第第第第二二二二位位位位数数数数字字字字代代代代表表表表产产产产品品品品骨骨骨骨架架架架组组组组成成成成，第第第第三三三三位位位位数数数数字字字字为为为为顺顺顺顺序序序序号号号号，用以区别功能基或交联剂的差异用以区别功能基或交联剂的差异用以区别功能基或交联剂的差异用以区别功能基或交联剂的差异。代号数字的意义见表和。代号数字的意义见表和。代号数字的意义见表和。代号数字的意义见表和3.5.2 3.5.2 。代号代号代号代号0 0 0 01

15、 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 6功能基功能基功能基功能基强酸强酸强酸强酸性性性性弱酸弱酸弱酸弱酸性性性性强碱强碱强碱强碱性性性性弱碱弱碱性性螯合螯合螯合螯合性性性性两性两性两性两性氧化还氧化还氧化还氧化还原原原原表表3.5.1 分类代分类代代号代号代号代号0 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 6骨架类型骨架类型骨架类型骨架类型苯乙烯系苯乙烯系苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸系丙烯酸系丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系酚醛系酚醛系环氧系环氧系环氧系环氧系乙烯吡啶系乙烯吡啶系乙烯吡啶系乙烯吡啶系脲醛系脲醛系

16、脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系氯乙烯系氯乙烯系表表3.5.1 3.5.1 骨架代号骨架代号例如：例如：0017(凝胶型凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 。 1104(凝胶型凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4。 D201大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。3. 3. 离子交离子交换树脂的特性脂的特性n n（1 1）粒度）粒度n n颗粒应大小适中，若颗粒太小，则水流阻力大；若太大，则交换速度颗粒应大小适中，若颗粒太小，则水流阻力大；若太大，则交换速度慢。若颗粒大小

17、不均，小颗粒夹在大颗粒之间，会使水流阻力增加，慢。若颗粒大小不均，小颗粒夹在大颗粒之间，会使水流阻力增加，其次也不利于树脂的反洗，因为若反洗强度大，会冲走小颗粒，而反其次也不利于树脂的反洗，因为若反洗强度大，会冲走小颗粒，而反洗强度小，又不能松动大颗粒。洗强度小，又不能松动大颗粒。n n（2 2）密度）密度n n离子交换树脂的密度是指单位体积树脂所具有的质量。因为离子交换离子交换树脂的密度是指单位体积树脂所具有的质量。因为离子交换树脂是多孔粒状物质，所以其密度有真密度和视密度之分。真密度是树脂是多孔粒状物质，所以其密度有真密度和视密度之分。真密度是相对于树脂的真体积而言，视密度是相对于树脂的堆

18、积体积而言。由相对于树脂的真体积而言，视密度是相对于树脂的堆积体积而言。由于在水处理工艺中，树脂都是在湿状态下使用，所以与水处理工艺有于在水处理工艺中，树脂都是在湿状态下使用，所以与水处理工艺有密切关系的是树脂的湿真密度和湿视密度。密切关系的是树脂的湿真密度和湿视密度。n n（3 3）含水量）含水量n n（4 4）溶胀和体积转型改变率）溶胀和体积转型改变率n n（5 5）交换容量）交换容量n n（6 6）机械强度）机械强度4、离子交换树脂的选择性n n离子交换树脂吸着各种离子的能力不同，有些离子易被树脂吸着，吸离子交换树脂吸着各种离子的能力不同，有些离子易被树脂吸着，吸着后很难把它置换下来；而

19、另一些离子较难被吸着，但却比较容易被着后很难把它置换下来；而另一些离子较难被吸着，但却比较容易被置换下来，这种性能就是离子交换树脂的选择性。在离子交换水处理置换下来，这种性能就是离子交换树脂的选择性。在离子交换水处理中，离子交换树脂的选择性影响着树脂的制水和再生过程，是树脂应中，离子交换树脂的选择性影响着树脂的制水和再生过程，是树脂应用中的一个重要性能。用中的一个重要性能。n n离子交换树脂的选择性主要取决于被交换离子的结构，有两个规律：离子交换树脂的选择性主要取决于被交换离子的结构，有两个规律：一是离子带的电荷越多，则越易被树脂吸着；二是对于带有相同电荷一是离子带的电荷越多，则越易被树脂吸着

