離子交換技術特性

1. EDI與傳統混合離子交換技術相比有哪些特點

特點有：
1）能夠連續運行，不需要因為再生而備用一套設備；
2）模塊化組合方版便，運行權操作簡單；
3）水回收率高，EDI的濃水可以回收至反滲透進水；
4）佔地面積小，不需要再生和中和處理系統；
5）運行費用低，不使用酸鹼。

2. 離子交換分離法的特點

1 分離效率高，既能實現相反電荷離子的分離，又能實現相近電荷離子的分離。
2 應用范圍廣，可以用於分離、富集、純化。
3 使用方便，處理量大，多數可再生利用。
4 操作比較麻煩，周期長。

3. 簡述蒸餾和離子交換的工藝特點

蒸餾是一種熱力學的分離工藝，它利用混合液體或液-固體系中各組分沸點不同，使回低沸點組分蒸發，再冷凝答以分離整個組分的單元操作過程，是蒸發和冷凝兩種單元操作的聯合。與其它的分離手段，如萃取、過濾結晶等相比，它的優點在於不需使用系統組分以外的其它溶劑，從而保證不會引入新的雜質。
藉助於固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換，以達到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬於傳質分離過程的單元操作。離子交換是可逆的等當量交換反應。

4. 離子交換樹脂的工藝特性

陰陽離子交換樹脂工作原理：

離子交換是帶電粒子或離子的可逆交換與相同電荷的交換。當存在於不溶性陰陽離子交換樹脂樹脂基質上的離子有效地與周圍溶液中存在的類似電荷的離子交換位置時，​​會發生這種情況。
陰陽離子交換樹脂樹脂以這種方式起作用，因為它的官能團基本上是固定的離子，它們永久地結合在樹脂的聚合物基質中。這些帶電離子將容易與相反電荷的離子結合，這些離子通過施加抗衡離子溶液而被輸送。這些反離子將繼續與官能團結合，直至達到平衡。
在陰陽離子交換樹脂循環期間，將待處理的溶液加入陰陽離子交換樹脂樹脂床中並使其流過珠粒。當溶液移動通過陰陽離子交換樹脂樹脂時，樹脂的官能團吸引溶液中存在的任何抗衡離子。如果官能團對新抗衡離子的親和力大於已經存在的那些，那麼溶液中的離子將移除現有的離子並取代它們，通過共享的靜電吸引力與官能團結合。通常，離子的尺寸和/或價數越大，其與相反電荷的離子的親和力就越大。

讓我們將這些概念應用於典型的陰陽離子交換樹脂水軟化系統。在該實施例中，軟化機理由陽離子交換樹脂組成，其中磺酸根陰離子（SO 3 -）官能團固定在陰陽離子交換樹脂樹脂基質上。然後將含有鈉陽離子（Na +）的抗衡離子溶液施加到樹脂上。通過靜電吸引將Na +保持在固定的SO 3 -陰離子上，在樹脂中產生凈中性電荷。在活性陰陽離子交換樹脂循環期間，將含有硬離子（Ca 2+或Mg 2+）的流加入到陽離子交換樹脂中。自SO 3 -官能團對硬度陽離子的親和力大於對Na +離子的親和力，硬離子取代Na +離子，然後Na +離子作為處理流的一部分流出陰陽離子交換樹脂單元。另一方面，硬度離子（Ca 2+或Mg 2+）由陰陽離子交換樹脂樹脂保留。
陰陽離子交換樹脂成分有哪些？

