硬水軟化的方法.doc

硬水軟化的方法一、軟水和硬水： 水是日常生活中不可缺少的物質(zhì)。天然水在長期與空氣、巖石和土壤等長期接觸，溶解了許多無機鹽、有機物等雜質(zhì)，因而天然水一般均含有雜質(zhì)。(水中溶解的無機鹽有鈣和鎂的酸式碳酸鹽、碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等)。(提問) 一般天然水里含有哪些離子？ 根據(jù)水中溶有的鈣鎂離子的量多少，可以將水進行分類：硬水：含有較多Ca2+、Mg2+離子的水。（如：天然水等）軟水：含有較少Ca2+、Mg2+離子的水。（如：雨水，蒸餾水等）二、硬水的性質(zhì)及分類：1、硬水的通性： 肥皂水制備：將中性肥皂削成薄片，取10g溶于 100mL 80%的酒精中，靜置數(shù)日后，傾出上層清液，再用80%的酒精稀釋10倍。 天然水：要先進行檢驗，如Ca2+、Mg2+離子含量較少，可適當溶進少量的可溶性鈣、鎂鹽，以使與蒸餾水有明顯區(qū)別。水的硬度：以水中溶有Ca2+、Mg2+離子的多少來衡量。水的硬度是天然水固有的內(nèi)在特征，不存在沒有硬度的天然水。 國際上對水的硬度的表示方法很不統(tǒng)一。我國目前以“德國度”表示。該方法是：將水中的Ca2+、Mg2+離子都看作Ca2+離子，并將其質(zhì)量折算成CaO的質(zhì)量，1L 水中含有10mg CaO 稱為1度。0 4 度 很軟的水4 8 度 軟水8 16 度 中硬水16 30 度 硬水30以上 最硬水 為保證人們身體健康，我國飲用水的硬度統(tǒng)一規(guī)定為不超過25度。 2、硬水的分類： 由引起硬水的原因不同，硬水可分為： 暫時硬水：由鈣和鎂的碳酸氫鹽所引起的硬水硬水 永久硬水：由鈣的鎂的硫酸鹽、氯化物等引起的硬水。 天然水大多同時具有暫時硬度和永久硬度.因此,一般所說水的硬度是泛指上述兩種硬度的總和。3、暫時硬水的性質(zhì)： 由于暫時硬水是由碳酸氫鹽所引起的，因而當暫時硬水受熱時會分解而得到相應(yīng)的沉淀如： Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 = MgCO3 + CO2 + H2O 但由于氫氧化鎂的溶解性比碳酸鎂的溶解性要小得多，因而繼續(xù)加熱時，碳酸鎂要轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂： MgCO3 + 2H2O = Mg(OH)2 + CO2 因而長期加熱暫時硬水得到的水垢是碳酸鈣和氫氧化鎂的混合物。利用這個性質(zhì)可區(qū)別暫時硬水與永久硬水。三、硬水的軟化： 概念：降低水中鈣、鎂離子的含量，就叫做硬水的軟化。 軟化硬水常用有方法： (一) 加熱煮沸法：只能降低水的暫時硬度，不能降低永久硬度。 (二) 藥劑軟化法：（石灰純堿法） 利用加入藥劑的方法來降低水中鈣、鎂離子的含量。 (三)離子交換法： 離子交換劑包括天然或或人造沸石、磺化煤和離子交換樹脂等物質(zhì)。 磺化煤使硬水軟化的原理： 當硬水通過時，硬水里的鈣離子和鎂離子與磺化煤的鈉離子發(fā)生離子交換，生成CaR2和MgR2 ，因而實現(xiàn)溶液中的鈣、鎂離子含量的降低，硬水軟化。其方程式為： 2NaR + Ca2+ = CaR2 + 2Na+ 2NaR + Mg2+ = MgR2 + 2Na+ 硬水又分為暫時硬水和永久硬水。暫時硬水的硬度是由碳酸氫鈣與碳酸氫鎂引起的，經(jīng)煮沸后可被去掉，這種硬度又叫碳酸鹽硬度。永久硬水的硬度是由硫酸鈣和硫酸鎂等鹽類物質(zhì)引起的，經(jīng)煮沸后不能去除。以上兩種硬度合稱為總硬度。 當水滴在大氣中凝聚時，會溶解空氣中的二氧化碳形成碳酸。碳酸最終隨雨水落到地面上，然后滲過土壤到達巖石層，溶解石灰（碳酸鈣和碳酸鎂）產(chǎn)生暫時硬水。一些地區(qū)的溶洞和溶洞附近的硬水就是這樣形成的。 硬水有許多缺點：1.