20、；二是对于带有相同电荷的离子，水合离子半径越小者较易被吸着。此外，还与树脂的交联度、的离子，水合离子半径越小者较易被吸着。此外，还与树脂的交联度、溶液浓度有关。溶液浓度有关。n n在离子交换水处理中，往往需要知道水中何种离子优先被树脂吸着，在离子交换水处理中，往往需要知道水中何种离子优先被树脂吸着，何种离子较难被吸着，即所谓的选择性顺序，根据这个顺序，可以判何种离子较难被吸着，即所谓的选择性顺序，根据这个顺序，可以判断水通过交换器时何种离子最易容易泄露于出水中。断水通过交换器时何种离子最易容易泄露于出水中。n n强酸性阳树脂在稀溶液中对常见阳离子选择性顺序为：强酸性阳树脂在稀溶液中对常见阳离子

21、选择性顺序为：FeFe3+3+A1A13+3+CaCa2+2+MgMg2+2+KK+NHNH4+4+NaNa+HH+n n强碱阴树脂的选择性顺序为：强碱阴树脂的选择性顺序为：强碱阴树脂的选择性顺序为：强碱阴树脂的选择性顺序为：n nSOSO4 4 2 2NONO3 3ClClOHOHFFHCOHCO3 3HSiOHSiO3 3n n弱酸性阳树脂对弱酸性阳树脂对H H+有特别强的亲和力，有特别强的亲和力，在稀溶液中对常见阳离子选择在稀溶液中对常见阳离子选择性顺序为：性顺序为： n nHH+ FeFe3+3+A1A13+3+CaCa2+2+MgMg2+2+KK+NHNH4+4+NaNa+n n弱碱

22、性阴树脂对弱碱性阴树脂对弱碱性阴树脂对弱碱性阴树脂对HCOHCO3 3交换能力很差，对交换能力很差，对交换能力很差，对交换能力很差，对HSiOHSiO3 3甚至不交换，弱碱甚至不交换，弱碱甚至不交换，弱碱甚至不交换，弱碱阴树脂的选择性顺序为：阴树脂的选择性顺序为：阴树脂的选择性顺序为：阴树脂的选择性顺序为：n nOHOH SO SO4 4 2 2NONO3 3ClClHCOHCO3 3n n根据以上顺序可以看出，对于强酸性阳树脂，最先漏出的离子是根据以上顺序可以看出，对于强酸性阳树脂，最先漏出的离子是Na+Na+，对于强酸性阴树脂，最先漏出的是，对于强酸性阴树脂，最先漏出的是HSiOHSiO3

23、 3，故一般通过监测钠离，故一般通过监测钠离子和硅酸根的量来判断交换器失效终点。子和硅酸根的量来判断交换器失效终点。n n在浓溶液中由于离子间的干扰较大，且水和半径的大小顺序与在稀溶在浓溶液中由于离子间的干扰较大，且水和半径的大小顺序与在稀溶液中有些差别，其结果使得在溶液中各离子间的选择性差别较小，有液中有些差别，其结果使得在溶液中各离子间的选择性差别较小，有时甚至出现相反的顺序。时甚至出现相反的顺序。5、离子交换原理n n树脂的离子交换是一种可逆反应，反应式可表示为：树脂的离子交换是一种可逆反应，反应式可表示为：树脂的离子交换是一种可逆反应，反应式可表示为：树脂的离子交换是一种可逆反应，反应

24、式可表示为：n n RA+B RA+B = RB+A RB+An n与任何化学平衡一样，上述反应遵循质量作用定律，它的逆反应就是与任何化学平衡一样，上述反应遵循质量作用定律，它的逆反应就是与任何化学平衡一样，上述反应遵循质量作用定律，它的逆反应就是与任何化学平衡一样，上述反应遵循质量作用定律，它的逆反应就是AA型树脂的再生。平衡常数表达式：型树脂的再生。平衡常数表达式：型树脂的再生。平衡常数表达式：型树脂的再生。平衡常数表达式：n n KBA=RBA/ KBA=RBA/（RABRAB）n n在实际运行时，交换树脂分为几个区域，在实际运行时，交换树脂分为几个区域，在实际运行时，交换树脂分为几个区

25、域，在实际运行时，交换树脂分为几个区域，上层全部转为上层全部转为上层全部转为上层全部转为BB型树脂，是失效层。失型树脂，是失效层。失型树脂，是失效层。失型树脂，是失效层。失效层的下一个区域为工作层，水经过工效层的下一个区域为工作层，水经过工效层的下一个区域为工作层，水经过工效层的下一个区域为工作层，水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行，作层时，离子交换反应就在这一层进行，作层时，离子交换反应就在这一层进行，作层时，离子交换反应就在这一层进行，在这一层中的树脂是在这一层中的树脂是在这一层中的树脂是在这一层中的树脂是AA型和型和型和型和BB型的混合物，型的混合物，型的混合物，型的混合物，随着

