离子交换法制纯水报告.docVIP

5.画出去纯水的流出曲线

(电阻率Ω·cm~纯水的体积L)

6.设计一套3吨/小时的纯水装置，画出流程图

实验目的

（1）通过实验使同学们加深对离子交换原理的理解，掌握纯水的生产过程；

（2）使同学们学会根据实验所得数据自己设计一套纯水生产工序。

2.实验原理

离子交换树脂是一种有机高分子离子交换剂，它在水、酸、碱中不溶解，对有机溶剂、氧化剂、还原剂和其它化学试剂具有一定的稳定性，对热也较稳定。为直径0.90-0.45mm（20-40目）半透明或不透明的球状物。在离子交换树脂网状结构的骨架上有许多可以与溶液中离子起交换作用的活性基团。根据活性基团的不同，在阳离子交换树脂中又分为强酸性和弱酸性离子交换树脂，在阴离子交换树脂中，又分为强碱性和弱碱性离子交换树脂。制取纯水一般选用强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。离子交换树脂的交换机理如下所示。

强酸性阳离子交换树脂：

氢型钠型

强碱性阴离子交换树脂：

氢氧型氯型

式中R表示离子交换树脂本体，用Na+和Cl-分别代表水中的阴阳离子杂质，交换下来的OH-和H+结合成水。上述离子交换反应是可逆的。市售的树脂一般为钠型(阳离子树脂)和氯型(阴离子树脂)，可用酸碱分别处理成氢型和氢氧型，当原水流过树脂时产生上述交换反应。失效的树脂变为钠型和氯型，分别用酸和碱处理，交换反应向相反方向进行，树脂又转变为氢型和氢氧型，这叫做离子交换树脂的再生。离子交换制取纯水，一般在交换柱中进行，树脂层高度与内径之比至少要大于5:1，从柱上部通入要处理的水，下部流出离子交换水，这种交换方式称为固定床。

自来水通过阳离子交换柱(简称阳柱)除去阳离子，再通过阴离子交换柱(简称阴柱)除去阴离子，出水即可使用，但水质不太好，pH值大于7。含盐量低于500mg／L的原水通过复床后得到的净化水电阻率大于0.1MΩ·cm.为了提高水质，可串联一个阴、阳树脂混合的“混合柱”，得到纯水。离子交换制纯水的流程可分为几种：单床、复床(阳柱—阴柱)、混合床。选用复床—混合床系统能很好地满足各种化验工作对水质的要求。流程见下图。大型制取纯水装置可在阳柱后面加二氧化碳脱气塔，脱除二氧化碳，以减轻阴柱的负荷。交换柱的排列，要求原水先经过阳柱，再流入阴柱，因为原水如果直接通入阴柱，交换下来的OH-会与水中的阳离子杂质生成难溶沉淀，吸附在阴离子树脂表面，使其交换容量降低。

图1离子交换法制纯水流程图

阴离子树脂在酸性介质中易于交换，阳柱出水偏酸性，可提高阴离子树脂交换效率。弱酸柱的主要目的是调节出水的PH值并尽一步除去水中的阳离子。

混合床出水水质比复床高，可达5MΩ·cm以上。因为复床中树脂的交换效率随着水的pH值变化而变化，在阳柱中，随着H＋的产生，水的pH值逐渐降低，逆反应增加。在阴柱中，随着OH-的产生，水的pH值逐渐增高，逆反应也增加，因此复床出水水质不太高。而混床就不同了，它将阴阳树脂混合使用，相当于无数个复床，始终在PH接近中性的情况下进行离子交换反应，因此能制得高纯度的水。混合床可以利用树脂密度不同用水反洗分层，在柱中分别再生，因此混床具有设备少，出水水质高的优点，但再生操作比单床复杂。混床应连接在复床后面，以延长工作周期。小型化验室可以将混床接在反渗透装置后面直接制取纯水。

实验器材与试剂

3.1实验器材

电导率仪、离子交换柱（四根）、连接管与管件若干

3.2实验试剂

氢氧化钠（配制成1mol/L）、盐酸（配制成1mol/L）、离子交换树脂（强酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂）、pH试纸

实验步骤

4.1准备树脂和再生剂

(1)树脂用量单柱装入柱高的2/3(按膨胀后的树脂体积计算)。混柱装入柱高的3/5，阳离子树脂与阴离子树脂的比例约为1:2。先装阳树脂再接着装阴离子树脂，装至2倍阳离子树脂体积即可。

(2)再生剂的用量和配方再生阳离子树脂用5％HCl(化学纯)，用量为树脂体积的2倍。再生阴离子树脂用5％NaOH(化学纯)，用量为树脂体积的2倍。

4.2树脂的预处理

新树脂常含有低分子物质和高分子组分的分解产物。当树脂与水、酸、碱溶液接触时，上述这些有机杂质(磺酸、胺类等)会进入溶液。树脂中还含有铁、铅、铜等金属离子。因此，在使用前必须进行预处理，除去树脂中的杂质，并将树脂转变成所需要的型式。

阳离子交换树脂的预处理方法是；将树脂置于塑料容器中，用清水漂洗，直到排水清晰为止。用水浸泡树脂12～24h，使其充分膨胀。如为干树脂，应先用