和肥皂反應(yīng)時產(chǎn)生不溶性的沉淀，降低洗滌效果。（利用這點也可以區(qū)分硬水和軟水）2.工業(yè)上，鈣鹽鎂鹽的沉淀會造成鍋垢，妨礙熱傳導，嚴重時還會導致鍋爐爆炸。由于硬水問題，工業(yè)上每年因設(shè)備、管線的維修和更換要耗資數(shù)千萬元。3.硬水的飲用還會對人體健康與日常生活造成一定的影響。沒有經(jīng)常飲硬水的人偶爾飲硬水，會造成腸胃功能紊亂，即所謂的“水土不服”；用硬水烹調(diào)魚肉、蔬菜，會因不易煮熟而破壞或降低食物的營養(yǎng)價值；用硬水泡茶會改變茶的色香味而降低其飲用價值；用硬水做豆腐不僅會使產(chǎn)量降低、而且影響豆腐的營養(yǎng)成分。 那么硬水毫無是處了嗎？不對，否則怎么會有那么多的人買礦泉水喝呢 。原來鈣和鎂都是生命必需元素中的宏量金屬元素?？茖W家和醫(yī)學家們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人的某些心血管疾病，如高血壓和動脈硬化性心臟病的死亡率，與飲水的硬度成反比，水質(zhì)硬度低，死亡率反而高。其實，長期飲用過硬或者過軟的水都不利與人體健康。我國規(guī)定：飲用水的硬度不得超過25度 。 硬水經(jīng)過處理后可以轉(zhuǎn)化為軟水。下面介紹硬水軟化的三種主要方法： 1. 煮沸法（只適用于暫時硬水） 煮沸暫時硬水時的反應(yīng)： Ca(HCO3)2 =CaCO3 +H2O+CO2 Mg(HCO3)2 =MgCO3 +H2O+CO2 由于CaCO3不溶，MgCO3 微溶，所以碳酸鎂在進一步加熱的條件下還可以與水反應(yīng)生成更難溶的氫氧化鎂： MgCO3 +H2O = Mg(OH)2 +CO2 由此可見水垢的主要成分為CaCO3和Mg(OH)2 2. 石灰純堿法 (工業(yè)用) 在這種方法中，暫時硬度加入石灰就可以完全消除，HCO3-都被轉(zhuǎn)化成CO32-。而鎂的永久硬度在石灰的作用下會轉(zhuǎn)化為等物質(zhì)的量的鈣的硬度，最后被去除。反應(yīng)過程中，鎂都是以氫氧化鎂的形式沉淀，而鈣都是以碳酸鈣的形式沉淀。 Ca2+(aq) -石灰-蘇打法- CaCO3(s) Mg2+(aq)-石灰-蘇打法- Mg(OH)2(s) 3. 離子交換法 這種方法中用到的離子交換劑，有無機和有機兩種。無機離子交換劑，如沸石等；有機離子交換劑包括：碳質(zhì)離子交換劑磺化酶，陰陽離子交換樹脂等。而且一般的離子交換劑在失效后還可以再生。 離子交換軟化水的原理水的離子交換軟化過程是硬性礦物質(zhì)，主要是鈣和鎂被鈉交換或取代的過程。這些礦物質(zhì)性質(zhì)上是離子的（常稱作離子化雜質(zhì)），這意味著它們帶有電荷，由于同種電荷相斥，異種電荷相吸，因此有可能產(chǎn)生離子交換。水中的鈣、鎂離子實際上是溶解的礦石。當水流經(jīng)巖層和地壤時溶解了鈣和鎂的沉積物，這種溶解的礦物最終進入到地下水層。當水從地下水層被抽到表面時，水中含有溶解的硬性礦物質(zhì)，這種水稱為硬水。軟水器使溶解在水中的鈣鎂硬性礦物質(zhì)被軟化劑樹脂上的軟性礦物質(zhì)鈉交換。所有這三種礦物都是叫做陽離子的帶正電荷離子。在適當?shù)膲毫θ萜髦校残缘V物的水通過離子交換樹脂可發(fā)生離子交換反應(yīng)。在現(xiàn)代的軟水器中裝有千百萬顆微細的聚苯乙烯/二乙烯苯塑料球，所有小球都含有許多吸引正離子的負電荷交換位置。當樹脂處在再生狀態(tài)時，這些負電荷交換位置為帶正電荷的鈉離子占據(jù)。當鈣和鎂經(jīng)過樹脂貯槽時，它們與樹脂小球接觸，從交換位置上取代鈉離子，從而被除去。鑒于如下兩個理由，離子交換是可能的：1. 所有的陽離子并非都有相同強度的正電荷；2. 樹脂優(yōu)先結(jié)合帶較強電荷的陽離子，鈣和鎂離子的電荷比鈉最離子強，取代鈉陽離子，然后向下通過樹脂床，流出軟水器，這樣軟水器就送出了“軟”水。離子交換樹脂是一類具有離子交換功能的高分子材料。