26、交换的进行，工作层树脂被随着交换的进行，工作层树脂被随着交换的进行，工作层树脂被随着交换的进行，工作层树脂被BB离子饱离子饱离子饱离子饱和，也就是说工作层变成了失效层，工作和，也就是说工作层变成了失效层，工作和，也就是说工作层变成了失效层，工作和，也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到下一区域，层又下移到下一区域，层又下移到下一区域，层又下移到下一区域， 可见交换柱中的工作层是自上而下不可见交换柱中的工作层是自上而下不可见交换柱中的工作层是自上而下不可见交换柱中的工作层是自上而下不断移动的。断移动的。断移动的。断移动的。图图3.6.2 树脂层交换层工作状况树脂层交换层工作状况 1失效层；失

27、效层； 2工作层；工作层； 3尚未工作的树脂层尚未工作的树脂层n n工作层的下一个区域是尚未工作的工作层的下一个区域是尚未工作的A A型树脂层，在离子交换进行过程型树脂层，在离子交换进行过程中，这三层实际上无时不在变化，所以不可能找出明显的分界线，图中，这三层实际上无时不在变化，所以不可能找出明显的分界线，图中的分界线是为说明问题而大致划分的。中的分界线是为说明问题而大致划分的。n n在交换过程中，工作层不断下移，当下移到交换柱底部最后一层时，在交换过程中，工作层不断下移，当下移到交换柱底部最后一层时，此时出水中就有此时出水中就有B B离子，也就说离子，也就说B B离子开始穿透，交换柱开始失效

28、了。离子开始穿透，交换柱开始失效了。所以最后一层离子交换容量未能充分发挥，只起保证出水质量的作用，所以最后一层离子交换容量未能充分发挥，只起保证出水质量的作用，为保护层。为保护层。n n如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。工作交换容量就大。6、阳离子交换n n 进入一级除盐系统的水是经预处理、预脱盐的水，水中只含有少进入一级除盐系统的水是经预处理、预脱盐的水，水中只含有少进入一级除盐系统的水是经预处理、预脱盐的水，水中只含有少进入一级除盐系统的水是经预处理、预脱盐的水，水中只含有少量的溶解性杂

29、质。溶解性杂质包括阳离子、阴离子、少量胶体硅等。量的溶解性杂质。溶解性杂质包括阳离子、阴离子、少量胶体硅等。量的溶解性杂质。溶解性杂质包括阳离子、阴离子、少量胶体硅等。量的溶解性杂质。溶解性杂质包括阳离子、阴离子、少量胶体硅等。其中水中的阳离子主要由其中水中的阳离子主要由其中水中的阳离子主要由其中水中的阳离子主要由CaCaCaCa2+2+2+2+、MgMgMgMg2+2+2+2+、K K K K+ + + +、NaNaNaNa+ + + +和极少量的和极少量的和极少量的和极少量的AlAlAlAl3+3+3+3+、FeFeFeFe3+3+3+3+离离离离子组成，阴离子主要由子组成，阴离子主要由子

30、组成，阴离子主要由子组成，阴离子主要由HCOHCOHCOHCO3 3 3 3、SOSOSOSO4 4 4 42-2-2-2-、ClClClCl和少量的和少量的和少量的和少量的NONONONO3 3 3 3- - - -、HSiOHSiOHSiOHSiO3 3 3 3- - - -离子离子离子离子组成。组成。组成。组成。n n 当水通过强酸性当水通过强酸性当水通过强酸性当水通过强酸性H H H H型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性H H H H型树脂吸收，活性基团上的型树

31、脂吸收，活性基团上的型树脂吸收，活性基团上的型树脂吸收，活性基团上的H H H H+ + + +被置换到水中，与水中的阴离子组合生被置换到水中，与水中的阴离子组合生被置换到水中，与水中的阴离子组合生被置换到水中，与水中的阴离子组合生 成酸。其反应式：成酸。其反应式：成酸。其反应式：成酸。其反应式：1/2Ca2+ 1/2 SO42- 1/2 Ca 1/2 H2SO4 1/2Mg2+ + NO3- + RH R 1/2 Mg HNO3 CI HCINa+ HCO3 - Na 1/2 H2CO3 n n阳离子交换器的出水是酸性水。阳离子交换器的出水是酸性水。阳离子交换器的出水是酸性水。阳离子交换器的

