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離子交換設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)（一）
離于交換法是用離子交換劑上的離子和水中離子進(jìn)行交換而除去水中有害離子的方法。在工業(yè)廢水處理中，主要用以回收貴重金屬離子，也用于放射性廢水和有機(jī)廢水的處理。
一、離子交換基本原理
離子交換的實(shí)質(zhì)是不溶性離子化合物（離子交換劑）上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆性化學(xué)吸附。
離子交換是可逆反應(yīng)，反應(yīng)式可表達(dá)為：
ＲＡ ＋ Ｂ ? ＲＢ ＋ Ａ
交換 交換 飽和
樹脂 離子 樹脂
在平衡狀態(tài)下，反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：
[RＢ] [Ａ]
----------------- = K
[RＡ] [Ｂ]
K是平衡常數(shù)。K大于1，表示反應(yīng)能順利向右方進(jìn)行。K值越大，越有利于交換反應(yīng)，而不利于逆反應(yīng)。K值的大小能定量地反映在離子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離子交換選擇性的大小。
二、離子交換劑
水處理中常用的離子交換劑有磺化煤和離子交換樹脂。廢水處理中使用的主要是離子交換樹脂。
（一）離子交換劑分類
離子交換劑種類很多，通常根據(jù)母體材質(zhì)和活性基團(tuán)分類，見表５－１
表５－１ 離子交換劑分類
名 稱 | 無機(jī) | 有機(jī) | |||||||
天然 | 合成 | 炭質(zhì) | 合成 | ||||||
海綠 砂 | 合成 沸石 | 磺化煤 | 陽離子交換樹脂 | 陰離子交換樹脂 | 其他 | ||||
強(qiáng)酸性 | 弱酸性 | 強(qiáng)堿性 | 弱堿性 | ||||||
活 性 基 團(tuán) | 鈉交換 基團(tuán) | 陽離子交換基團(tuán)
| 磺酸基 －ＳＯ３Ｈ | 羥酸基 －ＣＯＯＨ | 季銨基 | 伯胺基－ＮＨ 仲胺基=N 叔胺基≡N
| －ＣＨ２ＳＨ －ＮＲ２＋ ＣＯＯＨ 等 | ||
Ⅰ型 | Ⅱ型 | ||||||||
－Ｎ（ＣＨ３）３ |
| ||||||||
注：Ⅰ型比Ⅱ型的堿性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，抗氧化，除硅能力強(qiáng)；Ⅱ型交換容量大得多，易再生，不受水中氯離子的影響。
（二）離子交換樹脂組成
離子交換樹脂是人工合成的高分子化合物，由樹脂本體（又稱母體）和活性基團(tuán)兩部分組成。
１．離子交換樹脂
樹脂母體通常是苯乙烯的聚合物，是線型結(jié)構(gòu)的高分子有機(jī)化合物，原料中常加入一定數(shù)量的二乙烯苯做交聯(lián)劑，使線狀聚合物之間相互交聯(lián)，成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。樹脂的外形呈球狀顆粒，通常在０.２～０.８mm。
樹脂本身不是離子化合物，無離子交換能力，需經(jīng)處理后加上活性基團(tuán)，才成為離子化合物。
２．活性基團(tuán)
活性基團(tuán)由固定離子和活動(dòng)離子組成。固定離子固定在樹脂的網(wǎng)狀骨架上，活動(dòng)離子（或稱為交換離子）則依靠靜電引力與固定離子結(jié)合在一起，二者電性相反電荷相等。如含有－ＳＯ３－Ｈ＋、－ＣＯＯ－Ｈ＋等，稱為陽樹脂；含有－Ｎ（ＣＨ３）＋ＯＨ－、－Ｎ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ４＋ＯＨ－等，稱為陰樹脂。
離子交換樹脂和其他離子交換劑相比，交換容量大，阻力小，交換速度快，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，但成本較高。