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离子交换树脂的结构特点及应用
李兵兵
（沈阳中天环保自控工程有限公司，辽宁沈阳110000）
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摘要：简要介绍了高子交换树服的结构特点、交换容量、反应原理、再生方式及应用领城，通过高子交换树脂结构特点及再生方式，分析其交换客量的变化，着重介绍了离予交换树脂的实际应用领城。
关键词：交换容量：离子交换树赠；硬度；再生方式
水处理工艺中，离子交换树脂的用途十分广泛。在给水处理中，关
可用于水质软化和脱盐，制取软化水、纯水和超纯水；在废水处理中，可除去废水中的某些有害物质.回收有价值化学品、重金属和有元素：在化工、生物制药等方面能有效地进行分离、浓缩、提纯等。离子交换工艺具有可深度净化、效率高及可综合回收等优点。随者工业向高技术发展，对工业用水的水质也提出了更高纯度的要求，此外，环境废水的深度处理也变得更加必要，离子交换技术固面占有十分重要的地位。
主要介绍了离子交换树脂的结构、再生方式、交换容量和在水处理方面的应用，及交换能力的变化。
1离子交换树脂的物理结构
高子树脂常分为凝胶型和大孔型两类
避胶型树脂的高分子骨架，在干煤的情况下内部没有毛细孔。
3离子交换树脂的再生方式
3.1顺流再生。顺流再生时原水与再生液流过交换剂层的方向相同。因此在再生液流过交换剂层时首先接触到的是交换剂层上部完全失效的已包含上部交换剂层被置换出来的离子，影响交换剂层下部的再生度(再生度指离子交换剂层中已再生离子量与全部交换容量的比值)，造成处理水质降低、再生剂耗量增加。顺流再生离子交换设备简单，工作可靠，但受原水水质组分影响大，交换容量不能得到充分利用。而再生后，下部再生度最低，为了提高出水质量和工作交换容量，必须增加再生剂的耗量。
3.2逆流再生。原水从交换器上部进人与再生液的方向相反，逆流再生(也称对流再生过程中交换剂层的离子分布状态。与顺流再生比较，采用逆流再生提高了再生剂利用率，降低再生剂耗量，提高
它在吸水时润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显
出水质量：降低清洗水耗量，降低再生废液排放量与排放浓度
微孔。湿润树脂的平均孔径为2~4nm。这类树脂较适合用于吸附无机离子，它们的直径较小，一般为0.3~0.6nm。这类树脂不能吸附大分子有机物质，因后者的尺寸较大，如蛋白质分子直径为5-20m，不能进人这类树脂的显微孔隙中
大孔型树脂是在聚合反应时加人致孔剂，形成多孔海绵状构造的骨架，内部有大量永久性的微孔，再导人交换基团制成。它并存有微细孔和大网孔，润湿树脂的孔径达100-500nm，其大小和数量都可以在制造时控制。孔道的表面积可以增大到超过1000m/g。这不仅为离子交换提供了良好的接触条件，缩短了离子扩散的路程，还增加了许多链节活性中心，通过分子间的范德华引力产生分子吸附作用，能够像活性炭那样吸附各种非离子性物质，扩大它的功能。些不带交换功能团的大孔型树脂也能够吸附、分离多种物质，例如化工厂废水中的酚类物。
大孔树脂内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快.离子交换速度也快很多，约比避胶型树脂快约十借。使用时的作用快、效率高，所需处理时间缩短。大孔树脂还有多种优点：耐溶胀，不易碎裂，耐氧化，耐磨损，耐热及耐温度变化，以及对有机大分子物质较易吸附和交换，因而抗污染力强，并较容易再生。
2离子交换树脂的交换容量
离子交换树脂进行离子交换反应的性能，表现在它的“离子交换容量”，即每克干树脂或每毫升湿树脂所能交换的离子的毫克当量数，meq/g(干)或meq/mL(湿）；当离子为一价时，毫克当量数即是毫克分子数(对二价或多价离子，前者为后者案离子价数)。它文有“总交换容量”、“工作交换容量”和"再生交换容量”等三种表示方式。
2.1总交换容量，表示每单位数量(重量或体积树脂能进行离子交换反应的化学基团的总量。
2.2工作交换容量，表示树脂在某一定条件下的离子交换能力，它与树脂种类和总交换容量，以及具体工作条件如溶液的组成、流速、温度等因素有关
2.3再生交换容量，表示在一定的再生剂量条件下所取得的再生树脂的交换容量，表明树脂中原有化学基团再生复原的程度
离子树脂交换容量的测定一般以无机离子进行。这些离子尺寸较小，能自由扩散到树脂体内，与它内部的全部交换基团起反应。而在实际应用时，溶液中常含有高分子有机物，它们的尺寸较大，难以进人树脂的显微孔中，固而实际的交换容量会低于用无机离子测出的数值。这种情况与树脂的类型、孔的结构尺寸及所处理的物质有
4应用领域
4.1水处理。水中的Ca*,Mg*含量在0.4mmol/L以上时称为硬水。如果硬水中含有HCO;时，则加热时会产生CaCO,和MgCO,沉淀，锅炉在使用这种水时在运行中会有结垢，造成危害。离子交换法软化水，是将水中的Ca、Mg"除去，使水软化，因此实质是一种化学脱盐法。软化水系统一般以减少水中的钙镁离子的含量为主，有些软化系统中还可以去掉水中的碳酸盐，甚至还可以降低水中的阴阳离子的含量(即降低水中的含盐量)
4.2除盐水、纯水、高纯水的制备。纯水是随着工业对水质要求的日益严格而不断发展起来的。如半导体、集成电路的日趋微型化，工艺用水的纯度要求越来越高，目前纯水已经成为集成电路的基础材料之一。超纯水制备中离子交换树脂是最主要的纯化手段，是脱盐的关键。通过离子交换反应将原水中的所有的溶解性的盐类以及游离态的酸碱离子除去，可制取除盐水。
4.3食品工业。离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应.产生葡萄糖与果糖，面后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理
4.4合成化学和石油化学工业。在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被质蚀，不污染环境，反应容易控制等
4.5环境保护。离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护间题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片度渡单的有用物质等
4.6湿法冶金及其他。离予交换树脂可以从贫链矿里分离、浓缩、提纯轴及提取稀土元素和贵金属。
参考文献
[1]李红艳,李亚新,李尚明.高子交换技术在重金属工业废水处理中的应用[].水处理技术,2008，(2)：12-15
[2]雷兆式,孙额.高子交换技术在重金属度水处中的应用[J]环境科学与管理,2008(10)：82-84.
[3]李红艳，李亚新，岳秀萍.高子交换去除饮用水中有机物的研究进展[J].工业水处理，2009(4)：1620.
[4]邵林.水处理用离子交换树脂[M]北京水利电力出版社，1989.