1实验目的
(1)熟悉顺流再生固定床运行操作过程；
(2)加深对钠离子交换基本理论的理解。
2实验原理
当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca2+及Mg2+便与树脂中的可交换离子（钠型树脂中的Na+,氢型树脂中的H+）交换，使水中的Ca2+和Mg2+含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。钠离子交换用食盐（NaCl）再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。基本反应式如下: （1）钠离子交换
软化
再生
（2）氢离子交换
交换
再生
钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性水。本实验采用钠离子交换。
3实验内容
3.1实验设备与试剂
表3-1 实验中所用试剂及说明
仪器（试剂）数量或说明
软化装置 1 套
100 mL量筒 1 个
秒表 1 块
2000 mm钢卷尺 1 个
测硬度所需用品若干
食盐1000 g
3.2实验装置
实验装置如图3-1所示。
图3-1 离子树脂交换装置
1—软化柱；2—阳离子交换树脂；3—转子流量计；4—软化水箱；5—定量投再生液瓶；
6—反洗进水管；7—反洗排水管；8—清洗排水管；9—排气管
3.3实验步骤
(1)熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用；
(2)测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度；
用100 mL吸管移取三份水样，分别加5mL NH3-NH4Cl缓冲溶液，2~3滴铬黑T 指示剂，用EDTA 标准溶液滴定，溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。
(3)将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用15 m/h，以去除树脂层的气泡；
(4)软化：运行流速采用15 m/h，每隔10 min测一次水硬度，测两次并进行比较；
(5)改变运行流速：流速分别取20、25、30 m/h，每个流速下运行5 min，测出水
硬度；
(6)反洗：冲洗水用自来水，反洗结束将水放到水面高于树脂表面10 cm左右。
(7)根据软化装置再生钠离子工作交换容量（mol/L），树脂体积（L），顺流再生
钠离子交换NaCl 耗量（100~120g/mol）以及食盐NaCl 含量（海盐NaCl 含量≥80～93%），计算再生一次所需食盐量。配制浓度10%的食盐再生液；(8)再生：再生流速采用3~5m/h。调节定量投再生液瓶出水阀门开启度大小以控
制再生流速。再生液用毕时，将树脂在盐液中浸泡数分钟；
(9)清洗：清洗流速采用15 m/h，每5 min 测一次出水硬度，有条件时还可测氯
根，直至出水水质合乎要求为止。清洗时间约需50 min；
(10)清洗完毕结束实验，交换柱内树脂应浸泡在水中。
4数据记录与整理
表4-1 原水硬度及实验装置有关数据
表4-2 交换实验记录
表4-3 反洗记录
表4-4再生记录再生一次所需食盐
量/kg
再生一次所需浓度10%
的食盐
再生液/L
再生流速
/(m/h)
再生流量
/(mL/s)
1 10 15 14.43
表4-5清洗记录
清洗流速
/(m/h)
清洗流量
(L/h)
清洗历时
/min
滴定体积
V/mL
出水硬度(以CaCO3
计)/(mg/L)
15 14.4
5 1.07 10.7
10 0.40 4.0
15 0.45 4.5
注：
①EDTA 二钠的浓度为C=10mmol/L
②实验中，每改变一次流速，都是等待水流稳定后才开始计时。
③出水硬度= C(EDTA二钠) * V(滴定体积) *M(CaCO3) / V’(水样体积)
5数据处理与分析
5.1绘制不同运行流速与出水硬度关系的变化曲线
5.1.1计算15 m/L时的平均出水硬度
平均出水硬度
相对偏差
故运行流速为15 m/L时，实验测量符合测量要求，测量结果可运用于理论分析。
5.1.2绘制变化曲线
以离子交换的运行流速为横坐标、出水硬度为纵坐标，绘制两者之间的关系曲线如图5-1所示。
图5-1 运行流速与出水硬度关系曲线
由上图可看出，不同流速下，出水硬度均低于5 mg/L，说明离子交换软化效果良好。此外，随着运行流速的增大，出水硬度逐渐降低。
交换液的流速实际上反映了达到反应平衡的时间，在交换过程中，离子进行扩散-交换-扩散一系列步骤，运行流速对这一系列步骤起着重要的影响作用。一般，交换液流速大，在树脂层的停留时间缩短，离子的透析量高，水中的部分钙、镁离子未来得及交换而通过树脂层流失的量增多。因而，理论上出水硬度应随着运行流速的增大而减少，然而实验结果却与理论现象截然相反，对出现此异常现象的可能原因作出分析如下：
（1）一般，反洗之后树脂床应该被静置，然后由其自身的重力使之压实（静置时间约5mins）而形成均匀的树脂床结构。实验中反洗过后没有经过充分静置即开始进行离子交换软化实验，这可能导致树脂层颗粒堆积不够密实，树脂颗粒间存在较大缝隙。在软化初始阶段，部分原水可能未与树脂充分接触便直接通过缝隙流出，从而导致出水硬度偏高；随着软化的进行、运行流速的增大，树脂层逐渐被压实，树脂颗粒间缝隙减小，原水与树脂充分接触，离子交换的进行
比之前更加充分，故而出水硬度逐渐降低。
（2）过小的流速会造成原水只与树脂表面离子进行交换，水不能进入树脂内部。树脂表面通常仅提供20%的交换容量，树脂里面能提供80%交换容量。在实验条件下，可能由于15m/L的初始流速偏小，软化最开始时原水只树脂表面离子进行交换，从而导致初始时出水硬度偏高。
5.2绘制不同清洗历时与出水硬度关系的变化曲线
以树脂清洗历时为横坐标、出水硬度为纵坐标，绘制两者之间的关系曲线如图5-2所示。
图5-2 清洗历时与出水硬度关系曲线
由上图可以看出，清洗历时为5 min时，出水硬度大于10 mg/L，此时的出水硬度是偏大的，故仍需继续清洗；当清洗历时延长到10 min时，对应的出水硬度已降至4.0 mg/L，基本满足出水要求；清洗历时达到15 min时，出水硬度为4.5 mg/L，与10 min时的数值相近，说明此时出水硬度已基本达到稳定，可结束清洗工作，无需再进一步清洗。
6误差分析
(1)本次实验滴定所用的体积都极小，对操作技术和仪器质量都要求极高，滴定
时读数有微小偏差、滴定管有微量漏液都会对实验结果造成较大影响。
(2)实验所用的离子交换树脂是上午组使用过的，如果上午组对树脂的再生过程
控制得不好，将对本次实验树脂的软化性能造成一定影响。
(3)由于溶液由紫红色变为天蓝色极为迅速，且在终点前即使再滴加半滴，也会
使终点颜色过于深色，因此，滴定过程色差的判断误差会对硬度的测定结果产生影响。
7思考与讨论
7.1影响离子交换容量的因素
（1）流速(gpm/ft，m/h)