32、出水是酸性水。但当交换器运行失效时，其出水中就会有其但当交换器运行失效时，其出水中就会有其但当交换器运行失效时，其出水中就会有其但当交换器运行失效时，其出水中就会有其它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是Na+Na+Na+Na+，故习惯上，故习惯上，故习惯上，故习惯上称之为称之为称之为称之为漏钠漏钠漏钠漏钠。当出水中的。当出水中的。当出水中的。当出水中的Na+Na+Na+Na+超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被判失

33、超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被判失超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被判失超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被判失效，需停运再生后才能投入运行。效，需停运再生后才能投入运行。效，需停运再生后才能投入运行。效，需停运再生后才能投入运行。n n为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏CaCaCaCa2+2+2+2+或或或或MgMgMgMg2+2+2+2+离子？离子？离子？离子？这是因为这是因为这是因为这是因为水中各种阳离子与树脂中水中各种阳离子与树脂中

34、水中各种阳离子与树脂中水中各种阳离子与树脂中H+H+H+H+发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有选择性，故被树脂吸收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离选择性，故被树脂吸收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离选择性，故被树脂吸收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离选择性，故被树脂吸收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离子的选择性顺序，最上层是最易被吸收的子的选择性顺序，最上层是最易被吸收的子的选择性顺序，最上层是最易被吸收的

35、子的选择性顺序，最上层是最易被吸收的 Ca Ca Ca Ca2+2+2+2+，次层以，次层以，次层以，次层以MgMgMgMg2+2+2+2+为主，下层就是为主，下层就是为主，下层就是为主，下层就是Na+Na+Na+Na+。n n 当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于水中的当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于水中的当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于水中的当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于水中的Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+比比比比Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+、Na+Na+Na+Na+与树脂的亲合力更大，更易被树脂吸收，所以水中的与树脂的亲合力更大，更易被

36、树脂吸收，所以水中的与树脂的亲合力更大，更易被树脂吸收，所以水中的与树脂的亲合力更大，更易被树脂吸收，所以水中的Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+离子可和已吸收离子可和已吸收离子可和已吸收离子可和已吸收了了了了Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+的树脂进行交换反应，使的树脂进行交换反应，使的树脂进行交换反应，使的树脂进行交换反应，使CaCaCaCa型树脂层向下扩展，而被置换下来的型树脂层向下扩展，而被置换下来的型树脂层向下扩展，而被置换下来的型树脂层向下扩展，而被置换下来的Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+一起与一起与一起与一起与Na+Na+Na+Na+型树脂发生交换，使型树脂发生交换，使型树脂发生交

37、换，使型树脂发生交换，使Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+型树脂层下移而型树脂层下移而型树脂层下移而型树脂层下移而Na+Na+Na+Na+的交换区域也逐渐下的交换区域也逐渐下的交换区域也逐渐下的交换区域也逐渐下移。在运行过程中，这三层不同型态的交换剂的高度在不断地向下扩展，如移。在运行过程中，这三层不同型态的交换剂的高度在不断地向下扩展，如移。在运行过程中，这三层不同型态的交换剂的高度在不断地向下扩展，如移。在运行过程中，这三层不同型态的交换剂的高度在不断地向下扩展，如图所示。图所示。图所示。图所示。n n阳床整个制水周期阳床整个制水周期阳床整个制水周期阳床整个制水周期( ( ( (运行开始到交

38、换器失效这段时间运行开始到交换器失效这段时间运行开始到交换器失效这段时间运行开始到交换器失效这段时间) ) ) )中电导率、钠离子浓度、中电导率、钠离子浓度、中电导率、钠离子浓度、中电导率、钠离子浓度、酸度变化可用图表示。酸度变化可用图表示。酸度变化可用图表示。酸度变化可用图表示。n n开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因而电导率、酸度、钠离开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因而电导率、酸度、钠离开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因而电导率、酸度、钠离开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因而电导率、酸度、钠离子快速下降（子快速下降（子快速下降（子快速下降（

39、a a a a点前）。在点前）。在点前）。在点前）。在abababab为稳定制水过程，为稳定制水过程，为稳定制水过程，为稳定制水过程，b b b b点后树脂开始失效。此时水点后树脂开始失效。此时水点后树脂开始失效。此时水点后树脂开始失效。此时水中钠增加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率下降。中钠增加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率下降。中钠增加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率下降。中钠增加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率下降。ab图图3.7.2 交换器中离子分布情况交换器中离子分布情况 (a)开始进水时开始进水时 (b)交换器失效时交换器失效时图图

