离子交换和反渗透 .pdfVIP

水的离子交换处理为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换。这种方法

可以将水中离子态杂质清除得以较彻底，因而能制得很纯的水。

离子交换处理，必须用一种称做离子交换剂的物质（简称交换剂）来进行。这种物质遇水时，

可以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，离子交换剂的种类很多，有

天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分，大概情况如表所示。此外，按结构

特征来分，还有大孔型和凝胶型等。

离子交换剂的分类：

天然海绿砂

无机质

人造合成沸石

离子交换剂

碳质磺化煤强酸性磺酸基(-SO3H)

阳离子型

有机质弱酸性羧酸基（－COOH）

强碱性Ⅰ型｛-N(-CH3)3｝OH

离子交换树脂阴离子型Ⅱ型｛－N(CH3)2｝OH

弱碱性（－(NH3)OH、（＝NH2）OH

或（≡NH）OH

其他－氧化还原型、有机物清除除型等

在离子交换技术被发现和应用的初期，采用的只有天然的无机离子交换剂，如海绿砂。然而

这类物质不能用于酸性介质而且其交换容量较小，所以现已被人造离子交换剂所替代，特别

是由于合成离子交换树脂的制造成功，交换剂的品种不断增加，应用更为广泛。

第一节离子交换剂的结构

离子交换树脂属于高分子化合物，结构比较复杂.离子交换剂的结构可以被区分为两个部分：

一部分具有高分子的结构形式，称为离子交换剂的骨架；另一部分是带有可交换离子的基团

（称为活性集团），它们化合在高分子骨架上.所谓“骨架”，是因为它具有庞大的空间结构，

支持着整个化合物，正象动物的骨架支持着肌体一样，从化学的观点来说，它是一种不溶于

水的高分子化合物，现将常用离子交换剂的结构简单介绍如下。

一、磺化煤

磺化煤是一种半化合成的离子交换剂，它利用煤质本身的空间结构作为高分子骨架，用浓硫

酸处理的方法（称磺化）引入活性基团而制成。

磺化煤的活性基团，除了有由于磺化而引入的－SO3H外，还有一些煤质本身原有的基团（如

－COOH和－OH）以及因硫酸氧化作用生成的羧酸（－COOH），所以它实质上是一种混合

型离子交换剂。

磺化煤的价格比较便宜，是过去水处理系统中广泛应用的交换剂，但由于它有以下的缺点，

所以现在大都为合成离子交换树脂所替代：

⒈化学稳定性较差，特别是对于碱性强的水，抵抗力很差；

⒉机械强度不好，易碎；

⒊交换容量小，小于合成离子交换树脂的1／3；

⒋性能随原煤的品种而异,难保持稳定的产品质量。

二、离子交换树脂

高分子化合物一般是由许多低分子化合物头尾相结合、连成一大串而形成的。这些低分子化

合物称为单体，此化合过程称为聚合或缩合。离子交换树脂，根据其单体的种类，可分为苯

乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等。

⒈苯乙烯系离子交换树脂

苯乙烯系是现在我国电厂用得最广泛的一种，其制造工艺的第一步是用苯乙烯和二乙烯苯进

行共聚。

工业用二乙烯苯常常是它的各种异构体（约40％～55％）和乙基乙烯的混合物。所以在聚

合时，实际上这些组成物均聚合在高分子内。

由于在一个二乙烯苯的分子上有两个可以聚合的乙烯基，它可以将两个苯乙烯聚合键交联起

来，所以二乙烯苯称为架桥物质。在市场上买到的离子交换树脂所标称的交联度（简写为

DVB），就是指聚合时所用二乙烯苯的质量占苯乙烯总质量的百分率。交联度的大小对聚合

体的性能有很大的影响。最显著的影响是它的机械强度和密度是随交联度的增大而加大的。

现在，由于水处理工艺的需要，常在合成离子交换树脂时直接制成小球状。这种小球是将单

体放在水溶液中，使其在悬浮状态下聚合而成。由苯乙烯和二乙烯苯制得的是高分子化合物

聚苯乙烯，还没有可交换离子的基团，是半成品，称为白球。当将还些白球作进一步处理，

引入带有可交换离子的基团后，即可得阴、阳离子交换树脂。

⑴苯乙烯系磺酸型阳离子交换树脂。如将白球用浓硫酸处理，引入活性基团－SO3H，则可

制得磺酸型阳离子交换树脂。

⑵苯乙烯系阴离子交换