离子交换简答题

A. 离子交换器的工作原理

工作原理就是离子的交换。
运行时：阳树脂(H-R)+(M+)-->：(M-R)+(H+)
阴树脂(OH-R)+(X-)-->：(X-R)+(OH-)
其中M+为金属离子，X-为阴离子。
再生过程为其逆过程。
离子交换器的失效控制
离子交换除盐水处理最简单的流程为 阳床-阴床 组成的一级复床除盐系统。有的一级复床除盐系统采用单元制，即每套一级复床除盐系统包括 阳床、（除碳器）、阴床各一台，在离子交换除盐运行过程中，无论是阳床还是阴床先失效，都是同时再生；还有的一级复床除盐系统采用母管制，即阳床与阳床或阴床与阴床是并联运行的，哪一台交换器失效就再生哪一台。
1 检测和控制原理
强酸性阳树脂对水中各种阳离子的吸附顺序为：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ；由此可知，水中金属离子Na+被吸附的能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，H+.最后被其他阳离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的Na+；因此监督阳离子交换器失效是以漏钠为标准的；其反应方程为（A代表金属阳离子,R为树脂基团）：
An+ +nRH=RnA+n H+
HCO3- + H+ =H2O+CO2↑
强碱性阴树脂对水中各种阴离子的吸附顺序为：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，OH-.被其他阴离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的HSiO3-；因此监督阴离子交换器失效是以漏硅为标准的；其反应方程为（B代表酸根阴离子，R为树脂基团）：
Bm- +mROH=RmB+mOH-
2 控制点和控制方法
由于母管制系统包含了单元制系统,而且它具有能充分使用树脂、提高交换器的出水能力、降低酸碱消耗等优点，我们在研究中主要讨论以这种结构为基础的离子交换除盐水处理系统。
以成都生物制品研究所蛋白分离车间纯水站为例，该系统为母管制水处理系统，系统的结构为：砂滤-活性炭过滤-粗滤-阳床- 一阴-二阴-混床-精滤-纯水罐，系统产水能力为5 t/h，在系统的失效控制研究中，我们提出单元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系统的优点对系统进行失效控制。
（1）RO对各有机溶质的去除率大于NF膜。（2）不同有机溶质的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜对乙酸的吸光度去除率分别为95.34%、81.45%，而对苯胺的吸光度去除率则分别为61.50%、46.82%）。
3 出水水质
原水经一级复床除盐后，电导率（25℃）低于10μS/cm，水中硅含量低于100μg/L。

B. 离子交换是什么

离子交换法
一、前言
离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的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。

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：

1. 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。

2. 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+，对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换。

3. 强碱型阴离子交换树脂：主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之－N+(CH3)3，在氢氧形式下，－N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出，以进行交换，强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除。

4. 弱碱型阴离子交换树脂：具有较弱的反应基如氨基，仅能去除强酸中的阴离子如SO42-，Cl－或NO3－，对于HCO3－，CO32－或SiO42－则无法去除。

不论是离子交换树脂或是沸石，都有其一定的可交换基浓度，称为离子交换容量(ion exchange capacity)。对阳离子交换树脂而言，大约在200~500meq/100g。因为阳离子交换为一化学反应，故必须遵守质量平衡定律。离子交换树脂的一般方程式可以表示如下：
全文请看：
http://www.qlhw.cn/ShiYan/UploadFiles/200501/20050106235836920.doc

离子交换的基本知识
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。所以，在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中，它是一个必要的步骤。

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。
全文请看：
http://www.qlhw.cn/ShiYan/UploadFiles/200501/20050107000541376.doc

C. 什么是离子交换系统

离子交换器是利用阴、阳离子交换树脂的交换吸附性能，去除水版中的各种阴、阳离子，达权到脱盐的目的。离子交换器按单台设备分类有阳床、阴床、混床，在水处理应用中，以多种组合形式组成多种除盐系统，以达到设计要求。离子交换器是制备高纯水的必备设备，广泛应用于医药、化工、电子、电镀、锅炉等领域，与反渗透、电渗析组合处理后的水质电阻率可达到1～18M
.CM。电除离子系统（EDI）
EDI（Electrodeionization）技术将电渗析技术和离子交换技术有机地结合在一起，可有效地去除水中微量的电解质离子杂质，连续24小时制取高品质纯水，具有安装简单、作维护方便、无需酸碱再生、不污染环境等优点。
工作原理EDI膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在每个单元内有两类不同的室：待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满，这些树脂位于两个膜之间：只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。
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D. 什么叫阳离子交换什么叫阴离子交换

、离子交换树脂的组成
离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构专高分子化合物，其结构由三部分组成属：不溶性的三维空间网状骨架，连接在骨架上的功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。
阳离子交换树脂：骨架上结合有磺酸基(-SO3H)（强酸性阳离子交换树脂）或羧酸基(-COOH)(弱酸性阳离子交换树脂）。
阴离子交换树脂：骨架上结合有季铵基(强碱性阴离子交换树脂)，伯胺基、仲胺基、叔胺基（弱碱性阴离子交换树脂）。
二、离子交换树脂的分类
按骨架结构不同：凝胶型(干态无孔，吸水后产生微孔)和大孔型(树脂内部无论干、湿或收缩、溶胀都存在着比凝胶型树脂更大、更多的孔)。
根据所带的功能基团的特性：阳离子交换树脂（带酸性功能基，能与阳离子进行交换）、阴离子交换树脂（带碱性功能基，能与阴离子进行交换）和其它树脂。