在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號離子進行交換。按交換基團性質(zhì)的不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。 陽離子交換樹脂大都含有磺酸基（SO3H）、羧基（COOH）或苯酚基（C6H4OH）等酸性基團，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經(jīng)磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結(jié)構(gòu)式可簡單表示為RSO3H，式中R代表樹脂母體，其交換原理為2RSO3HCa2 （RSO3）2Ca2H+這也是硬水軟化的原理。陰離子交換樹脂含有季胺基-N（CH3）3OH、胺基（NH2）或亞胺基（NRH）等堿性基團。它們在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為RN（CH3）3OHCl- RN（CH3）3ClOH-由于離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當濃度的無機酸或堿進行洗滌，可恢復(fù)到原狀態(tài)而重復(fù)使用，這一過程稱為再生。陽離子交換樹脂可用稀鹽酸、稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹脂可用氫氧化鈉等溶液處理，進行再生。離子交換樹脂的用途很廣，主要用于分離和提純。例如用于硬水軟化和制取去離子水、回收工業(yè)廢水中的金屬、分離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等10 硬水及其軟化一、軟水和硬水水是日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的物質(zhì)。水質(zhì)的好壞對生產(chǎn)和生活影響很大。天然水跟空氣、巖石和土壤等長期接觸，溶解了許多雜質(zhì)，如無機鹽類、某些可溶性有機物以及氣體等。水里溶解的無機鹽有鈣和鎂的酸式碳酸鹽、碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽，等等。也就是說，天然水里一般含有Ca2+、Mg2+等陽離子和這些離子的種類和數(shù)量有所不同。例如，溶有二氧化碳的水，遇到主要成分是碳酸鈣的巖石時，會使碳酸鈣逐漸變成可溶性的碳酸氫鈣：CaCO3CO2H2O=Ca（HCO3）2有的天然水里含Ca2+和Mg2+比較多，在這種水里加入肥皂水，就會發(fā)生沉淀。實驗2-5 用兩個試管分別取蒸餾水、天然水56mL，各注入少量肥皂水，振蕩。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過實驗，我們可以看到盛有蒸餾水的試管里泡沫很多，沒有沉淀產(chǎn)生。在盛有天然水的試管里泡沫較少，并出現(xiàn)絮狀沉淀。這是因為天然水里含有Ca2+或Mg2+，肥皂跟Ca2+或Mg2+起反應(yīng)以后，生成了不溶于水的物質(zhì)。通常把溶有較多量的Ca2+和Mg2+的水，叫做硬水；只溶有少量或不含Ca2+和Mg2+的水，叫做軟水。如果水的硬度是由碳酸氫鈣或碳酸氫鎂所引起的，這種硬度叫做暫時硬度。具有暫時硬度的水經(jīng)過煮沸以后，水里所含的碳酸氫鈣就分解而生成不溶性的碳酸鈣：Ca（HCO3）2 CaCO3CO2H2O水里所含的碳酸氫鎂先形成難溶于水的碳酸鎂沉淀。Mg（HCO3）2 MgCO3CO2H2O碳酸鎂雖然難溶于水，但它仍有少量能溶解在水里（在18時，它的溶解度為0.011g，相當于110mgL）。因此，當繼續(xù)加熱煮沸時，碳酸鎂就跟水發(fā)生反應(yīng)，生成了更難溶的氫氧化鎂（在18時，它的溶解度為0.00084g，相當于8.4mgL）。