超純水制取方法--離子交換法
發(fā)布時間：2013-09-10 20:05:14作者：admin來源：未知點擊：1932
離子交換法是以圓球形樹脂（離子交換樹脂）過濾原水，水中的離子會與固定在樹脂上的離子交換。
離子交換樹脂是一種具有網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)、且不溶于酸、堿和有機溶劑的固體高分子化合物。離子交換樹脂的單元結(jié)構(gòu)由兩部分組成。一部分是可移動的活性離子，另一部分是不可移動且具有立體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架?；钚噪x子可在網(wǎng)絡(luò)骨架和溶液間自由遷移，當(dāng)樹脂處在溶液中時，其上的活性離子可與溶液中的同性離子產(chǎn)生交換過程。這種交換是等當(dāng)量進行的。如果樹脂釋放的是活性陽離子，它就能和溶液中的陽離子發(fā)生交換，稱陽離子交換樹脂；如果釋放的是活性陰離子，它就能交換溶液中的陰離子，稱陰離子交換樹脂。
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(jīng)磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結(jié)構(gòu)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）等堿性基團。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-
由于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(dāng)濃度的無機酸或堿進行洗滌，可恢復(fù)到原狀態(tài)而重復(fù)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。
離子交換樹脂利用氫離子交換陽離子，而以氫氧根離子交換陰離子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的陽離子交換樹脂會以氫離子交換碰到的各種陽 離子（例如Na+、Ca2+、Al3+）。同樣的，以包含季銨鹽的苯乙烯制成的陰離子交換樹脂會以氫氧根離子交換碰到的各種陰離子（如Cl-）。從陽離子交換樹脂釋出的氫離子與從陰離子交換樹脂釋出的氫氧根離子相結(jié)合后生成純水。
陰陽離子交換樹脂可被分別包裝在不同的離子交換床中，分成所謂的陰離子交換床和陽離子交換床。也可以將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂混在一起， 置于同一個離子交換床中。不論是那一種形式，當(dāng)樹脂與水中帶電荷的雜質(zhì)交換完樹脂上的氫離子及（或）氫氧根離子，就必須進行“再生”。再生的程序恰與純化 的程序相反，利用氫離子及氫氧根離子進行再生，交換附著在離子交換樹脂上的雜質(zhì)。
常見的兩種離子交換方法分別是硬水軟化和去離子法。硬水軟化主要是用在反滲透(RO)處理之前，先將水質(zhì)硬度降低的一種前處理程序。軟化機里面的球狀樹脂，以兩個鈉離子交換一個鈣離子或鎂離子的方式來軟化水質(zhì)。
若將離子交換法與其他純化水質(zhì)方法（例如反滲透法、過濾法和活性碳吸附法）組合應(yīng)用時，則離子交換法在整個純化系統(tǒng)中，將扮演 重要的一個部 分。離子交換法能有效的去除離子，卻無法有效的去除大部分的有機物或微生物。而微生物可附著在樹脂上，并以樹脂作為培養(yǎng)基，使得微生物可快速生長并產(chǎn)生熱 源。因此，需配合其他的純化方法設(shè)計使用。
離子交換樹脂的用途很廣，主要用于分離和提純。例如用于硬水軟化和制取去離子水、回收工業(yè)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。
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