通常流速越大离子交换所需要的工作层越大，树脂有效利用率会下降，但产水能力会提高。反之流速越小所需的工作层越少，树脂利用率增加，但产水能力下降。过小的流速会造成原水只与树脂表面离子进行交换，水不能进入树脂内部。树脂表面通常仅提供20%的交换容量。树脂里面能提供80%交换容量。合理的交换流速对提高设备产水能力及交换能力是非常重要的，一般建议运行流速控制在（中国20-30m/h，美国4-10pm/ft2）小型全自动钠离子交换器装置可适当提高。
（2）水与树脂的接触时间：（gpm/ft3）
水与树脂的接触时间越长，交换越充分，但相对单位树脂的产水能力下降，接触的时间越短，交换越充分，单位树脂的交换能力下降，而单位树脂的产水能力提高。因此合理的接触时间对于软化器的经济运行非常重要。一般建议1.0-5.0gpm/ft3树脂或8-4bv/h。（每小时流量为树脂装载量的八至四十倍）
（3）树脂层的高度
离子交换柱树脂层越低，流速对其交换能力的影响就越大，当树脂层达到一定高度时，树脂层高度造成的流速对其交换能力的影响可降到比较低的程度。
（4）温度
水温增加能同时加快内扩散，提高交换能力，无论是运行或再生，适当地提高水温
对于离子交换是有益的。
（5）再生剂质量(NaCl)
再生剂纯度度越高，树脂的再生度越高，出水的离子泄露量越少，因此提高再生剂纯度及运用软化水溶盐可提高再生度。
（6）再生液流量
通常再生液流量越小获得的再生效果越好。但过低的再生液流量会使再生时间过长，易使再生剂绕过树脂表面再生。因此一般要求再生液流量在0.25-0.9gpm/ft3(或顺洗流量4-6m/h，逆流再生2-3m/h)。
（7）再生液浓度
根据离子平衡原理，再生液浓度提高，可以使树脂的交换能力提高，但再生剂用量一定的条件下，再生液浓度过高，会缩短再生液与树脂的接触时间，从而降低了再生效果。一般盐液浓度控制在10%左右为宜。
（9）再生剂用量
树脂的交换在再生理论上是按等当量进行即1mol的再生剂可恢复一个1mol 的交换容量，(即使用58.43的NaCl)。但实际上再生剂的耗量要比理论值大得多。实验证明再生剂用量越多，获得的树脂工作交换容量越大。出水质量越好。但随着再生剂用量的不断增加，工作交换容量的提高会越来越少。经济性会不断下降。因此再生耗盐，应根据不同的原水水质，再保证一定的交换能力及水质条件下，尽可能选用比较经济合理的耗盐量。
（9）树脂
不同的树脂所提供的交换能力是不一样的。通常锅炉用全自动钠离子交换器要求使用的树脂其交联度不应低于7。
7.2影响离子交换树脂再生的因素
离子交换树脂再生长度的好坏，和许多因素有关，再生剂用量、浓度、温度和流速等都是影响再生过程的主要因素。
（1）再生剂的用量
从理论分析，再生剂用量应与树脂工作交换容量相当，但实际上由于交换反
应是可逆的，再生剂用量需远远超过理论用量才能满足足够的再生度要求，再生剂的比耗增加，可以提高交换树脂的再生程度，但当比耗增加到一定程度后，再继续增加比例，再生程度提高很少，所以用过高的比耗是不经济的，因此，实际操作过程中通常再生剂用量为理论用量的3-4倍，树脂的工作交换容量可以恢复到原来的70%-80%。
（2）再生剂浓度
一般而言，再生剂的浓度越大，再生程度越高，但当再生剂的用量一定时，再生剂浓度增高，会使再生液的体积流量减少，与树脂的接触时间缩短而且可能产生不均匀的再生反应，再生效果下降，导致制水周期缩短，再生次数增加，酸碱用量增大，所以生产上需要合理的控制再生剂的浓度。
（3）再生剂的流速
再生剂的流速应控制适宜以保证再生反应充分，再生反应流速主要取决于离子的扩散速度，但同时与离子的价态有关，一般价态越高所需反应时间越长，再生剂流速过快，有利于离子的扩散，但却减少再生剂与树脂的接触时间，再生效果反而可能降低，流速太小则不利于离子扩散，再生效果也会受到影响，（4）再生液温度
提高再生液的温度，能同时加快内扩散和外扩散，虽然对提高树脂再生效果有利，同时提高温度能大大改善对树脂中的铁、铜以及其氧化物和硅杂质的清除程度，但由于树脂热稳定性的限制，再生剂的温度不宜过高，一般控制在25-40度为宜。
7.3离子交换树脂再生过程为何要进行反洗
(1)除去离子交换树脂床中夹杂的污垢。
(2)除去碎的树脂颗粒。
(3)放松树脂床中压实的区域和结块。
(4)分离树脂(好的颗粒在上层，消耗完的树脂在下层)。
(5)去除树脂床在运行过程中产生的“液流通道”，即：“偏流”，把树脂床恢复到
均匀分布的状态，并且表面均匀平坦。
7.4离子交换柱为何要留有一定的反洗膨胀高度
在树脂反洗时，都有一定的膨胀率，其大小为反洗树脂时的膨胀高度与反洗前树脂层的高度之比。膨胀率与树脂的颗粒大小、真密度等物理性能以及水温等都有关，与操作时控制反洗流速的大小也有关系。但是，对于一定的树脂，水温高，黏度低则树脂的反洗膨胀率就越小；反之，水温低，黏度大，则在同样的反洗强度下，膨胀率就越大。在经过运行之后，树脂层的表面上积有悬浮物等杂质，在再生之前，要进行小反洗来冲洗干净，有时为了提高再生效果，有必要定期使整个树脂层松动。为了保证一定的反洗效果，要有一定的反冲洗膨胀高度，膨胀高度过低，达不到反洗要求，又会造成树脂的流失；过高，也要增加设备的投资。实际生产表明，交换器的反洗膨胀高度为树脂层的80%左右为好。
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离子交换法 早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水.算是比较早的离子交换法.这些黏土主要是沸石....离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。例:苯乙烯型树脂的合成可分为阴离子类型和阳离子类型. 一．定义 离子交换法(ionexchangeprocess)是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。二．原理 离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水,水中的离子会与固定在树脂上的离子交换.常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法.硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前,先将水质硬度降低的一种前处理程序.软化机里面的球状树脂,以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质. 离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树
脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样,以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。 阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。 三．纯化方法 若将离子交换法与其他纯化水质方法(例如反渗透法、过滤法和活性碳吸附法)组合应用时，则离子交换法在整个纯化系统中，将扮演非常重要的一个部分。离子交换法能有效的去除离子，却无法有效的去除大部分的有机物或微生物。而微生物可附着在树脂上，并以树脂作为培养基，使得微生物可快速生长并产生热源。因此，需配合其他的纯化方法设计使用。 四．离子交换树脂 离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0.1~1mm。其离子交换能力依其交换能力特征可分：