這樣，水里溶解的Ca2+和Mg2+就轉(zhuǎn)變成為碳酸鈣和氫氧化鎂的沉淀，從水里析出，水的硬度就可以降低，從而使硬度高的水得到軟化。如果水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物等所引起的，這種硬度叫做永久硬度。永久硬度不能用加熱的方法軟化。天然水大多同時具有暫時硬度和永久硬度，因此，一般所說水的硬度是泛指上述兩種硬度的總和。二、硬水的軟化水的硬度高對生活和生產(chǎn)都有危害。洗滌用水如果硬度太高，不僅浪費肥皂，而且衣物也不易洗干凈。長期飲用硬度很高或硬度過低的水，都不利于人體的健康。鍋爐用水硬度太高，特別是暫時硬度太高，十分有害。因為經(jīng)過長期燒煮后，水里的鈣鹽和鎂鹽會在鍋爐內(nèi)結(jié)成鍋垢，使鍋爐內(nèi)的金屬管道的導熱能力大大降低，這不但浪費燃料，而且會使管道局部過熱，當超過金屬允許的溫度時，鍋爐管道將變形或損毀，嚴重時會引起鍋爐爆炸事故。很多工業(yè)部門，如紡織、印染、造紙、化工等，都要求用軟水。因此，對天然水進行處理，以降低或消除它的硬度是很重要的。硬水軟化的方法通常有藥劑軟化法和離子交換法等。這里只簡單介紹離子交換法。離子交換法是用離子交換劑軟化水的一種方法。在工業(yè)上常用磺化煤（NaR）做離子交換劑?；腔菏呛谏w粒狀物質(zhì)，它不溶于酸和堿。這種物質(zhì)的陽離子會跟溶液里其他物質(zhì)的陽離子發(fā)生離子交換作用。如圖2-6所示，在離子交換柱里裝有磺化煤。把硬水從離子交換柱的上口注入，使硬水慢慢地流經(jīng)磺化煤。當硬水通過磺化煤時，硬水里的Ca2+和Mg2+跟磺化煤的Na+起離子交換作用，因而使硬水得到軟化，反應(yīng)可以表示如下：2NaRCa2=CaR22Na2NaRMg2+=MgR22Na實驗2-6 把實驗2-5所用的天然水經(jīng)離子交換劑軟化以后，用試管取56mL，注入少量肥皂水，振蕩。通過實驗，我們可以看到，硬水軟化以后，加入肥皂水振蕩時，泡沫很多，就沒有沉淀產(chǎn)生了?；腔旱腘a+全部為Ca2+和Mg2+所代替后，磺化煤就失去了軟化硬水的能力。但是用質(zhì)量分數(shù)為810氯化鈉溶液浸泡，CaR2和MgR2跟Na+就又會發(fā)生交換作用，重新生成NaR，從而又恢復(fù)了磺化煤軟化硬水的能力，這個過程叫做再生?？梢员硎救缦拢篊aR22Na2NaRCa2+這種軟化硬水的方法具有質(zhì)量高，設(shè)備簡單，占地面積小，操作方便等優(yōu)點，因此，目前使用比較普遍。 肥皂的主要成分是硬脂酸鈉Na(C18H35O2)，肥皂跟Ca2+（或Mg2+）起反應(yīng)生成的Ca(C18H35O2)2或Mg(C18H35O2)2是不溶于水的物質(zhì)。 水的硬度常用一種規(guī)定的標準來衡量。通常把1L水里含有10mg CaO（或相當于10mg CaO）稱為 1度（以1表示）。水的硬度在8以下的稱為軟水；在8以上的稱為硬水。硬度大于30的是最硬水。 離子交換劑包括天然或人造沸石、磺化煤和離子交換樹脂等物質(zhì)。煮不爛豆子的水這是一個關(guān)于硬水和軟水來歷的故事。 美國南北戰(zhàn)爭期間，有一隊北方士兵來到一個泉水淙淙的村莊。因為時間已近中午，他們便就地架起行軍鍋，挑來了附近的山泉水，燒起飯菜來。就餐時，當他們舀起煮熟的豆子放在嘴里咀嚼時，士兵們發(fā)現(xiàn)，這些豆子比平時硬得多，他們責怪炊事員沒把豆子煮透。后來，炊事員把豆子又煮了好久，但是吃起來還是一樣的硬。奇怪，豆子還是原來的豆子，鍋還是原來的鍋，難道問題出在水上面？的確如此。原來就是水在作怪。從此，人們就把這種特殊的水稱為“硬水”，把其他的水則稱為“軟水”。1.硬水：含有鈣鹽和鎂鹽的天然水。通常，地下水如井水、泉水含鹽量較大，地面水如河水、湖水含鹽量較小。