什么是离子交换?

[拼音]：lizi jiaohuan

[外文]：ionexchange process

用离子交换剂改变水中溶解物质的方法。在给水处理中常用于软化、除盐和制备高纯水。在废水处理中常用于电镀废水的处理、贵金属的回收等。

不溶于水的具有离子的粒料。最早用于水软化的离子交换剂是沸石（一种矿石碎粒，含钠的硅酸盐）。稍后有磺化煤（用发烟硫酸或浓硫酸处理过的烟煤或褐煤，含磺酸基）。现在大量使用的是各种合成离子交换树脂，有阳、阴之分。阳离子交换树脂的可交换离子是钠离子或氢离子。阴离子交换树脂的可交换离子是氢氧根离子。离子交换树脂对水中离子的交换有选择性，各种树脂不同。单位重量或体积的树脂对水中离子的交换量称交换容量，各种树脂也不同。所以，在应用时，要对树脂进行选择。

离子交换剂与水接触时，水中被交换的离子移于交换剂，交换剂上被交换的离子进入水中。这种交换可用反应式表示：B+RA→A+RB，式中B为水中离子；RA为交换剂，A为它的可交换离子。与一般离子反应不同的是，RA为固体。水中同性离子常有多种，交换时按交换剂的选择特性依次进行。再者，这个反应是可逆的，在大量供应离子 A的情况下，可以把RB再生为RA。

水的硬度是钙镁离子造成的。软化时一般应用钠型离子交换剂。钠离子交换水中的钙、镁离子，使后者降低到要求的浓度。苦咸水或海水的除盐（淡化），既要用氢离子交换水中的其他阳离子（主要是钙、镁离子），又要用氢氧根离子交换水中的其他阴离子（主要是硫酸根离子和氯离子），所以先用氢型阳离子交换处理，再用氢氧根型阴离子交换剂处理。用这种串联处理的离子交换技术可以取得蒸发所不能取得的高纯度水。为了避免交换剂因沾污而缩短寿命，来水在进行离子交换前，常先进行预处理，如过滤加活性炭吸附。

离子交换剂价格较贵，在交换容量耗竭后常就地再生，继续使用。用于软化的交换剂，一般用食盐溶液（浓度5～8％）再生；用于除盐的阳离子交换剂；一般用盐酸（浓度3～4％）再生。阴离子交换剂用氢氧化钠溶液(浓度2～3％)再生。再生时再生液的流向与交换时原水流向一致的称顺流再生；反之，称逆流再生。固定床采用逆流再生时，效果良好，生产中广泛采用。再生后排出的废液应妥善处置以免污染环境。

离子交换过程常在离子交换器中进行。离子交换器类似压力滤池，外壳为一钢罐；离子交换通常采用过滤方式，滤床由交换剂构成，底部为附有滤头的管系。管路布置适合交换、再生和反冲洗的需要。同快滤池（见过滤）一样，这种离子交换器的运行必然是间歇的，再生时不能同时交换。由于再生所需要的时间比较长，于是出现了交换与再生分设容器的装置，以缩短交换器停止工作的时间或使交换器连续运行。有多种设计、共同的特点是原水自下而上的流过交换器。交换剂的下层先饱和，饱和后用水流输送到再生器进行再生。而储存在再生器中的再生交换剂则从顶部送回交换器。再生交换剂送回交换器的做法有两种：一种是借助重力自己落入交换器（再生器设在上面，用一个浮球和交换器分隔，交换器停止工作时，浮球先落，再生交换剂也随着落下），这种装置称移动床装置。另一种做法是用水流送回交换器，称流动床装置。交换剂的输送常借助于射流泵。

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