实验报告 课程名称： 水处理工程实验 指导老师： 胡宏 成绩：__________________ 实验名称： 离子交换实验 类型：________________同组学生姓名： 陈巧丽、林蓓等 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和废水中的离子进行交换反应而除去废水中有害离子的方法。离子交换是一种特殊吸附过程，通常是可逆性化学吸附；其特点是吸附水中离子化物质，并进行等电荷的离子交换。 离子交换剂分无机的离子交换剂如天然沸石，人工合成沸石，及有机的离子交换剂如磺化煤和各种离 子交换树脂。 在应用离子交换法进行水处理时，需要根据离子交换树脂的性能设计离子交换设备，决定交换设备的运行周期和再生处理。通过本实验希望达到下述目的： 1) 加深对离子交换基本理论的理解；学会离子交换树脂的鉴别； 2) 学会离子交换设备操作方法； 3) 学会使用手持式盐度计，掌握pH 计、电导率仪的校正及测量方法。 二、实验内容和原理 由于离子交换树脂具有交换基因，其中的可游离交换离子能与水中的同性离子进行等当量交换。 用酸性阳离子交换树脂除去水中阳离子，反应式如下： nRH + M +n → Rn M + nH + M ——阳离子 专业： 环境工程 姓名： 王 义 学号： 71 日期： 2010-4-2 装 订 线
n——离子价数 R——交换树脂 用碱性阴离子交换树脂除去水中的阴离子，反应式如下： nROH + Y?n→ R n Y + nOH- Y——阴离子 离子交换法是固体吸附的一种特殊形式，因此也可以用解吸法来解吸，进行树脂再生。 本实验采用自来水为进水，进行离子交换处理。因为自来水中含有较多量的阴、阳离子，如Clˉ， NH4+，Ca2+，Mg2+，Fe3+，Al3+，K+，Na+等。在某些工农业生产、科研、医疗卫生等工作中所用的水，以及某些废水深度处理过程中，都需要除去水中的这些离子。而采用离子交换树脂来达到目的是可行的方法。 本实验采用测量水中电导率值或盐度的方法来间接地、近似地表示离子的去除情况。 三、主要仪器设备 离子交换树脂的鉴别： 30ml试管数支、吸管1支、5ml移液管数支，废液缸一个；溶液、5mol/L NH4OH溶液、1 溶液、10%CuSO4溶液，酚酞指示剂、甲基红指示剂； 离子交换树脂对水中离子的交换作用： 烧杯50ml 5只，METTLER TOLEDO 326电导率仪1台、PHS-9V型酸度计一台、手握式盐度计一支，清水、模拟废水，流量计，砂滤柱、阳树脂柱、阴树脂柱、混树脂柱装置一套。 交换柱有效值：Φ=9cm，h=100cm。 图1 离子交换实验装置流程图
1实验目的 (1)熟悉顺流再生固定床运行操作过程； (2)加深对钠离子交换基本理论的理解。 2实验原理 当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca2+及Mg2+便与树脂中的可交换离子（钠型树脂中的Na+,氢型树脂中的H+）交换，使水中的Ca2+和Mg2+含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。钠离子交换用食盐（NaCl）再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。基本反应式如下:（1）钠离子交换 软化 再生 （2）氢离子交换 交换
再生 钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性水。本实验采用钠离子交换。 3实验内容 3.1实验设备与试剂 表3-1 实验中所用试剂及说明 仪器（试剂）数量或说明 软化装置 1 套 100 mL量筒 1 个 秒表 1 块 2000 mm钢卷尺 1 个 测硬度所需用品若干 食盐1000 g
3.2实验装置 实验装置如图3-1所示。 图3-1 离子树脂交换装置 1—软化柱；2—阳离子交换树脂；3—转子流量计；4—软化水箱；5—定量投再生液瓶； 6—反洗进水管；7—反洗排水管；8—清洗排水管；9—排气管 3.3实验步骤 (1)熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用； (2)测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度； 用100 mL吸管移取三份水样，分别加5mL NH3-NH4Cl缓冲溶液，2~3滴铬黑T 指示剂，用EDTA 标准溶液滴定，溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。 (3)将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用15 m/h，以去除树脂层的气泡；
离子交换树脂的制备与性能测定 一. 实验目的： 1.熟悉悬浮共聚合的方法及特点。 2.通过对共聚物的磺化反应，了解高分子反应的一般规律。 3.掌握离子交换树脂的净化方法和交换当量的测定。 二、实验背景 2.1 离子交换树脂基础介绍 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。如：大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。 离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类(或再分出中强酸和中强碱性类)。 离子交换树脂的命名方式：离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。 2.2 离子交换树脂的种类 (1) 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。 树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。 (2) 弱酸性阳离子树脂 这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。 (3) 强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。 这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。(4) 弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶
广州奥凯环保科技有限公司 1、离子交换树脂（软水器树脂）的污染、中毒与活化 离子交换（软水器树脂）树脂在长期使用中易受悬浮物质、胶体物质、有机物、细菌、藻类和铁、锰等的污染，使离子交换能力降低甚至失去。因此，需根据情况对树脂进行不定期的活化处理。活化方法可根据污染情况和条件而定，一般阳树脂在软化中易受Fe3+污染，可用盐酸浸泡后逐步稀释。阴树脂易受有机物污染，可用10%NaCl+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗。必要时可用1%双氧水溶液浸泡数分钟，也可采用酸、碱交替处理法，漂白处理法，酒精处理法和各种灭菌法进行处理。 2、软水器树脂预处理 工业生产的离子交换树脂如锅炉软化水设备常含有一些过剩溶剂、低聚物和其他杂质，必须除去，否则将影响交换效果和出水质量，因此新树脂必须进行预处理。树脂经预处理转成所需离子型还可以提高其稳定性，并能起到活化树脂的作用。 a) 离子交换器阳树脂预处理：将树脂用水洗至流出清水后，用2-4%NaOH浸泡4-8小时再用水洗至中性，再用5%盐酸浸泡4-8小时，用水洗至pH6，待用。 b) 阴树脂预处理：将树脂用水洗至流出清水后，用5%盐酸浸泡4-8小时后，用水洗至pH6，再用2-4%NaOH浸泡4-8小时，用水洗至pH7-9，待用。 c) D301-Ⅲ、D301弱碱树脂预处理：将树脂用温水浸泡4-8小时，用水洗至pH6，再用2-4%NaOH浸泡4-8小时，用水洗至中性，有可能进行二次处理，待用。 d) 对于医药工业、食品工业所用树脂，请按特殊要求进行处理。 e) 用户可根据不同用途流程设计，将树脂转成所需的离子型。 3、离子交换器树脂（软化水树脂树脂）贮存运输 a) 离子交换树脂的贮存温度应该在5-40℃之间。离子交换树脂应贮存在密封容器内，避免受冷或曝晒。若冬季没有防冻设施时，可将树脂贮于食盐水中，食盐水的浓度可根据气温而定。树脂一旦受冻，不要突然转到高温环境，要放到5-10℃低温环境中，让其缓慢解冻。 b) 离子交换树脂内含有一定量地水份，在储运及应用过程中应保持这部分水份。如不慎树脂失水，应先用浓食盐水（约10%）浸泡，再逐渐稀释，不得直接加水，以免树脂急剧膨胀而破碎。 c) 树脂在长期贮存中，强型树脂应转成盐型，弱型树脂应转成氢型或游离碱型，然后浸泡在清净的水中。 d) 树脂贮存期为2年，超过2年复检合格方可使用。 e) 在使用和贮运过程中，严防树脂被有机油类污染。 2) 预处理 工业生产的离子交换树脂常含有一些过剩溶剂、低聚物和其他杂质，必须除去，否则将影响交换效果和出水质量，因此新树脂必须进行预处理。树脂经预处理转成所需离子型还可以提高其稳定性，并能起到活化树脂的作用。 a) 阳树脂预处理：将树脂用水洗至流出清水后，用2-4%NaOH浸泡4-8小时再用水洗至中性，再用5%盐酸浸泡4-8小时，用水洗至pH6，待用。
全自动软水器设计指导手册 （附设计公式）
目录 一、总述 0 1. 锅炉水处理监督管理规则 0 2. 离子交换树脂部结构 0 3. 钠离子交换软化原理及特性: (1) 4. 水质分析测试容 (1) ?PH值(Potential of Hydrogen) (1) ?总溶解固体(TDS --TOTAL DISSOLVED SOLIDS) (1) ?铁含量(IRON) (1) ?锰 (2) ?硬度值(HARDNESS) (2) ?碱度 (2) ?克分子(mol) (2) ?当量 (3) ?克当量 (3) ?硬度单位 (3) ?我国江河湖泊水质组成 (5) 二、全自动软水器 (5) 三、影响软水器交换容量的因素 (7) 1. 流速(gpm/ft，m/h) (7) 2. 水与树脂的接触时间：（gpm/ft3） (7) 3. 树脂层的高度 (8) 4. 进水含盐量 (9) 5. 温度 (11) 6. 再生剂质量(NaCl) (11) 7. 再生液流量 (12) 8. 再生液浓度 (13) 9. 再生剂用量 (14) 10. 树脂 (14) 四、自动软水器设计 (14) 1. 软水器设备应遵循的标准 (14) 2. 全自动软水器主要参数计算 (15) 1) 反洗流速的计算: (15) 2) 系统压降计算 (15) 3. 软水器设计计算步骤 (15) 计算示例 (17)
一、总述 1.锅炉水处理监督管理规则 第三条锅炉及水处理设备的设计、制造、检验、修理、改造的单位，锅炉及水处理药剂、树脂的生产单位，锅炉房设计单位，锅炉水质监测 单位、锅炉水处理技术服务单位及锅炉清洗单位必须认真执行本规 则。 第九条锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施，不应以化学清洗代替正常的水处理工作。 第十条生产锅炉水处理设备、药剂和树脂的单位，须取得省级以上(含省级)安全监察结构注册登记后，才能生产。 第十一条未经注册登记的锅炉水处理设备、药剂和树脂，不得生产、销售、安装和使用。 第十四条锅炉水处理设备出厂时，至少应提供下列资料: 1.水处理设备图样(总图、管道系统图等); 2.设计计算书; 3.产品质量证明书; 4.设备安装、使用说明书; 5.注册登记证书复印件。 第三十六条对违反本规则的单位和个人，有下列情况之一者，安全监察机构有权给予通报批评、限期改进，暂扣直至吊销资格(对持证的单位 和个人)的处理。 2.离子交换树脂部结构 离子交换树脂的部结构可以分为三个部分： 1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯烯、聚丙烯酸等； 2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的 离子官能团[如-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl]等，或带有极性的非离子型官能团[如-N(CH3)2、-N(CH3)H等]； 3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝 胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 离子交换树脂的部结构如下图中的左图所示，离子交换基团的结构如下图的右图所示。 顺流再生：交换流速20-30m/h，反洗流速12~15m/h，吸盐流速4-6m/h（逆1.4-2m/h）
四川化工职业技术学院 化 学 实 验 报 告 课题名称:环境友好化学 院(系): 制药与环境工程技术 专业班级:环境监测与治理技术1432班 学生姓名: 陈强 学号:46
化学实验报告 实验一:酸式滴定管得使用 实验药品:NaOH、酚酞、蒸馏水、Hcl 实验目得: 1)练习滴定操作定得初步掌握滴定得使用方法及准确终点方法、 2)练习酸式标准溶液得配置与浓度得比较、 3)熟悉酚酞指示剂得使用与终点颜色变化,初始掌握酸试剂得选择方法。 实验步骤:1、检查旋塞转动就是否灵活,与滴定管就是否密合,如不合要求下旋塞用滤纸擦干净旋塞槽,涂上少量凡士林。 2、查漏:关闭塞用水充满至0刻度,把滴定管直立夹在滴定管架上,静置2分钟,就是否有水滴渗出,刻度线就是否下降,重复一次。 3、洗涤:将滴定管洗净,使水自然沥干,先用少量滴定液洗涤三次(10、5、5)除去残留在壁管与下端管尖得水,以防装入滴定液被水稀释。 4排气泡:滴定液装入滴定管至0刻度以上,若尖端有气泡,转动活塞,使溶液得急流逸去气泡,再调整溶液得液面至0刻度处,既可进行滴定。 5、将滴定管固定在滴定管夹上,活塞柄向右,左手从中间向右伸出,拇指在管前,食指及中指在管后,三指平行地轻轻拿住活塞柄,无名指及小指向手心弯曲,食指及中指由下向上顶住活塞柄一端,拇指在上面配合动作,在转动时,中指及食指轻向左扣住。