陰陽離子交換樹脂樹脂基質通過在稱為聚合的過程中使烴鏈彼此交聯而形成。交聯使樹脂聚合物具有更強，更有彈性的結構和更大的容量（按體積計）。雖然大多數陰陽離子交換樹脂樹脂的化學組成是聚苯乙烯，但某些類型是由丙烯酸（丙烯腈或丙烯酸甲酯）製造的。然後樹脂聚合物經歷一種或多種化學處理以將官能團結合到位於整個基質中的離子交換位點。這些官能團賦予陰陽離子交換樹脂樹脂其分離能力，並且從一種樹脂到下一種樹脂會有很大差異。最常見的成分包括：
強酸陽離子（SAC）交換樹脂
SAC樹脂由聚苯乙烯基質和磺酸鹽（SO 3 -）官能團組成，其中帶有鈉離子（Na 2+）用於軟化應用，或氫離子（H +）用於脫礦質弱酸陽離子（WAC）交換樹脂。WAC樹脂由丙烯酸聚合物組成，該聚合物已用硫酸或苛性鈉水解以產生羧酸官能團。由於它們對氫離子（H +）的高親和力，WAC樹脂通常用於選擇性地除去與鹼度相關的陽離子。
強鹼陰離子（SBA）交換樹脂
SBA樹脂通常由經過氯甲基化和胺化的聚苯乙烯基質組成，以將陰離子固定到交換位點。1型SBA樹脂是通過應用三甲胺生產的，其產生氯離子（Cl -），而2型SBA樹脂通過應用二甲基乙醇胺生產，其產生氫氧根離子（OH -）。
弱鹼陰離子（WBA）交換樹脂
WBA樹脂通常由經過氯甲基化的聚苯乙烯基質組成，然後用二甲胺胺化。WBA樹脂的獨特之處在於它們不具有可交換的離子，因此用作酸吸收劑以除去與強無機酸相關的陰離子。

螯合樹脂
螯合樹脂是最常見的特種樹脂類型，用於選擇性去除某些金屬和其他物質。在大多數情況下，樹脂基質由聚苯乙烯組成，盡管多種物質用於官能團，包括硫醇，三乙基銨和氨基膦等。

5. 離子交換原理

離子交換的基本原理 離子交換的選擇性定義為離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著後要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的，而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。以D113型離子交換樹脂制備硫酸鈣晶須為例說明： D113丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂是一種大孔型離子交換樹脂，其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道，孔道裡面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當硫酸鋅溶液中的Zn2+，S042-擴散到樹脂的孔道中時，由於該樹脂對Zn2+選擇性強於對Ca2+的選擇性，，所以Zn2+就與樹脂孔道中的交換基團Ca2+發生快速的交換反應，被交換下來的Ca2+遇到擴散進入孔道的S042-發生沉澱反應，生成硫酸鈣沉澱。其過程大致為：
(1)邊界水膜內的擴散 水中的Zn2+，S042-離子向樹脂顆粒表面遷移，並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面； (2)交聯網孔內的擴散(或稱孔道擴散) Zn2+，S042-離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔，並進行擴散，到達交換點；
(3)離子交換 Zn2+與樹脂基團上的可交換的Ca2+進行交換反應；
(4)交聯網孔內的擴散 被交換下來的Ca2+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散；部分交換下來的Ca2+在擴散過程中遇到由外部擴散進入孔徑的S042-發生沉澱反應，生成CaS04沉澱；
(5)邊界水膜內的擴散 沒有發生沉澱反應的部分Ca2+擴散通過樹脂顆粒表面的邊界水膜層，並進入水溶液中。 此外，由於離子交換以及沉澱反應的速度很快，硫酸鈣沉澱基本在樹脂的孔道里生成，因此樹脂的孔道就限制了沉澱的生長及形貌，對其具有一定的規整作用。通過調整攪拌速度、反應溫度等外界條件，可以使樹脂顆粒及其內部孔道發生相應的變化，這樣當沉澱在樹脂孔道中生成後，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸鈣沉澱。

6. 離子交換膜的特點是什麼

1）離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。2）離子交換膜按功能及結構的不同，可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質復合物膜五種類型。3）離子交換膜的膜電阻和選擇透過性是膜的電化學性能的重要指標。陽離子在陽膜中透過性次序為： Li+＞Na+＞NH4+＞K+＞Rb+＞Cs+＞Ag+＞ Tl+＞Mg2+＞Zn2+＞Co2+＞Cd2+＞ Ni2+＞Ca2+＞Sr2+＞Pb2+＞Ba2+ 陰離子在陰膜中透過性次序為： F-＞CH3COO-＞HCOO-＞Cl-＞SCN-＞Br-＞ CrO4-＞NO3-＞I-＞(COO)2-(草酸根)＞SO42-4）離子交換膜可裝配成電滲析器而用於苦鹹水的淡化和鹽溶液的濃縮。

7. 離子交換樹脂的結構有什麼特點

離子交換樹脂是帶有可交換離子功能基團的具有三維網孔結構的高分子聚合物，其能夠與溶液中相應的陽離子或陰離子發生交換作用，達到吸附去除或富集提取的目的。

離子交換樹脂的結構由三部分組成：不溶性的三維空間網狀高分子骨架、連接在高分子骨架上的功能基團以及功能基團上所帶的可交換離子。

離子交換樹脂按照組成其分子骨架的物質不同，分為苯乙烯系、丙烯酸系、環氧系等；按照其可交換的離子性質分類，可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，而陽離子交換樹脂又可分為強酸陽離子交換樹脂與弱酸陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂又可分為強鹼陰離子交換樹脂與弱鹼陰離子交換樹脂；按照其內部孔道結構的不同，可分為大孔型離子交換樹脂與凝膠型離子交換樹脂。

