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離子交換樹脂在水處理系統中應用

2025-05-07 09:10

1、離子交換樹脂定義：

離子交換樹脂，是帶有官能團、具有網狀結構、不溶性的高分子化合物。通常是球形顆粒物。離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架名稱、基本名稱組成。目前離子交換樹脂廣泛應用在水處理、化工、冶金、食品、制革、超純制藥等眾多領域。

2、離子交換樹脂分類：

離子交換樹脂可以根據其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。樹脂中化學活性基團的種類決定了樹脂的主要性質和類別。首先區分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類，它們可分別與溶液中的陽離子和陰離子進行離子交換。陽離子樹脂又分為強酸性和弱酸性兩類，陰離子樹脂又分為強堿性和弱堿性兩類。

3、水處理行業離子交換樹脂的運用

水處理行業是離子交換樹脂應用較早的領域之一，并且對于離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂生產量的90%。

在凈水處理中，離子交換樹脂可用于水質軟化和脫鹽、制取軟化水、純水和超純水。

在廢水處理中，主要利用離子交換樹脂中的可交換離子和廢水中的重金屬離子發生交換反應，降低廢水中的重金屬濃度，從而實現深度凈化。

① 離子樹脂在水質軟化中應用：

a. 軟化過濾器組成及作用：

全自動軟化水處理器主要由樹脂罐、全自動多路控制閥和鹽箱三個主要部分組成。樹脂罐內裝填離子交換樹脂，用于吸附水中的鈣、鎂離子;多路控制閥是軟化水處理設備的控制器，控制系統自動完成運行、再生、清洗、排污以及鹽箱補水的循環過程。鹽箱則用于儲存食鹽，以便在樹脂再生時使用。 

b. 軟化樹脂的工作原理

軟化樹脂主要通過離子交換的方式去除水中的硬度離子。這些硬度離子主要包括鈣離子(Ca2+)和鎂離子(Mg2+)，它們是水硬度的主要來源。軟化樹脂內部含有大量的鈉離子(Na+)，當水通過樹脂時，樹脂中的鈉離子會與水中的鈣,鎂離子進行交換，從而去除水中的硬度離子。

c. 軟化過濾器應用：

鍋爐給水、空調系統補充水、換熱器、造紙、印染、紡織、石油化工用水、生物制藥、電子以及純水系統的預處理、工業零排等方面

② 離子交換樹脂純化和超純水制備中應用：

a. 陰陽床的定義

陰陽床，也稱為離子交換器，是一種利用樹脂的離子交換功能去除水中離子的水處理設備。其工作原理基于樹脂的離子交換特性，通過樹脂上的離子與水中相應離子的交換，達到去除水中離子的目的。

 

b. 工作原理

陰陽床由陽離子交換器和陰離子交換器串聯而成。原水首先經過陽床，利用陽樹脂吸附水中的陽離子，同時釋放氫離子(H+)進入水中，使水呈酸性。隨后，經過除碳器去除呈氣態的二氧化碳，以確保陰離子交換柱在酸性環境下進行高效交換。最后，水通過陰床，利用陰樹脂去除水中的陰離子。

c. 陰陽床應用領域。

在化工、電力、冶金等行業中，陰陽床常被用于鍋爐給水的軟化處理，以防止水垢生成和腐蝕問題;

在農業灌溉中，通過陰陽床處理后的水可以減少土壤鹽堿化現象;

在海水淡化預處理中，陰陽床也能發揮重要作用，為后續的深度處理工藝提供有利條件。

③ 拋光混床在樹脂純化和超純水制備中應用：

a. 拋光混床定義：

拋光樹脂一般是應用在超純水處理的末端，可以保證系統出水的水質可以達到用水的標準，一般出水的水質可以達到18兆歐以上，它是屬于離子交換樹脂的其中一種，拋光樹脂主要是由氫型強酸性陽離子交換樹脂和氫氧型強堿性陰離子交換樹脂混合而成的。

b. 拋光樹脂的工作原理

拋光樹脂是指將陽，陰離子交換樹脂放置在同一個交換床中，并且在運行之前是保持混合均勻的混床就是由陰，陽離子交換樹脂組合而成的一種多級式復床，在混床樹脂中，陰陽樹脂是相互混合均勻的，所以陰陽離子交換樹脂的反應幾乎也是同時進行的。在經過H型陽離子交換所產生的氫離子和經過氫氧離子交換之后所產生的氫氧離子由于交換樹脂不可以存儲積累，會立即的生成離解度很低的水溶液。這樣基本上就消除了反離子的影響，離子交換反應進行得比較徹底，所以拋光樹脂的出水質量很高，當拋光樹脂內部的離子耗盡之后，使用酸，堿溶液清洗樹脂，可以有效的恢復氫和氫氧離子。使得樹脂的工作能力可以得到恢復。

c. 應用領域

電子行業：半導體，電子工業使用的離子交換樹脂中生產所需要用到的高純水。

發電廠：火力發電廠的純水處理中使用到的大量離子交換樹脂;

合成化學和石油化學工業：離子交換樹脂可以代替無機酸，堿，可以作為催化劑進行酯化作用水解，水合等反應;

制藥行業：制藥工業中離子交換樹脂對發展新一代的抗菌素以及原有的抗菌素質量具有重要的改良作用;

④ 離子交換樹脂在廢水處理中應用：

陽離子交換樹脂在廢水處理中有著處理效率高，能實現多金屬回收利用的優點。

如某些特定的螯合樹脂，特定重金屬離子的特點，利用螯合樹脂的特種功能基團與重金屬離子形成絡合物的特性 ，實現重金屬離子的回收利用及深度去除。

尤其在鎳離子及絡合態鎳(檸檬酸、醋酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸、羥基乙酸等，以及鋅鎳合金鎳銨絡合物等)的處理方面有強的絡合作用和應用優勢，適合在酸性環境下直接對鎳吸附。