6、滴定前“初读"零点,滴定时不应太快,每秒3-4滴为宜。滴定至终点后,“终读"也至少读两次、 实验现象:在装有酸得锥形瓶中加入酚酞(两滴),再逐步滴入碱溶液(NａOＨ)锥形瓶溶液逐步变为粉红色、 实验二:碱式滴定管得使用 实验目得:方法相同,只就是测试相反(酸式滴定管得使用)。 实验药品:NａOH、甲基橙、蒸馏水、Hcｌ 1、捡漏:将乳胶管连同细嘴玻璃管连接滴定管下端到收缩部分、装水至0刻度以上,夹在滴定管架左侧,擦去外壁得水,靠去下端液滴,观察就是否有水流下残悬在管口,如发现漏水,则需要换乳胶管与玻璃珠,在乳胶管两端分别装上尖嘴管、滴定管,左手小指无名指夹住尖嘴管上端,玻璃珠放在大拇指食指所在位置、 2、洗涤:用自来水冲洗后,再用纯水荡洗三次,将管竖起,用左手拇指与食指轻轻往一边挤推玻璃珠,随放随转。用碱润洗,倾斜滴定管,将其余得水从管口倒出,重复3次。 ３、排气泡:将操作液装入滴定管至刻度以上,下端就是否有气泡,如玻璃珠下有气泡,则用左手食指将乳胶管向上弯曲,滴定管倾斜,用左手两指挤推稍高于玻璃珠所在处,使溶液从管尖喷出而带出气泡、一边挤推胶管一边把胶管放直,再松开手指。 4、加液:将碱管架在滴定管左侧右手小指与无名指夹住细嘴玻璃管、拇指或食指拿住乳胶管中玻璃珠所在部位,向右挤推乳胶管,溶液以空隙中流出。停止时先松开拇指与食指,最后松开无名指与小指。 5、读数:从零刻度开始读,读数时视线与液体凹液面平行。
1 实验目的 (1) 熟悉顺流再生固定床运行操作过程； (2) 加深对钠离子交换基本理论的理解。 2 实验原理 当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca 2+及Mg 2+便与树脂中的可交换离子（钠型树脂中的Na +,氢型树脂中的H +）交换，使水中的Ca 2+和Mg 2+含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。钠离子交换用食盐（NaCl ）再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。基本反应式如下: （1）钠离子交换 软化 2RNa +{Ca (HCO 3)2 CaCl 2CaSO 4}→R 2Ca +{2NaHCO 32NaCl Na 2SO 4} 2RNa +{Mg (HCO 3)2 MgCl 2MgSO 4 }→R 2Mg +{2NaHCO 32NaCl Na 2SO 4} 再生 R 2Ca +2NaCl →2RNa +CaCl 2 R 2Mg +2NaCl →2RNa +MgCl 2 （2）氢离子交换 交换 2RH +{Ca (HCO 3)2 CaCl 2CaSO 4}→R 2Ca +{2H 2CO 32HCl H 2SO 4} 2RH +{Mg (HCO 3)2 MgCl 2MgSO 4 }→R 2Mg +{2H 2CO 32HCl H 2SO 4} 再生
R2Ca+{ 2HCl H2SO4}→2RH+{ CaCl2 CaSO4} R2Mg+{ 2HCl H2SO4}→2RH+{ MgCl2 MgSO4} 钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性水。本实验采用钠离子交换。 3实验内容 3.1实验设备与试剂 表3-1 实验中所用试剂及说明 3.2实验装置 实验装置如图3-1所示。
离子交换对锅炉水进行软化处理的可行性分析 课题名称为《离子交换处理锅炉软化水》。本课题应属工业技术、化学工业专业，属于工业水处理技术类。所研究的对象是锅炉中的水，解决的问题是对锅炉水进行软化处理，采用的处理办法是离子交换法。在本课题中所涉及的理论基础知识有离子交换、活性基团吸附等多种概念，所确立的主题词有离子交换、锅炉水、吸附剂等，还可以根据课题的需要增加如离子交换树脂、钙镁离子硬度等。设计的方案是运用离子交换软化器使水与交换剂接触，以交换剂中的离子置换水中的钙镁离子，降低水的硬度即钙镁离子含量，使水软化，并可以进行树脂再生，循环使用。 《中国学术期刊全文数据库》是国家新闻出版总署批准的我国第一个海量数字化期刊全文数据库，也是目前为止国内数据收全率最高的中文期刊全文数据库。该数据库采用具有自主知识产权的网络出版技术，通过中国知网独创的知网节文献汇编模式和出版，构建了具有国际先进水平的权威性文献检索工具、数字化学习与研究平台。其文献来源国内公开的6300种核心期刊与专业特色期刊的全文，内容覆盖自然科学、工程技术、农业、哲学、医学、人文社会科学等各个领域，具有文献收录完整、内容层次清晰、读者对象准确、内容出版及时，查全率、查准率高等特点。其提供的检索方式有：初级检索、高级检索、专业检索和分类检索，在上述检索得到的检索结果基础上还可做更进一步的二次检索。检索条件包括检索字段和检索范围，其中检索逻辑关系有与、或、非。 通过上述的课题分析，得到的检索词有离子交换、锅炉水，吸附等，本篇论文的目的是对所设计的方案即用离子交换法对锅炉水进行软化处理进行可行性的分析，所以检索到的文章应与这一方案相关，才能是符合要求的。为了提高检索结果的查全率以及查准率，应将检索结果确定在10-100条为宜，利用《中国学术期刊网络出版总库》进行检索。检索策略如下： 检索控制条件： 期刊年期：不限指定期：不限更新时间：不限 来源期刊：不限来源类别：不限支持基金：不限 检索表达式： 篇名：离子交换 并且篇名：锅炉水 上述策略中得到的检索结果为7条，未达到指导要求，可能是所确定的检索字段太过于局限在篇名内，使得只有离子交换和锅炉水同时出现是才能符合要求，从而造成检索结果条数过低，查全率过低，查准率过高，所以检索策略需要修改，修改后策略如下： 检索控制条件不变 检索表达式： 关键词：离子交换 并且关键词：锅炉水 上述策略中得到的检索结果有5条，未达到检索要求，可能是所所确定的检索字段太过于局限在关键字，使得只有离子交换和锅炉水同时出现是才能符合要求，从而造成检索结果条数过低，查全率过低，查准率过高，所以检索策略需要修改，修改后策略如下： 控制条件不变
