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            超純水機之離子交換劑
            發布日期:2016-09-02 21:44:49

            一、什么叫離子交換劑?可分哪幾類?
              凡是能夠與溶液中的陽離子或陰離子具有交換能力的物質都稱為離子交換劑。
              離子交換劑分無機質類和有機質類兩大類。無機質類又可分天然的——如海綠砂;人造的——如合成沸石。有機質類又分碳質和合成樹脂兩類。其中碳質類如磺化煤等;合成樹脂類分陽離子型——如強酸性和弱酸性樹脂;陰離子型——如強堿性(I、Ⅱ型)和弱堿性樹脂;其他類型的有氧化還原型樹脂、兩性樹脂和螯合樹脂等類。
            二、離子交換樹脂發展的簡況怎樣?
                離子交換現象早在18世紀中期就為湯普森(Thompson)所發現。直至1935年亞當斯(Aclams)和霍姆斯(Holmes)研究合成了具有離子交換功能的高分子材料,即第一批離子交換樹脂——聚酚醛系強酸性陽離子交換樹脂和聚苯胺醛系弱堿性陰離子交換樹脂。離子交換樹脂的大發展主要是在第二次世界大戰以后。當時美國和英國一些公司成功地地合成了聚苯乙烯系陽離子交換樹脂,在此基礎上又陸續開發了交換容量高、物理-化學穩定性好的其他聚苯乙烯系離子樹脂,相繼又開發了聚丙烯酸系陽離子樹脂。20世紀60年代,離子交換樹脂的發展又取得了重要突破,美國羅姆-哈斯公司(Rohm anes Hass)和德國拜耳公司(Bayer)合成了一系列物理結構和過去完全不同的大孔結構離子交換樹脂。這類樹脂除具有普通離子交換樹脂的交換基團外,同時還有像無機和碳質吸附劑及催化劑那樣的大孔型毛細孔結構,使離子交換樹脂兼具了離子交換和吸附的功能,為離子交換樹脂的廣泛應用開辟了新的前景。
              離子交換樹脂和它的應用技術的發展一直是相互促進、互相依賴的。承受離子交換樹脂的發展,樹脂應用技術也在不斷改善,開始是間歇式工藝,很快就發展到固定床工藝,20世紀60年代后逆流技術及連續式離子交換工藝,雙層床技術等獲得了很快的發展,這些新的應用技術和工藝的開發,使離子交換樹脂在許多領域的應用更加有效的經濟。20世紀70年代后,人們正以極大的興趣,注意著熱再生離子交換技術的發展。
             三、什么叫離子交換?
                所謂離子交換,就是水中的離子和離子交換樹脂上的離子,所進行的等電荷摩爾量的反應。
                離子交換的反應過程可以用H型陽離子交換樹脂HR和水中Na+交換反應過程為例:
            HR(R表示離子交換樹脂的交換基團)Na+      NaR+H+
                從上式可知:在離子交換反應中,水中的陽離子(如Na+)被轉移到樹脂上去了,而離子交換樹脂上的一個可交換的H+轉入水中。Na+從水中轉移到樹脂上的過程中離子的置換過程。而樹脂上的H+交換到水中的過程稱游離過程。因此,由于置換和游離過程的結果,使得Na+與H+互換位置,這一變化,就稱為離子交換。
             四、什么叫離子交換反應的可逆性?
                離子交換樹脂主要的化學性質這一就是能進行離子交換反應,并且這個反應是可塑的。
                當含有Na+的水與H型樹脂相遇時,即產生下述反應:
            RH+Na+→RNa+H+
                這個反應實際上是離子交換的制水過程,這個過程是遵循“等電荷摩爾量”(即等當量)進行的;反之,當用鹽酸(或硫酸)通過Na型樹脂時,則會有下面的反應:
            Rna+H+→RH+Na+
                這個反應實際上是陽離子樹脂失效后的再生反應。
                需要說明的是,上述兩個反應向哪個方向進行,決定于當時水中各種離子的濃度。
                將上述兩個反應式合并表示如下:
                                                  運行
            RH+Na+ →RNa+H+
                                                  再生
              離子交換反應的可逆性是離子交換樹脂能夠反復使用的重要原因。


               五、失效樹脂為什么可以通過再生重新獲得交換能力?
                為了說明上述問題,以Na型樹脂交換水中Ca2+,制取軟化水來加以說明。
                當把含有Ca2+的水通入Na型離子交換樹脂時,Na型樹脂即吸著水中的Ca2+,并把本身含有的Na+釋放出來:
            2Rna+Ca2+→R2Ca+2Na+
                交換反應的結果,除去了水中的Ca2+。
                當上述交換反應達到平衡時,根據質量作用定律,可得出:
                                          KNaCa=R2Ca]·[Na+]2/[RNa]2·[Ca2+]


            式中   KNaCa——平衡常數;
            [R2Ca]、RNa]——分別表示反應達到平衡時,樹脂中Ca2+,Na+的濃度,mol/L;
            [Ca2+]、[Na+]——分別表示反應達到平衡時,水中的Ca2+,Na+濃度,mol/L。
                當運行到出水中Ca2+含量開始上升時,表示樹脂失效了。為了使樹脂重新獲得交換能力,就要用NaCl對樹脂進行再生:
            2NaCl+R2Ca→2Rna+CaCl2
                此時,盡管KNaCa>1,不利于樹脂的再生,但由于再生時,NaCl的濃度很高,而Ca2+的濃度又很小,就可以使再生反應進行下去。
             所以在化學水處理中,就是通過提高再生劑的濃度,反復利用離子交換平衡的移動,使失效的樹脂重要獲得交換能力。 
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