在硬水中，鈣、鎂可以以碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽等形式存在。當硬水中鈣和鎂主要以碳酸氫鹽，如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2形式存在時，稱為暫時硬水，當這種硬水加熱煮沸時，碳酸氫鹽會分解成碳酸鹽而沉淀除去如果硬水中鈣和鎂主要以硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等形式存在，則稱為永久硬水，它們不能用煮沸的方法除去。 硬水中的鈣鹽和鎂鹽能與肥皂(硬脂酸鈉)作用，生成不溶性的硬脂酸鹽，降低肥皂的去污能力。如果鍋爐內(nèi)使用硬水，當加熱時鈣鹽和鎂鹽會在鍋爐內(nèi)壁上結(jié)成水垢。降低鍋爐的熱導率，增加能耗，甚至縮短鍋爐的使用壽命，有時還會堵塞管道。因此，鍋爐用水必須經(jīng)過軟化處理(見)。 硬水中含鹽量通常以硬度來表示。硬度單位常用“度”表示，1度相當于每升水中含10mg的CaO，生活飲用水的總硬度要求小于25度。 2.軟水：只含少量可溶性鈣鹽和鎂鹽的天然水，或是經(jīng)過軟化處理的硬水。天然軟水一般指江水、河水、湖(淡水湖)水。經(jīng)軟化處理的硬水指鈣鹽和鎂鹽含量降為 1.050 毫克升后得到的軟化水。雖然煮沸就可以將暫時硬水變?yōu)檐浰?，但在工業(yè)上若采用此法來處理大量用水，則是極不經(jīng)濟的。軟化水的方法有： 石灰 -蘇打法 。先測定水的硬度，然后加入定量的氫氧化鈣和碳酸鈉，硬水中的鈣、鎂離子便沉淀析出： Ca(HCO3)2Ca(OH)22CaCO32H2O Mg(HCO3)22Ca(OH)2 Mg(OH)22CaCO32H2O CaSO4Na2CO3CaCO3Na2SO4磷酸鹽軟水法。對于鍋爐用水，可以加入亞磷酸鈉（NaPO3)作為軟水劑，它與鈣、鎂離子形成絡(luò)合物，在水煮沸時鈣、鎂不會以沉淀形式析出，從而不會形成水垢。此法不適合于飲用水的軟化。離子交換法。沸石和離子交換劑雖然都不溶于水，但其中的鈉離子和氫離子可與硬水中的鈣、鎂離子發(fā)生交換反應(yīng)，使鈣、鎂離子被沸石、人造沸石、離子交換劑吸附而被除去。長期使用后失效的沸石和離子交換劑可以通過再生而重復(fù)使用，故此法是既經(jīng)濟又先進的軟水法。離子交換原理1. 反應(yīng)過程全自動軟水器是運用離子交換的原理，用軟水器中的鈉離子交換樹脂吸附水中的鈣、鎂離子，釋放鈉離子，使水質(zhì)得到軟化的工作過程完全自動化的水處理設(shè)備，水質(zhì)軟化的反應(yīng)方程式為：（其中以R代表樹脂本體）2RNa+Ca2+=-R2Ca+2Na+ 2RNa+Mg2+=R2Mg+2Na+吸附鈣、鎂離子飽和后的樹脂經(jīng)過鈉鹽溶液的處理，可重新轉(zhuǎn)化為鈉型而恢復(fù)其交換能力，這一再生過程的反應(yīng)式為：R2Ca+2NaCl=2RNa+CaCl2R2Mg+2NaCl=2RNa+MgCl2上述正向和反向離子交換的反復(fù)進行，就可使軟化水持續(xù)不斷地產(chǎn)生。離子交換樹脂發(fā)展 離子交換現(xiàn)象早在18世紀中期就為湯普森（Thompson）所發(fā)現(xiàn)。直至1935年亞當斯（Aclams）和霍姆斯（Holmes）研究合成了具有離子交換功能的高分子材料，即第一批離子交換樹脂聚酚醛系強酸性陽離子交換樹脂和聚苯胺醛系弱堿性陰離子交換樹脂。離子交換樹脂的大發(fā)展主要是在第二次世界大戰(zhàn)以后。當時美國和英國一些公司成功地地合成了聚苯乙烯系陽離子交換樹脂，在此基礎(chǔ)上又陸續(xù)開發(fā)了交換容量高、物理-化學穩(wěn)定性好的其他聚苯乙烯系離子樹脂，相繼又開發(fā)了聚丙烯酸系陽離子樹脂。20世紀60年代，離子交換樹脂的發(fā)展又取得了重要突破，美國羅姆-哈斯公司（Rohm anes Hass）和色可賽思公司（success）合成了一系列物理結(jié)構(gòu)和過去完全不同的大孔結(jié)構(gòu)離子交換樹脂。