实验硬水的软化实验 一、实验目的 了解硬水软化的两种方法。 二、实验原理 通常把含有较多Ca2+、Mg2+的天然水叫做硬水。硬水有许多危害，故在使用之前，应除去或减少所含的Ca2+、Mg2+，降低水的硬度．这就是硬水的软化。本实验采用药剂法及离子交换法。 药剂法是在水中加人某些化学试剂，使水中溶解的钙盐、镁盐成为沉淀物析出。常用的试剂有石灰、纯碱、磷酸钠等。根据对水质的要求，可以用一种或几种试剂。 若水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，这种水称为暂时硬水，可用煮沸的方法，将Ca(HCO3)2、Mg(HCO3) 2分解生成不溶性CaCO3、MgCO3及Mg(OH)2沉淀，使水的硬度降低。 若水的硬度是由Ca2+、Mg2+的硫酸盐或盐酸盐所引起的这种水称为永久硬水，可采用药剂法(如石灰纯碱法)来降低水的硬度。 离子交换法是利用离子交换剂或离子交换树脂来软化 水的方法。离子交换剂中的阳离子能与水中的Ca2+、Mg2+ 交换，从而使硬水得到软化，如图1所示。 三、仪器和药品 (1) 仪器试管、砂纸、酒精灯、三角架、试管夹、酸 式滴定管(100mI，)。 (2) 药品CaSO4 (2mol／L)、石灰水(饱和)、肥皂水、 NaCO3 (1moI／L)、阳离子交换树脂(已处理好，H型)、玻璃 棉。 四、实验步骤殛问题思考 (1)对硬水的识别取三支试管，分别加入蒸馏水、暂时 硬水[含有Ca(HCO3)2的水]和永久硬水[含有CaCO3的水]各 3mL，在每一支试管里倒人肥皂水约2mL。观察在哪支试管 里有钙肥皂生成？为什么? (2)暂时硬水的软化取两支试管各装暂时硬水5mL，把一支试管煮沸约2～3min；在另一支试管里加人澄清的石灰水1一2mL，用力振荡。观察两试管中发生的现象，说明了什么问题？写出反应方程式。 (3)永久硬水的软化在一支试管里加CaSO4溶液3mL作为永久硬水。先用加热的方法，煮沸是否能除去Ca2+后滴人NaCO3溶液1mL，有什么现象发生？为什么？写出反应式。 (4)离子交换法软化硬水在l00mL滴定管下端铺一层玻璃棉，将已处理好的H+型阳离子交换树脂带水装入柱中。将500mL自来水注入村脂柱中，保持流经树脂的流速为6～7mL／min，液面高出树脂1～1.5 cm左右，所得即为软水。 取两只试管，分别取3mL的软水和自来水，并分别加入2mL肥皂水．振荡，观察哪只试管的泡沫多．并且也没有沉淀产生。
中南大学化学化工学院化工专业实验 T11.离子交换实验（分离工程，指导教师：蒋崇文） 一、实验目的与要求 1. 学习采用离子交换树脂分离柠檬酸的基本原理。 2. 掌握离子交换法的基本操作技术。 3. 掌握离子交换法穿透曲线的测定方法 二、实验原理 待分离组分柠檬酸（HA表示）的溶液，在与强碱性树脂（HOR表示）进行离子交换时，3交换组分之间遵守如下化学计量关系： HA?3HOR?3AR?3HO233离子交换柱操作过程，可用流出曲线表征，称为穿透曲线，图11-1示。横坐标为流出液体的体积，纵坐标为流出液中离子浓度。流出曲线反映了恒定流速时，不同时刻流出液中离子浓度的变化规律。流出曲线中的a和b段，离子交换树脂未饱和，流出液中不含被交换离子，随着离子交换树脂开始饱和，流出液中开始出现被交换离子，流出液浓度为0.05C 时0称为穿透点c，流出曲线中的d段，离子交换树脂进一步被饱和，流出液中被交换离子继续增加，流出曲线到达e点时，树脂被完全饱和，流出液中离子浓度达到进料液中水平0.95C0成为饱和点。此时流出的体积为饱和体积。离子交换的实验装置图11-2示。 离子交换的穿透曲线11.1图 中南大学化学化工学院化工专业实验
原料热水出阴离子交换树热水进图4-2 离子交换实验装置图11.2 离子交换的装置图 三、试剂与材料 强碱型树脂，2mol/L盐酸溶液；2mol/L氢氧化钠溶液，0.1mol/L氢氧化钠溶液，1％酚酞指示剂。 四、器材 50cm×1cm交换柱，碱式滴定管，收集试管，烧杯，150ml锥形瓶。 五、实验步骤 1. 树脂的处理 将干的强碱型树脂用蒸馏水浸泡过夜，使之充分溶胀。用2倍体积的2mol/L的氢氧化钠浸泡1小时，倾去清液，洗至中性。再用2mol/L的盐酸处理，做法同上。如此重复2次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理用2mol/L的NaOH溶液进行，放尽碱液，用清水淋洗至中性待用。 2. 装柱 取直径1cm,长度50cm的交换柱，用脱脂棉塞住玻璃柱的下部。将柱垂直置于铁架上。自顶部注入上述经处理的树脂悬浮液，关闭层析柱出口，待树脂沉降后，放出过量溶液，再加入一些树脂，至树脂沉降至25cm的高度。 3．柠檬酸水溶液的滴定 用配置好的0.2mol/L的NaOH溶液滴定2ml配置好的柠檬酸水溶液中酸的浓度，以1%酚酞溶液作指示剂，共消耗NaOH溶液22.12ml。 4．柠檬酸的离子交换 用步骤3中的柠檬酸水溶液过柱，调节流速为0.5~1mL/min（1滴/秒），同时用试管开始滴定收集液中酸的NaOH标准0.1mol/L管。用15~20，共收集约5ml收集流出液，每管收集． 中南大学化学化工学院化工专业实验 浓度。用收集液酸浓度C对收集流出液体积V作图，得到柠檬酸离子交换的穿透曲线。 六、数据处理 C=0.2mol/L 柠檬酸的浓度约0.35mol/L NaOH 表11.1 柠檬酸水溶液的滴定数据：
钠离子交换软化 ? 1.离子交换水处理 ? 原水进入锅炉之前，通过与交换剂的离子交换反应，除去水中的离子态杂质 ? 降低硬度和碱度，以达到锅炉用水的水质要求 离子交换剂 具有离子交换性能的物质。遇水时将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换 由阳离子和复合阴离子根两部分组成，后者是一种不溶于水的高分子化合物 NaR ——钠离子交换剂、HR ——氢离子交换剂 R ——复合阴离子根 反应时，复合阴离子根是稳定的组成部分，阳离子和水中的钙、镁等离子互相交换 常用的离子交换剂为磺化煤和合成树脂 2.钠离子交换软化原理 ? 对供热锅炉用水，钠离子交换处理用得最多。处理后的水质特点： ? 达到了除硬目的——原水中的钙、镁盐类变成了钠盐 ? 达不到除碱目的——原重碳酸盐碱度(暂时硬度)转变为钠盐碱度，且摩尔数相等 ? 出水含盐量稍有增加——Na+的摩尔质量略高于0.5 Ca2+ 、 0.5 Mg2+ 3.交换剂失效 2NaCl R M Cl M 2NaR SO Na R M SO M 2NaR 2NaCl CaR CaCl 2NaR SO Na CaR CaSO 2NaR 2NaHCO R M )(HCO M 2NaR 2NaHCO CaR )Ca(HCO 2NaR 2242242242243 2233223+=++=++=++=++=++=+g g g g g g 作用： 与原水中非碳酸盐硬度用：与原水中碳酸盐硬度作
? 运行一段时间后，离子交换剂上的钠离子大部分转为钙、镁型，出水硬度增高 ? 交换剂的工作能力E g ? 将出水硬度达到软化水保证硬度作为交换剂失效标志，按此计算1m3湿态 离子交换剂的软化能力。 mol ／m3 或mmol ／L 1m3交换剂能软化钙镁离子的摩尔数↑ 交换剂还原（再生） ? 失效后的钠离子交换剂用浓度为 5～8％的食盐(NaCl)溶液进行还原 ? 理论上还原1mol 钙镁硬度需NaCl 117g 。在供热锅炉房还原1mol 钙镁硬度一般采用140～200g NaCl 4.固定床钠离子交换设备及其运行 ? 固定床离子交换 ? 运行中离子交换剂层固定不动，原水由上而下不断地通过交换剂层，完成反 应过程 ? 四个步骤 ? 交换(软化)、反洗、还原(再生)、正洗 ? 按再生运行的方式分 ? 逆流再生、顺流再生 1.顺流式再生 ? 交换时原水和再生时还原液都由上向下流动 （1）钠离子交换器结构 ? 由交换器本体、进水装置、排水装置、再生液分配装置、排气管、反洗管、 阀门等组成 ? 常用规格有φ500、750、1000、1200、1500及2000；交换器层高1.5、2、 2.5m 2 22 2Cl M 2NaR 2NaCl R M CaCl 2NaR 2NaCl CaR g g +=++=+
