离子交换树脂在水处理系统中应用

2025-05-07 09:10

1、离子交换树脂定义：

离子交换树脂，是带有官能团、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。通常是球形颗粒物。离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架名称、基本名称组成。目前离子交换树脂广泛应用在水处理、化工、冶金、食品、制革、超纯制药等众多领域。

2、离子交换树脂分类：

离子交换树脂可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类。

3、水处理行业离子交换树脂的运用

水处理行业是离子交换树脂应用较早的领域之一，并且对于离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂生产量的90%。

在净水处理中，离子交换树脂可用于水质软化和脱盐、制取软化水、纯水和超纯水。

在废水处理中，主要利用离子交换树脂中的可交换离子和废水中的重金属离子发生交换反应，降低废水中的重金属浓度，从而实现深度净化。

① 离子树脂在水质软化中应用：

a. 软化过滤器组成及作用：

全自动软化水处理器主要由树脂罐、全自动多路控制阀和盐箱三个主要部分组成。树脂罐内装填离子交换树脂，用于吸附水中的钙、镁离子;多路控制阀是软化水处理设备的控制器，控制系统自动完成运行、再生、清洗、排污以及盐箱补水的循环过程。盐箱则用于储存食盐，以便在树脂再生时使用。 

b. 软化树脂的工作原理

软化树脂主要通过离子交换的方式去除水中的硬度离子。这些硬度离子主要包括钙离子(Ca2+)和镁离子(Mg2+)，它们是水硬度的主要来源。软化树脂内部含有大量的钠离子(Na+)，当水通过树脂时，树脂中的钠离子会与水中的钙,镁离子进行交换，从而去除水中的硬度离子。

c. 软化过滤器应用：

锅炉给水、空调系统补充水、换热器、造纸、印染、纺织、石油化工用水、生物制药、电子以及纯水系统的预处理、工业零排等方面

② 离子交换树脂纯化和超纯水制备中应用：

a. 阴阳床的定义

阴阳床，也称为离子交换器，是一种利用树脂的离子交换功能去除水中离子的水处理设备。其工作原理基于树脂的离子交换特性，通过树脂上的离子与水中相应离子的交换，达到去除水中离子的目的。

 

b. 工作原理

阴阳床由阳离子交换器和阴离子交换器串联而成。原水首先经过阳床，利用阳树脂吸附水中的阳离子，同时释放氢离子(H+)进入水中，使水呈酸性。随后，经过除碳器去除呈气态的二氧化碳，以确保阴离子交换柱在酸性环境下进行高效交换。最后，水通过阴床，利用阴树脂去除水中的阴离子。

c. 阴阳床应用领域。

在化工、电力、冶金等行业中，阴阳床常被用于锅炉给水的软化处理，以防止水垢生成和腐蚀问题;

在农业灌溉中，通过阴阳床处理后的水可以减少土壤盐碱化现象;

在海水淡化预处理中，阴阳床也能发挥重要作用，为后续的深度处理工艺提供有利条件。

③ 抛光混床在树脂纯化和超纯水制备中应用：

a. 抛光混床定义：

抛光树脂一般是应用在超纯水处理的末端，可以保证系统出水的水质可以达到用水的标准，一般出水的水质可以达到18兆欧以上，它是属于离子交换树脂的其中一种，抛光树脂主要是由氢型强酸性阳离子交换树脂和氢氧型强碱性阴离子交换树脂混合而成的。

b. 抛光树脂的工作原理

抛光树脂是指将阳，阴离子交换树脂放置在同一个交换床中，并且在运行之前是保持混合均匀的混床就是由阴，阳离子交换树脂组合而成的一种多级式复床，在混床树脂中，阴阳树脂是相互混合均匀的，所以阴阳离子交换树脂的反应几乎也是同时进行的。在经过H型阳离子交换所产生的氢离子和经过氢氧离子交换之后所产生的氢氧离子由于交换树脂不可以存储积累，会立即的生成离解度很低的水溶液。这样基本上就消除了反离子的影响，离子交换反应进行得比较彻底，所以抛光树脂的出水质量很高，当抛光树脂内部的离子耗尽之后，使用酸，碱溶液清洗树脂，可以有效的恢复氢和氢氧离子。使得树脂的工作能力可以得到恢复。

c. 应用领域

电子行业：半导体，电子工业使用的离子交换树脂中生产所需要用到的高纯水。

发电厂：火力发电厂的纯水处理中使用到的大量离子交换树脂;

合成化学和石油化学工业：离子交换树脂可以代替无机酸，碱，可以作为催化剂进行酯化作用水解，水合等反应;

制药行业：制药工业中离子交换树脂对发展新一代的抗菌素以及原有的抗菌素质量具有重要的改良作用;

④ 离子交换树脂在废水处理中应用：

阳离子交换树脂在废水处理中有着处理效率高，能实现多金属回收利用的优点。

如某些特定的螯合树脂，特定重金属离子的特点，利用螯合树脂的特种功能基团与重金属离子形成络合物的特性 ，实现重金属离子的回收利用及深度去除。

尤其在镍离子及络合态镍(柠檬酸、醋酸、苹果酸、酒石酸、琥珀酸、羟基乙酸等，以及锌镍合金镍铵络合物等)的处理方面有强的络合作用和应用优势，适合在酸性环境下直接对镍吸附。