40、3.7.3 强酸强酸H型阳离子交型阳离子交 换换 器典型出水曲线器典型出水曲线7、阴离子交换器 阴离子交换实质上是阴树脂中的阴离子交换实质上是阴树脂中的阴离子交换实质上是阴树脂中的阴离子交换实质上是阴树脂中的OHOHOHOH与酸性水与酸性水与酸性水与酸性水( ( ( (经过阳离子交换及经过阳离子交换及经过阳离子交换及经过阳离子交换及除碳除碳除碳除碳) ) ) )中的负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反中的负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反中的负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反中的负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反应为：应为：应为：应

41、为： 1/2H1/2H2 2SOSO4 4 1/2SO 1/2SO4 4 HNO HNO3 3 NO NO3 31/2H1/2H2 2COCO3 3 +ROH R 1/2CO +ROH R 1/2CO3 3 +2H+2H2 2O OHCl CIHCl CI1/2H1/2H2 2SiOSiO3 3 HSiO HSiO3 3根据强碱阴树脂的交换规律，根据强碱阴树脂的交换规律，HSiO3-集中在交换器中树集中在交换器中树脂的底部。所以当强碱性脂的底部。所以当强碱性OH型阴离子交换器失效时，型阴离子交换器失效时，HSiO3-先漏出来，致使出水的硅含量升高。先漏出来，致使出水的硅含量升高。为了减轻阴离子

42、交换器的负担，往往在进入阴床前设置脱为了减轻阴离子交换器的负担，往往在进入阴床前设置脱碳器，减少水中的碳器，减少水中的CO32-图图3.7.4 强碱性强碱性OH型离子型离子 交换器出水水质变化交换器出水水质变化8 8、混合床除盐、混合床除盐 混合床可以看做是由许多阴、阳树脂交错排列而组成的多级式复床。在运行混合床可以看做是由许多阴、阳树脂交错排列而组成的多级式复床。在运行中，由于运行时阴、阳树脂是相互混匀的，所以阴离子的交换反应和阳离子的交中，由于运行时阴、阳树脂是相互混匀的，所以阴离子的交换反应和阳离子的交换反应几乎是同时同地进行的。因此，经阳离子交换所产生的换反应几乎是同时同地进行的。因此

43、，经阳离子交换所产生的HH+和阴离子交换产和阴离子交换产生的生的OHOH- -不会累积起来，而是马上互相中和生成不会累积起来，而是马上互相中和生成HH2 2OO，这使得交换反应进行得十，这使得交换反应进行得十分彻底，出水水质很好。分彻底，出水水质很好。以以NaClNaCl通过混床为例，其方程为：通过混床为例，其方程为：RH+ROH+ NaCl RH+ROH+ NaCl RNa+RCl+HRNa+RCl+H2 2OO为了区分阳树脂和阴树脂的骨架，为了区分阳树脂和阴树脂的骨架，R R代表阳树脂骨架，代表阳树脂骨架，RR代表阴树脂骨架。代表阴树脂骨架。以以CaSO4CaSO4为例，其方程式为：为例，

44、其方程式为：RH+ROH+ RH+ROH+ CaSOCaSO4 4 R R2 2Ca+RCa+R2 2SOSO4 4+H+H2 2OO树脂失效后，用较高浓度的酸（树脂失效后，用较高浓度的酸（5%5%）和碱（）和碱（4%4%），可将附在树脂上的阴阳离子置），可将附在树脂上的阴阳离子置换下来，使失效的阳、阴树脂转为换下来，使失效的阳、阴树脂转为HH型和型和NaNa型，其反应式实际就是软化除盐的逆型，其反应式实际就是软化除盐的逆反应式。以反应式。以NaClNaCl和和CaSOCaSO4 4，阴阳树脂再生的反应式为：，阴阳树脂再生的反应式为：RNa+RCl+ HRNa+RCl+ H+ + + OH+