這類樹脂除具有普通離子交換樹脂的交換基團外，同時還有像無機和碳質(zhì)吸附劑及催化劑那樣的大孔型毛細孔結(jié)構(gòu)，使離子交換樹脂兼具了離子交換和吸附的功能，為離子交換樹脂的廣泛應(yīng)用開辟了新的前景。離子交換樹脂和它的應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展一直是相互促進、互相依賴的。承受離子交換樹脂的發(fā)展，樹脂應(yīng)用技術(shù)也在不斷改善，開始是間歇式工藝，很快就發(fā)展到固定床工藝，20世紀60年代后逆流技術(shù)及連續(xù)式離子交換工藝，雙層床技術(shù)等獲得了很快的發(fā)展，這些新的應(yīng)用技術(shù)和工藝的開發(fā)，使離子交換樹脂在許多領(lǐng)域的應(yīng)用更加有效的經(jīng)濟。20世紀70年代后，人們正以極大的興趣，注意著熱再生離子交換技術(shù)的發(fā)展。離子交換樹脂介紹離子交換樹脂是一類具有離子交換功能的高分子材料。在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號離子進行交換。按交換基團性質(zhì)的不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。陽離子交換樹脂大都含有磺酸基（SO3H）、羧基（COOH）或苯酚基（C6H4OH）等酸性基團，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經(jīng)磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結(jié)構(gòu)式可簡單表示為RSO3H，式中R代表樹脂母體，其交換原理為2RSO3HCa2 （RSO3）2Ca2H 這也是硬水軟化的原理。陰離子交換樹脂含有季胺基-N（CH3）3OH、胺基（NH2）或亞胺基（NRH）等堿性基團。它們在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為RN（CH3）3OHCl- RN（CH3）3ClOH-由于離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當濃度的無機酸或堿進行洗滌，可恢復(fù)到原狀態(tài)而重復(fù)使用，這一過程稱為再生。陽離子交換樹脂可用稀鹽酸、稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹脂可用氫氧化鈉等溶液處理，進行再生。離子交換樹脂的用途很廣，主要用于分離和提純。例如用于硬水軟化和制取去離子水、回收工業(yè)廢水中的金屬、分離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等。離子交換樹脂的綠色再生工藝離子交換水處理技術(shù)經(jīng)歷了百余年的發(fā)展歷程，至今已成為軟化和脫鹽處理中占主導地位的水處理方式。離子交換樹脂工作失效后能用酸堿鹽化學藥劑再生后反復(fù)使用，這是這種水處理方式的優(yōu)點，但樹脂再生所帶來的環(huán)境污染又迫切需要解決.作者在研究電去離子（EDI）工作過程時發(fā)現(xiàn)，在EDI凈水設(shè)備中，在直流電場作用下，水被電離為H 和OH離子，并被利用來再生填充在其底層的樹脂，因此，這部分樹脂是不斷得到電再生的新鮮樹脂，從而，保證出水水質(zhì)很好。由此聯(lián)想到，利用EDI凈水設(shè)備中這一電再生過程來再生混床中的混合離子交換樹脂，結(jié)果發(fā)明了離子交換樹脂電再生方法及裝置，開創(chuàng)性地找到了對環(huán)境無污染的離子交換樹脂綠色再生工藝1 1、混床樹脂電再生 為了將EDI凈水設(shè)備中樹脂可自再生的現(xiàn)象利用來再生普通混床樹脂，作者設(shè)計了一個結(jié)構(gòu)類似于EDI凈水設(shè)備的樹脂體外電再生器，只要源源不斷將普通混床中的失效樹脂，從原混床中抽出，再從體外電再生器進口送入，在直流電場的作用下，就有再生好的樹脂從其出口連續(xù)流出。