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第四章 离子交换法处理工业给水 4.1 离子交换树脂概述 离子交换剂包括：无机离子交换剂（天然：海绿沙、合成：泡沸石）、有机离子交换剂[人造碳质：磺化煤、有机合成离子交换树（阳离子交换树脂和阴离子交换树脂）]等。当前，普遍应用于水处理的离子交换剂的物质是有机合成离子交换树脂。 离子交换树脂作为水处理中最常用的离子交换剂，其是由交联结构的高分子骨架（称为母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子电解质。 一、离子交换树脂的组成 离子交换树脂的化学结构分为不溶性树脂母体和活性基团两部分。树脂母体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。故离子交换树脂主要包括三个部分，即单体（有机化合物）、交联剂、活性基团 1.单体：它是能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是离子交换树脂的主要成分，也称为母体。 2.交联剂：它是能在线性结构分子缩聚时起架桥作用，而使其分子中的基团键合成不溶的网状体结构的物质。常用的交联剂是二乙烯苯 3.交换（活性）基团：它是联结在单体上的具有活性离子（可交换离子）的基团。它可以由有离解能力的低分子[如硫酸H2SO4、有机胺 N(CH3)3等] 通过化学反应引接到树脂内；也可由带有离解基团的单体（如甲基丙烯酸）直接聚合。 二、离子交换树脂的结构 1、离子交换树脂的内部结构 （1）高分子骨架 由交联的高分子聚合物组成； （2）离子交换基团 它连在高分子骨架上，带有可交换离子（称为反离子）的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； （3）孔 它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔（凝胶孔）和高分子结构之间的孔（毛细孔）。 在交联结构的高分子基体（骨架）上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团（活性基团）也是由两部分组成：固定部分和活动部分。 交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子； 交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。 2、 离子树脂的生产 其生产方法有两种：1、先合成母体，在引入活性基团。 2、先合成含有活性基团的单体，在聚合 一般常用第一种方法。 以苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂的合成为例 三、离子交换树脂的分类 （1）按照交换基团的性质不同可分为： 凡与溶液中阳离子进行交换反应的树脂，称为阳离子交换树脂。反离子是：氢离子及金属离子。 凡与溶液中的阴离子进行交换反应的树脂，称为阴离子交换树脂。反离子是：氢氧根离子和酸根离子。 （2）按照离子交换树脂的孔型分类有： 凝胶型树脂：为均相高分子凝胶结构，在其所形成的球体内部，由单体聚合成的链状大分子在交联剂的连接下组成空间结构。 其孔径大小与树脂的交联度和膨胀程度有关。交联度越大，孔径越小；湿树脂孔径大，干树脂孔径小。 特点：孔径极小，平均为1~2nm。只能通过直径很小的离子，直径较大的分子通过时，则容易堵塞孔道而影响树脂交换能力 四、离子交换树脂的命名 离子交换树脂产品的型号是根据国家标准《离子交换树脂产品分类、命名及型号》而制定。 1．名称 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基团）名称以及基本名称依次排列组成的。 2．型号 离子交换树脂产品 的型号以三位阿拉伯数字组成：第一位数字代表产品分类，第二位数字代表骨架组成，第三位数字为顺序号，用以区别活性基团或交联剂的差异。 五、离子交换树脂的基本性能 1. 交换树脂的物理性能 （1）颜色：离子交换树脂依其组成不同，呈现的颜色也各不相同：黄色、赤褐色、黑色等。一般交联剂多、杂质多，树脂的颜色就深。 （4）密度：单位体积树脂的质量称为离子交换树脂的密度，密度单位：g/mL，或kg/L。分为干态密度和湿态密度。湿态密度又分为湿真密度和湿干密度（P398）。 湿态树脂的真体积是指湿态树脂本身所占的体积（不包括树脂颗料之间的空隙）。离子交换树脂的反洗强度、膨胀率及分层特性与湿真密度有关。一般1.04-1.3。 湿树脂的视体积是指离子交换树脂以紧密的无规律排列方式在量器中占有的体积，包括树脂颗粒的固有体积及颗粒间的空隙体积。湿视密度是用来计算离子交换器中装载树脂时所需湿树脂量的主要数据。一般0.60-0.85mg/L。 （5）含水率 树脂的含水率是指在水中充分膨胀的湿树脂中所含水分的百分数。 含水率和树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容积、离子形态等有关。它可以反映离子交换