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離子交換設(shè)備基礎(chǔ)知識（一）
離于交換法是用離子交換劑上的離子和水中離子進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廢水的處理。
一、離子交換基本原理
離子交換的實質(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)式可表達為：
ＲＡ ＋?。隆?/span> ??。遥隆。。?/span>
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某兩個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)和活性基團分類，見表５－１
表５－１ 離子交換劑分類
名 稱 | 無機 | 有機 | |||||||
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 | ||||
強酸性 | 弱酸性 | 強堿性 | 弱堿性 | ||||||
活 性 基 團 | 鈉交換 基團 | 陽離子交換基團
| 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，熱穩(wěn)定性好，抗氧化，除硅能力強；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，才成為離子化合物。
２．活性基團
活性基團由固定離子和活動離子組成。固定離子固定在樹脂的網(wǎng)狀骨架上，活動離子（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，機械強度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，但成本較高。