45、OH- -RH+ROH+ NaCl RH+ROH+ NaCl R R2 2Ca+RCa+R2 2SOSO4 4+ H+ H+ + + OH+ OH- - RH+ROH+ RH+ROH+ CaSOCaSO4 4 反应生成的反应生成的NaCl NaCl 和和CaSOCaSO4 4 通过排水排出，达到脱盐软化的目的。通过排水排出，达到脱盐软化的目的。 混合床是圆柱型密闭容器。其内部混合床是圆柱型密闭容器。其内部有进水装置、排水装置、中部有再生时有进水装置、排水装置、中部有再生时排再生废液的中间排水装置等。为了便排再生废液的中间排水装置等。为了便于阳、阴树脂分层，混合床中阳树脂与于阳、阴树脂分层，混合

46、床中阳树脂与阴树脂的湿真密度差应大于阴树脂的湿真密度差应大于cm3cm3。国内混合床采用的阳、。国内混合床采用的阳、阴树脂的体积比为阴树脂的体积比为1 1：2 2。进水装置进水装置中间排液装置中间排液装置排水装置排水装置进碱装置进碱装置反洗空间反洗空间树脂层树脂层混合床结构示意图混合床结构示意图n n阳、阴树脂的比例n n一般来说，混床中的阳树脂的工作交换量为阴树脂的一般来说，混床中的阳树脂的工作交换量为阴树脂的2-32-3倍，因此，倍，因此，若单独采用混合床除盐，阴、阳树脂的体积比为（若单独采用混合床除盐，阴、阳树脂的体积比为（2-32-3）:1:1，国内一，国内一般采用的是强碱阴树脂与强酸

47、阳树脂的体积比通常为般采用的是强碱阴树脂与强酸阳树脂的体积比通常为2:12:1。n n为什么混床出水显酸性？为什么混床出水显酸性？因为混床中的阳树脂的工作交换量为阴树脂因为混床中的阳树脂的工作交换量为阴树脂的的2-32-3倍，若混床强碱阴树脂与强酸阳树脂的体积比为倍，若混床强碱阴树脂与强酸阳树脂的体积比为2:12:1，而中的阳，而中的阳离子和阴离子电荷相等，当阴树脂失效时，阳树脂还未失效，水中还离子和阴离子电荷相等，当阴树脂失效时，阳树脂还未失效，水中还留有阳树脂电离出来的留有阳树脂电离出来的H H+ +，继续和水中的阳离子交换，继续和水中的阳离子交换，H H+ +和水中的阴和水中的阴离子结合

48、成酸，故显酸性。离子结合成酸，故显酸性。n n为什么为什么HSiOHSiO3 3为混床监督指标之一，而为混床监督指标之一，而Na+Na+不作为监督指标之一？不作为监督指标之一？因因为混床中的阳树脂的工作交换量为阴树脂的为混床中的阳树脂的工作交换量为阴树脂的2-32-3倍，若混床强碱阴树倍，若混床强碱阴树脂与强酸阳树脂的体积比为脂与强酸阳树脂的体积比为2:12:1，而中的阳离子和阴离子电荷相等，而中的阳离子和阴离子电荷相等，当阴树脂失效时，阳树脂还未失效，出水首先漏当阴树脂失效时，阳树脂还未失效，出水首先漏HSiOHSiO3 3，故混床中一，故混床中一般不用般不用NaNa+ +作为混床失效的指标

49、。作为混床失效的指标。9、弱阳床n n弱酸性阳树脂的活性基团是羧酸基弱酸性阳树脂的活性基团是羧酸基COOHCOOH，参与交换反应的可交换离，参与交换反应的可交换离子是子是H H+。弱酸性阳树脂对水中。弱酸性阳树脂对水中H H+的吸着力最强，对的吸着力最强，对CaCa2+2+、MgMg2+2+的亲的亲和力远大于和力远大于NaNa+。n n虽然弱阳树脂对虽然弱阳树脂对Na+Na+的吸着力不强，但由于氧化铝回水中溶解的成分主的吸着力不强，但由于氧化铝回水中溶解的成分主要是要是NaOHNaOH，树脂电离出的，树脂电离出的H H+水中水中OHOH- -反应生成水，促使树枝上反应生成水，促使树枝上H H+的的电离。其反应式为：电离。其反应式为：n nRCOOH + NaOH RCOOH + NaOH RCOONa + HRCOONa + H2 2OOn n经弱酸性阳离子交换树脂，可以在除去水的碱度，电导率也相应降低。经弱酸性阳离子交换树脂，可以在除去水的碱度，电导率也相应降低。n n由于弱阳树脂对由于弱阳树脂对H+H+的亲和力特别强，因而很容易再生，无论再生方式的亲和力特别强，因而很容易再生，无论再生方式如何，都能得到很好地再生效果。如何，都能得到很好地再生效果。