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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：

强酸型阳离子交换树脂：主要含有强酸性的反应基如磺酸基（－

SO3H），此离子交换树脂可以交换所有的

阳离子。

弱酸型阳离子交换树脂：具有较弱的反应基如羧基（－COOH基），

此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子

如Ca2+、Mg2+。

1.种类和性能

离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多

糖厂制造精糖和高级食用糖浆，多数使用离子交换树脂将糖液脱色提

纯，而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使用离子交换树脂的

趋势。

离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺

化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是，随着现代有机合成工业

技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开

发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是

高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达

数百种，年产量数十万吨。

在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范

围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工

作寿命长，运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂

为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各

具独特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。

离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。

离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课

题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛

的研究