E. 什么是离子交换法，它有哪些用途

离子交换系统又叫除盐系统，看名字就知道干嘛用的。
离子交换器分阴离子交换器、专阳离子属交换器、混合离子交换器，俗称阴床、阳床、混床。
前俩个组一起就是最简单的一级除盐系统，阳床可以单独使用作软水器（去除钙镁等硬度离子），混床一般制高纯水才会用。
现在离子交换法用的比以前少了，大多新建的制水系统都用膜法处理（超滤膜、反渗透膜、脱气膜、EDI），占地和维护优势大得多，也有膜和混床一起用的系统。

总得来说，离子交换法主要用来去除水中离子，得到纯度更高的水。也有一些实验室用的离子交换萃取还是神马的，那个不懂了╮(╯▽╰)╭

F. 什么是离子交换过程,影响离子交换过程的因素有哪些

离子交换是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的.它是一种属于传质分离过程的单元操作.
离子交换法
一、前言
离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的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.
离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.1mm,其离子交换能力依其交换能力特征可分：
1.
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.
2.
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+,对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换.
3.
强碱型阴离子交换树脂：主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之－N+(CH3)3,在氢氧形式下,－N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出,以进行交换,强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除.
4.
弱碱型阴离子交换树脂：具有较弱的反应基如氨基,仅能去除强酸中的阴离子如SO42-,Cl－或NO3－,对于HCO3－,CO32－或SiO42－则无法去除.
不论是离子交换树脂或是沸石,都有其一定的可交换基浓度,称为离子交换容量(ion exchange capacity).对阳离子交换树脂而言,大约在200~500meq/100g.因为阳离子交换为一化学反应,故必须遵守质量平衡定律.离子交换树脂的一般方程式可以表示如下：
全文请看：
离子交换的基本知识
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.所以,在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中,它是一个必要的步骤.
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.
全文请看：

G. 离子交换法的发展历程

因为超滤膜反渗透膜的飞速发展，离子交换法在很多领域正逐步退出市场。
特别在处理水版量较大的行业，如权电厂、水厂等，因为膜法处理占地面积小（就目前见过的，同等产水占地至少小一半），维护简便，
因此即使初期投资比离子交换法大，很多新建水处理项目还是采用膜法处理。

但是离子交换法有些技术还不是膜法能达到，其出水较混床纯度低，因此需要制取高纯水等级的
经常采用膜法+离子交换混合使用，或者加用EDI。离子交换还有些设备暂时没有其他可以替代，例如高速混床。

离子交换的发展方向就是树脂交换速度更快，结构更稳定耐用。交换容量更大这些方面了。

说实话我不看好离子交换的未来，我就是学这个，毕业也在电厂用过离子交换和膜法，膜法优势实在太大，占地小、维护简单、维护一般不涉及酸碱（化学清洗除外）。只有混床是好东西，膜法要达到同样效果只有用EDI，那投资和运行成本比混床高，虽然占地、维护还是劣势，但费用比混床高多了。

以上就是我了解的离子交换法在水处理行业的境遇，至于其他离子交换法法用途，例如层析、萃取等实验室用途，不了解╮(╯▽╰)╭

看树脂种类，发展历史，你可以找找美国罗门哈斯树脂，那是全球最大树脂供应商，品质也是最好那批。

H. 询问离子通道、离子交换、离子泵的区别的通俗解释

离子通道就是一个简单的蛋白通道,不结合ATP,离子沿通道顺浓度差跨膜.常见的有Na离子专通道和K离子通道（动作电位）属.
离子交换,我知道的只有一个Na-K-ATP酶.顾名思义,这个蛋白结合ATP.离子逆浓度差跨膜（静息电位的产生）,过程中消耗ATP改变酶构象以结合Na或K.
离子泵,我也只知道一个,就是H-ATP酶.这个酶是高等生物形成ATP的最主要手段.膜外高浓度的H离子顺浓度差进入细胞（线粒体）,同时酶利用这种势能从ADP及Pi合成ATP.（如果细胞（线粒体）内H离子浓度过高,此酶还可以利用ATP将H离子排出）.

I. 离子交换柱的工作原理是什么

离子复交换柱的原理制

采用离子交换方法，可以把水中呈离子态的阳、阴离子去除，以氯化钠（NaCl）代表水中无机盐类，水质除盐的基本反应可以用下列方程式表达：

1、阳离子交换树脂：R—H+Na+→R-Na+H+

2、阴离子交换树脂：R—OH+CL-→R-CL+OH+

阳、阴离子交换树脂总的反应式即可写成：

RH+ROH+NaCL—RNa+RCL+H2O

由此可看出，水中的Nacl已分别被树脂上的H+和OH-所取代，而反应生成物只有H2O，故达到了去除水中盐的作用。

3、混合离子交换柱（混床）：混床是装阳、阴树脂按一定比例（一般为1:2,以便阳、阴树脂同时达到交换终点而同时再生）装入混合柱而成，实际上它组合成了水中的H+和OH-立即生成电离度很小的水分子（H2O）,几乎不存在阳床或阴床交换时产生的逆交换现象，故可以使交换反应进行得十分彻底，因而混合床的出水水质优于阳、阴床串联组成的复床所能达到的水质，能制取纯度相当高的成品水。