离子交换软化和除盐实验 一、 实验目的 ① 加深离子交换基本理论的理解。 ② 了解离子交换软化设备的操作方法。 ③ 熟悉离子交换过程。 ④ 进一步熟悉水的硬度、碱度和pH 值的测定方法。 二、实验原理 离子交换是目前常用软化与除盐的方法。离子交换树脂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，它能够从电解质溶液中把本身所含的另外一种带有相同电性符合的离子与其等量的置换出来，按照所交换的种类，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。 阳离子交换树脂是以钠离子（Na +型）或氢离子型（H +型）置换溶液中的阳离子从而将其去除掉。置换反应为： 钠型 NaOR+M 2+?MR+2Na + 氢型 H 2R+M 2+?MR+2H + 反应式中R 表示树脂，M 2+表示阳离子。 阴离子交换树脂是以羟基（OH -）离子置换溶液中的阴离子，从而将其去除掉，置换反应式为： R(OH)+A 2-?RA+2OH - 反应式中R 表示树脂；A 2-表示阴离子。 离子交换吸附能力，在其他条件相同时，交换能力大小顺序如下：阳离子交换顺序（强酸性阳树脂）Fe 3+>Al 3+>Ca 2+>Mg 2+>K +>H +>Na +>H +>Li +。 阴离子交换顺序（强碱性阴树脂）为：草酸离子>柠檬酸离 子>-34PO >-24SO >Cl ->- 3NO 。 实际上，天然水中及工业废水中都不会只含有一种离子，通常都含有多种阳离子和多种阴离子，交换过程也复杂的多。就软化而言，含有多种阳离子和多种阴离子交换层时Cu 2+、Zn 2+、Ni 2+、Ca 2+、Mg 2+被吸附在树脂上，同时释放Na ，从而使水得到软化。当树脂的交换容量耗尽时，交换柱流出水的硬度就会超过规定值，这一情况称为穿透。此时，必须将树脂再生。再生前，应对交换柱进行反冲洗，以除去固体沉积物。阳离子交换柱再生方法是用盐溶液（）或用酸溶液（）流过交换柱；而阴离子交换柱再生方法是用氢氧化钠（）溶液或氢氧化铵（）溶液流过交换柱。再生后，用纯水冲洗交换柱以除去残留的无效离子。 如既需要软化水的硬度又要降低水的碱性，则可将OH 型和Na 型离子交换柱串联使用。利用阴阳树脂共同工作是目前制取纯水的基本方法之一。阳树脂自身可交换的H 与水中阳离子交换，去除阳离子；阴树脂官能团中的OH 与水中阴离
T11.离子交换实验（分离工程，指导教师：蒋崇文） 一、实验目的与要求 1. 学习采用离子交换树脂分离柠檬酸的基本原理。 2. 掌握离子交换法的基本操作技术。 3. 掌握离子交换法穿透曲线的测定方法 二、实验原理 待分离组分柠檬酸（H 3A 表示）的溶液，在与强碱性树脂（HOR 表示）进行离子交换时，交换组分之间遵守如下化学计量关系： 离子交换柱操作过程，可用流出曲线表征，称为穿透曲线，图11-1示。横坐标为流出液体的体积，纵坐标为流出液中离子浓度。流出曲线反映了恒定流速时，不同时刻流出液中离子浓度的变化规律。流出曲线中的a 和b 段，离子交换树脂未饱和，流出液中不含被交换离子，随着离子交换树脂开始饱和，流出液中开始出现被交换离子，流出液浓度为0.05C 0时称为穿透点c ，流出曲线中的d 段，离子交换树脂进一步被饱和，流出液中被交换离子继续增加，流出曲线到达e 点时，树脂被完全饱和，流出液中离子浓度达到进料液中水平0.95C 0成为饱和点。此时流出的体积为饱和体积。离子交换的实验装置图11-2示。 图11.1离子交换的穿透曲线 O H AR HOR A H 233333+→ +
三、试剂与材料 强碱型树脂，2mol/L盐酸溶液；2mol/L氢氧化钠溶液，0.1mol/L氢氧化钠溶液，1％酚酞指示剂。 四、器材 50cm×1cm交换柱，碱式滴定管，收集试管，烧杯，150ml锥形瓶。 五、实验步骤 1. 树脂的处理 将干的强碱型树脂用蒸馏水浸泡过夜，使之充分溶胀。用2倍体积的2mol/L的氢氧化钠浸泡1小时，倾去清液，洗至中性。再用2mol/L的盐酸处理，做法同上。如此重复2次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理用2mol/L的NaOH溶液进行，放尽碱液，用清水淋洗至中性待用。 2. 装柱 取直径1cm,长度50cm的交换柱，用脱脂棉塞住玻璃柱的下部。将柱垂直置于铁架上。自顶部注入上述经处理的树脂悬浮液，关闭层析柱出口，待树脂沉降后，放出过量溶液，再加入一些树脂，至树脂沉降至25cm的高度。 3．柠檬酸水溶液的滴定 用配置好的0.2mol/L的NaOH溶液滴定2ml配置好的柠檬酸水溶液中酸的浓度，以1%酚酞溶液作指示剂，共消耗NaOH溶液22.12ml。 4．柠檬酸的离子交换 用步骤3中的柠檬酸水溶液过柱，调节流速为0.5~1mL/min（1滴/秒），同时用试管开始收集流出液，每管收集5ml，共收集约15~20管。用0.1mol/L标准NaOH滴定收集液中酸的
离子交换树脂的再生 一、常规的再生处理 离子交换树脂使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，用药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中，为降低再生费用，要适当控制再生剂用量，使树脂的性能恢复到最经济合理的再生水平，通常控制性能恢复程度为70～80% 。如果要达到更高的再生水平，则再生剂量要大量增加，再生剂的利用率则下降。 树脂的再生应当根据树脂的种类、特性，以及运行的经济性，选择适当的再生药剂和工作条件。 树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生比较困难，需用再生剂量比理论值高相当多;而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生，所用再生剂量只需稍多于理论值。此外，大孔型和交联度低的树脂较易再生，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。 再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。例如：钠型强酸性阳树脂可用10%NaCl 溶液再生，用药量为其交换容量的2 倍(用NaCl 量为117g/ l 树脂);氢型强酸性树脂用强酸再生，用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此，宜先通入1～2% 的稀硫酸再生。 氯型强碱性树脂，主要以NaCl 溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的碱盐液再生，常规用量为每升树脂用150～200g NaCl ，及3～4g NaOH。OH 型强碱阴树脂则用4%NaOH 溶液再生。 树脂再生时的化学反应是树脂原先的交换吸附的逆反应。按化学反应平衡原理，提高化学反应某一方物质的浓度，可促进反应向另一方进行，故提高再生液浓度可加速再生反应，并达到较高的再生水平。 为加速再生化学反应，通常先将再生液加热至70～80℃。它通过树脂的流速一般为1～ 2 BV/h 。也可采用先快后慢的方法，以充分发挥再生剂的效能。再生时间约为一小时。随后用软水顺流冲洗树脂约一小时( 水量约4BV) ，待洗水排清之后，再用水反洗，至洗出液无色、无混浊为止。