（1）強酸陽離子交換樹脂

強酸陽離子交換樹脂分子骨架上帶有強酸性基團（如磺酸基－SO3H），在溶液中，強酸基團易離解出H+，故呈強酸性；而強酸功能基團上的負電基團（如－SO3—），能吸附結合溶液中的其他陽離子，使樹脂功能基團上解離的H+與溶液中的其他陽離子發生交換作用。強酸陽離子交換樹脂因其強酸功能基團解離能力強，因此，在酸性或鹼性溶液中功能基團均能發生解離並產生離子交換作用。

（2）弱酸陽離子交換樹脂

弱酸陽離子交換樹脂分子骨架上帶有弱酸性基團（如羧酸基－COOH），在溶液中，弱酸基團同樣可以解離出H+而呈酸性；而弱酸功能基團上的負電基團（如－COO—），能吸附結合溶液中的其他陽離子，使樹脂功能基團上解離的H+與溶液中的其他陽離子發生交換作用。但是因為弱酸陽離子交換樹脂所帶功能基團為弱酸基團，解離性較弱，低pH環境下不利於弱酸基團的解離，因此，弱酸陽離子交換樹脂適合在鹼性、中性或弱酸性溶液中（如pH：5～14）使用。

（3）強鹼陰離子交換樹脂

強鹼陰離子交換樹脂分子骨架上帶有強鹼性基團（如季胺基－NR3OH），強鹼基團能在溶液中離解出OH—而呈強鹼性；而強鹼基團上的正電基團（如－NR3+），能吸附結合溶液中的其他陰離子，使樹脂功能基團上解離的OH—與溶液中的其他陰離子發生交換作用。強鹼陰離子交換樹脂所帶強鹼基團具有很強的解離性能，在不同pH環境下均能正常使用。

（4）弱鹼陰離子交換樹脂

弱鹼陰離子交換樹脂分子骨架上帶有弱鹼基團（如伯胺基－NH2、仲胺基－NHR、叔胺基－NR2），弱鹼基團在溶液中也能解離出OH—而呈弱鹼性；弱鹼基團上的正電基團能吸附結合溶液中的其他陰離子，從而產生陰離子交換作用。因為弱鹼陰離子交換樹脂所帶弱鹼基團的解離性較弱，因此，其適合在中性或酸性條件下（如pH：1～9）下使用。

8. 離子交換法與反滲透法各有什麼特點

反滲透（RO）和離子交換（IE）的比較，反滲透與離子交換優缺點，由於水處理設備的工藝是根據不同的原水水質和出水要求而設計的，針對不同的原水水質特點而設計水處理方案才是最經濟有效的方案，同時也是出水水質長期穩定達到要求的保證。除鹽處理工藝的要求是多樣的，用戶對不同技術的看法也是不同。例如有些用戶希望用反滲透技術，而有些用戶則希望用更傳統的技術如離子交換，另外有些用戶則以低投資為主要考慮因素。

社會效益：反滲透是當今最先進的除鹽技術，利用反滲透對水進行除鹽，除鹽率在97％以上。該工藝工作量輕，維護量極小，反滲透實行自動操作，人員配置較少，操作管理方便。

離子交換是七十年代以來普遍採用的除鹽工藝，它是靠離子交換化學交換來完成對水進行除鹽。該工藝操作量較多名維護量較大，人員配置較多，從目前鍋爐除鹽水工藝系統應用來看，離子交換逐漸被反滲透工藝所取代。反滲透是以電能為動力，無需酸鹼再生，若離子交換的工作周期為1天，那麼採用反滲透脫除原水97%的鹽分，在用離子交換來擔負3%的鹽分，將使離子交換的工作周期延至長30天以上，極大程度減少酸鹼再生廢液的排放量，降低了對環境的影響，大大減輕了酸鹼排放廢水的處理負擔。離子交換除鹽化學交換，需要酸鹼再生，其再生頻率大，酸鹼用量大，對周圍的水和大氣環境均有較大程度的影響。