在體外再生器內(nèi)，進行著樹脂的電再生過程原有混床樹脂的化學酸堿再生工藝非常復(fù)雜，常有分離、再生、混合、清洗等再生步驟。然而，在混床采用電再生時操作就很簡單，不必將陰、陽樹脂分離，用水力輸送法直接將原混床中失效樹脂送入體外電再生器，一邊將失效樹脂送入進行體外電再生，一邊又將再生好的樹脂送回原混床或其他儲器，實現(xiàn)了體外電再生器中樹脂的流態(tài)化電再生2。 清華大學、天津大學、武漢大學和華北電力大學等高等院校與企業(yè)合作，組成五個研究團隊，驗證了樹脂電再生的可行性。試驗證明，失效樹脂經(jīng)電再生后的再生度可達到與化學法再生相媲美的程度2。 2、復(fù)床樹脂電再生復(fù)床是指陽樹脂和陰樹脂分置于兩個設(shè)備中，一為陽床，另一為陰床，以區(qū)別于這兩種樹脂混合同置于一個設(shè)備中的混床。復(fù)床樹脂與混床樹脂相比，其體外電再生裝置的區(qū)別在于：復(fù)床樹脂電再生裝置膜對構(gòu)成中增添了雙極膜，這相當于在混床樹脂電再生室中間插了雙極膜，將其一分為二，一變?yōu)閺?fù)床中陽床樹脂電再生室，另一變?yōu)閺?fù)床中陰床樹脂電再生室。這時，在直流電場作用下，水電離所產(chǎn)生的H 和OH離子，分別進入各自的陽、陰離子再生室，與相應(yīng)的失效樹脂發(fā)生交換反應(yīng)，使失效樹脂相應(yīng)轉(zhuǎn)化為H型和OH型，實現(xiàn)電再生。同時，又避免發(fā)生對樹脂電再生過程有危害的副反應(yīng)，因為復(fù)床位于脫鹽系統(tǒng)的前端，失效陽床樹脂除了吸著了水中所含的大部分Na+ 離子外，還吸著了水中所含的全部Ca2+ 和Mg2+ 離子，如果將這種樹脂送入原來的混床電再生室中，那么電再生時水電離所生成的H離子，可與樹脂上所含Ca2+ 、Mg2+ 和Na+ 離子交換，交換下來的Ca2+ 和Mg2+ 離子就可能與水電離所生成的OH-離子發(fā)生反應(yīng)，生成Ca(OH)2或Mg(OH)2沉淀，覆蓋在樹脂或膜的表面，堵塞孔道，影響后續(xù)的離子遷移、擴散和交換過程，最終使樹脂電再生難以持續(xù)下去。所謂雙極膜是由陰離子交換樹脂層、陽離子交換樹脂層和中間界面親水層所組成，在直流電場的作用下，它能將水直接電離為H 和OH離子，并形成H 和OH離子彼此反向的離子流。因此，將一張雙極膜插在原一個混床樹脂再生室中間，就可將其分成復(fù)床再生用陰、陽床樹脂各自再生的兩個電再生室河北建筑科技學院和華北電力大學組成的研究團隊，分別進行了利用雙極膜的復(fù)床樹脂電再生試驗。試驗表明，可分別將陰、陽失效樹脂電再生至接近化學再生的程度2。本文作者還發(fā)明了一種復(fù)床樹脂電再生的裝置3。 3、樹脂電再生法與化學再生法的對比評價3.1 資源消耗樹脂電再生法要消耗水和電。在樹脂電再生過程中，要用純水水力輸送和不斷沖洗失效樹脂，這部分純水從再生室流出使用后水質(zhì)仍很好，可分離出樹脂后反復(fù)利用。只有占總用水量10% 的濃水室排水，因其含有電極室放出的少量Cl2等氣體，不能直接回用，但這種排水的平均含鹽量為每升幾百毫克，水質(zhì)一般優(yōu)于自來水，可用容器收集后再作它用。因此，樹脂電再生法基本上沒有水的損耗。水還同時作為再生劑用，而消耗于電離的水量就微乎其微了。要注意到，這時水電離的反應(yīng)產(chǎn)物H和OH離子都得到利用，沒有未利用的副產(chǎn)品產(chǎn)生，即使在樹脂電再生中未得到利用的H 或OH離子，它們彼此復(fù)合又組成對環(huán)境無危害的水。樹脂電再生法的另一類資源消耗是電能，電能