离子交换实验装置使用说明 本实验装置由四根柱子组成，从左到右第一根为沙滤柱，第二根为阳离子交换柱，第三根为阴离子交换柱，第四根为阴、阳树脂混合交换柱。采用上进下出的进水方式进行处理实验。图中反冲洗管路没有画出。 使用本实验装置可以对自来水进行脱盐份处理；或者采用纯净水加盐的方法人工配制水进行处理实验；或者采用纯净水加重金属离子的方法，人工配制模拟重金属废水进行处理实验。 注意，由于本实验装置中的离子交换树脂量有限，为了延长树脂的使用寿命，故在配制实验用水时的浓度不宜过高，一般控制在10～50ppm之间。交换树脂的再生采用体外再生的方法进行，由于交换树脂的总量有限，再生又比较麻烦，故建议直接购买再生好的交换树脂进行更换（价格低廉）。 第一步：实验前的准备 1.检查关闭以下阀门 ①进水箱和出水箱的排空阀门。 ②进水流量计的调节阀。 2.将实验水倒入进水箱。 第二步：进行离子交换实验 1.首先制定好您的实验方案 ①如果采用自来水或纯水加盐的方法来进行脱盐处理实验，则要准备好盐度计。 ②如果采用配制重金属离子的实验水进行实验，则要准备好检测重金属的分析方法 和手段。 ③制定好进水流量和交换时间等一系列实验条件。 2.插上进水泵电源插头，水泵开始工作，慢慢打开流量计调节阀，让流量计转子处于 1/3位高度。慢慢打开最后一根离子交换柱的下端出水阀（不要开大），开至出水流量与进水流量基本平衡（流量计转子基本上处于1/3位高度）。然后再调节流量计至您所需要的实验流量，并开始计时。
3.实验水动态流经三根离子交换柱一定时间后（实验时间），慢慢打开阳柱和阴柱的 下端出水阀，分别取阳柱、阴柱和混合柱的出水，去测定相应的检测项目（如盐度、重金属离子浓度等）。阳柱和阴柱取完水样后要立即关闭出水阀。 4.在整个实验过程中，如果出现离子交换柱的上端积累空气太多的现象，则可打开上 端的排积气阀，排除多余的空气后关闭排积气阀门。 第三步：实验完毕后的整理 1.实验结束，关闭最后一根混合柱的出水阀，关闭进水流量计的调节阀。 2.拔掉进水泵电源插头。 3.放空进水箱和出水箱。 4.用自来水清洗进水箱和出水箱。 5.放空进水箱和出水箱的积水（沙滤柱和离子交换柱内始终保持满水状态），待下次 实验备用。 注意事项： 当设备长期不使用后重新开始使用，由于水泵的泵体中留有空气，可能会引起水泵的泵水情况不正常，或没有水被泵出。此时要立即关闭水泵，因为水泵的缺水运转很容易损坏水泵。请采用挤、捏皮管和一会儿开启水泵、一会儿关闭水泵的方法来排除空气，直至水泵正常工作为止。 离子交换实验指导 一、实验目的 1.通过本实验来加深理解离子交换树脂交换处理正负离子的原理。 2.测定该离子交换设备动态处理某种实验废水时的处理效果。 3.通过本实验让学生了解工业化离子交换树脂交换处理设备的工艺流程。 二、实验原理 1.阴、阳离子交换树脂的离子交换原理。 2.利用离子交换树脂的离子交换特性，结合相应的交换柱结构，开展动态的离子交换处理 实验。通过人工配制模拟废水或采用实际的工业废水，进行动态的离子交换处理实验。 通过相应的检测手段，得到离子交换处理结果。 三、实验器材 1. 动态处理的离子交换树脂实验设备 2.实验用水 由于整个实验设备内的交换树脂量有限，为了延长树脂的使用时间，我们建议采用低浓度的实验水进行离子交换实验。可以有以下几种方法配制实验用水开展实验： （1）使用纯净水+自来水进行脱盐份处理实验 自来水的总盐度一般在100——300ppm，采用纯净水将自来水稀释至30ppm左右的盐度开展离子交换实验，用盐度计或电导率仪来测定离子浓度的变化情况。 （2）使用纯净水+固体盐（NaCl）进行脱盐份处理实验 纯净水中加固体盐其盐份浓度的控制就比较方便，浓度可以控制在10——30ppm 范围，用盐度计或电导率仪来测定离子浓度的变化情况。 （3）使用纯净水+重金属离子进行脱重金属离子处理实验 纯净水中加重金属离子（Cu）的浓度控制也很方便，浓度可以控制在3——10ppm
一、常规的再生处理 离子交换树脂使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中，为降低再生费用，要适当控制再生剂用量，使树脂的性能恢复到最经济合理的再生水平，通常控制性能恢复程度为70～80%。如果要达到更高的再生水平，则再生剂量要大量增加，再生剂的利用率则下降。 树脂的再生应当根据树脂的种类、特性，以及运行的经济性，选择适当的再生药剂和工作条件。 树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生比较困难，需用再生剂量比理论值高相当多;而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生，所用再生剂量只需稍多于理论值。此外，大孔型和交联度低的树脂较易再生，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。 再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。例如：钠型强酸性阳树脂可用10%NaCl溶液再生，用药量为其交换容量的2倍(用NaCl量为117g/l树脂);氢型强酸性树脂用强酸再生，用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此，宜先通入1～2%的稀硫酸再生。 氯型强碱性树脂，主要以NaCl溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl+0.2%NaOH的碱盐液再生，常规用量为每升树脂用150～200gNaCl，及3～4gNaOH。OH型强碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生。 树脂再生时的化学反应是树脂原先的交换吸附的逆反应。按化学反应平衡原理，提高化学反应某一方物质的浓度，可促进反应向另一方进行，故提高再生液浓度可加速再生反应，并达到较高的再生水平。 为加速再生化学反应，通常先将再生液加热至70～80℃。它通过树脂的流速一般为1～2BV/h。也可采用先快后慢的方法，以充分发挥再生剂的效能。再生时间约为一小时。随后用软水顺流冲洗树脂约一小时(水量约4BV)，待洗水排清之后，再用水反洗，至洗出液无色、无混浊为止。 一些树脂在再生和反洗之后，要调校pH值。因为再生液常含有碱，树脂再生后即使经水洗，也常带碱性。而一些脱色树脂(特别是弱碱性树脂)宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸，使树脂pH值下降至6左右，再用水正洗，反洗各一次。 树脂在使用较长时间后，由于它所吸附的一部分杂质(特别是大分子有机胶体物质)不易被常规的再生处理所洗脱，逐渐积累而将树脂污染，使树脂效能降低。此时要用特殊的方法处理。例如：阳离子树脂受含氮的两性化合物污染，可用4%NaOH溶液处理，将它溶解而排掉;阴离子树脂受有机物污染，可提高碱盐溶液中的NaOH浓度至0.5～1.0%，以溶解有机物。