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离子交换树脂软化工作原理



自然水体的无机盐以多种阴阳离子形式存在,阳离子主要包括Ca2+、Mg2+、Na+、K+,阴离子主要包括CO23-、HCO-3、SO24-、C1-、NO-3


当系统给水被浓缩时,CaCO3、CaSO4、MgSO4等难溶盐首先饱和析出。软化工艺是用离子交换树脂中的钠置换出原水中构成难溶盐的Ca2+、Mg2+,以防止难溶盐的饱和析出。


水处理用离子交换树脂是由空间网状结构母体与附属在母体上的活性功能团构成的不溶性高分子化合物。带有酸性功能团的交换树脂称为阳离子交换树脂。当活性功能团的可交换离子为Na+时,树脂称为钠型阳离子交换树脂。交换树脂的置换反应遵循下述两项原则。


① 各离子浓度相等的低含盐量水体中,阳离子交换树脂交换阳离子的选择性次序为:

 Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>H+


② 水体中各离子浓度不相等时,高浓度离子将被优先交换。

由于一般系统原水中Ca2+、Mg2+浓度远大于Fe3+、A13+浓度,Ca2+、Mg2+等硬度离子将优先进行交换反应,故该离子交换工艺称为软化工艺。用钠离子交换树脂进行软化处理的过程是使原水径流通过钠型阳离子交换树脂,让水中高浓度的Ca2+、Mg2+与树脂中高浓度的Na+相交换,从而减少水中的Ca2+、Mg2+浓度,实现水体的软化。


如以R表征树脂母体即树脂的网状结构,以RNa表征树脂中活性功能团的可交换离子Na与钠型树脂,则表征了离子交换的互逆反应过程。交换过程中,因树脂中的Na+浓度高,反应向右侧转移。钠离子交换树脂对Ca2+、Mg2+交换饱和后,为恢复交换功能需要进行处理。过程中盐液中的Na+浓度高,反应向左侧转移。


树脂的置换反应以mo1为单位,钙、镁、钠的毫克当量分别为20.0、12.1、23.0,钙、镁与钠的等毫克当量交换即软化过程中,水体总含盐量将略有上升。

离子交换树脂

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