A. 求論文開題報告
開題報告填寫事項
一、填寫必須實事求是，字跡要端正、清楚。
二、本報告的第一至第六部分由研究生本人填寫（字數不少於2000字）。其餘部分由指導教師、開題報告評議小組、教研室（研究室）主任、院長、研究生處填寫。
三、碩士研究生開題報告日期規定為進校後第三學期完成。
四、開題報告評議小組由學院統一集中組織，對開題報告通不過者要在1至2個月內補做，重新審核合格後，才允許正式進入課題，否則取消進入論文階段資格。
五、此表留存研究生處學位辦一份。
本課題所涉及的內容（包括實驗數據、計算機程序、導師未公開發表的研究成果及心得等），除在畢業論文中所發表的以外，本人保證：未經導師正式同意，五年內不以任何形式向第三方公開。
研究生（簽字）
導 師（簽字）
年 月 日
一、課題的來源及意義
本課題主要來源於導師的研究課題。
現代科學技術發展使得復合化成為材料發展的必然規律。近年來，納米復合材料的研究發展迅速，無論是從學術研究角度考慮，還是從工業生產實際出發，人們都已開展了大量的實驗研究工作。所謂納米復合材料（Nanocomposites）是80年代初由Roy等人提出的，是指復合材料中分散相尺度至少有一維小於100nm的復合材料。由於納米粒子具有小尺寸效應、大的比表面產生的界面效應、量子效應等特殊性能，故能賦予納米復合材料許多特殊的性能，為設計和制備高性能、多功能新材料提供了新的機遇。納米復合材料被譽為「21世紀最有前途的材料」，成為材料科學研究的熱點之一。
聚合物/層狀硅酸鹽（Polymer/Layered Silicate，PLS）納米復合材料是納米復合材料領域重要研究方向之一。PLS納米復合材料既具有高分子材料的質輕、耐腐蝕、絕緣性好、易加工等特點，又具有無機材料的高強度、高模量、高耐熱性等優點，有著廣闊的發展前景。PLS納米復合材料除具有一般納米復合材料的性能外，還因其特有的納米尺度上的片層結構使得復合材料的耐熱性、尺寸穩定性、氣體阻隔性及阻燃性等得到明顯提高。PLS納米復合材料的研製與開發為提高傳統聚合物材料性能、拓寬聚合材料的應用范圍起到了極大的促進作用。
根據復合物的微觀結構，可以把復合物分成四類：相容性差的粒子填充復合物；普通的微粒填充復合物；插層型納米復合材料；剝離型納米復合材料。只有第三、第四類復合物實現了納米尺度上的插層復合，且第四類復合物即剝離型納米復合材料由於無機物在聚合物基體中實現了充分均勻的分散，其納米尺度效應顯著、界面結合強度更高。此類復合材料具有優異的力學性能和耐熱性，並且材料的阻隔性均有所提高，是當前研究的主方向。
PLS納米復合材料以其優良的性能越來越受到廣泛地重視。目前，PLS納米復合材料已從基礎研究階段向工業化生產階段發展，日本的豐田公司（TOYOTA）、宇部公司（Unitsika）、美國的南方粘土（Southernay）等已經研製開發出PLS納米復合材料的商業化產品。
本課題利用省內層狀硅酸鹽礦物（膨潤土）和高分子原料，對聚合物原料進行改性，對膨潤土原料進行深加工處理。研究聚合物、層狀硅酸鹽二者之間的復合機理、結晶過程、界面特徵以及結構性能之間的關系，研究加工制備工藝過程對PLS納米復合材料性能的影響以及最佳制備工藝參數的確定。用合理的加工技術方法，制備出性能優良的剝離型納米復合材料。這既是本課題的特色和創新之處也是納米復合材料的研究發展趨勢所在。
二、簡述該領域目前的國內外研究水平和發展趨勢
聚合物/層狀硅酸鹽納米復合材料是當今眾多無機納米粒子改性復合材料中最有潛力的一類納米復合材料，也是目前研究最多、最有希望工業化生產的聚合物納米復合材料。自從1987年日本豐田公司的研究開發中心首次報道用插層聚合的方法制備了尼龍6/粘土納米復合材料以來，由於聚合物/粘土納米復合材料實現了納米相分散、強界面作用和自組裝並具有較常規聚合物/無機填料復合材料無法比擬的優點（如優異的力學、熱學性能和氣體阻隔性能等），因此倍受關注。
據報導，預計今後PLS納米復合材料的產值每年會增長約100%。到2009年，產值會達到15億歐元/年，產量會達到50萬噸/年。PLS納米復合材料將會遍及人們生活的各個方面，飛機、汽車、包裝、電子電器、建材、傢俱等產業將廣泛受益於這種新型材料。
1、 國外PLS納米復合材料研究現狀
自從20世紀80年代末期，Okada等人報道了PA6/層狀硅酸鹽納米復合材料以來，迄今這一領域已得到長足的發展，成為目前聚合物材料的一個新熱點。到目前為止，日本豐田研究中心、美國康耐爾大學、密歇根大學以及中國科學院化學研究所國內外眾多研究單位都在這一領域進行深入的科學研究。
1987年，豐田中心研究和發展公司的Fukushima和Inagaki仔細地研究了聚合物/層狀硅酸鹽復合材料後，用季銨鹽取代粘土片層間的無機離子，成功地改善了粘土與聚合物基體的相容性，研製出PLS型尼龍6/硅酸鹽納米復合材料，材料的熱變形溫度較純尼龍6有大幅度提高，同時力學性能與阻隔性能均有不同程度的提高。豐田中心研究和發展公司的Usuki、Fukushima用已內醯胺的原位聚合法制備了剝離型的尼龍6/蒙脫土納米復合材料（季銨鹽改性的蒙脫土事先被均勻地分散於已內醯胺中），並制備出聚醯亞胺/蒙脫土納米復合材料，發現只需添加2%（質量分數）的粘土，材料的氣體阻隔性及線脹系數顯著降低，適合PI在微電子領域的應用，這極大地引起了材料科學家的關注。
美國Comell大學的R A Vaia和E P Giannelis等對聚合物熔體插層進行了熱力學分析，認為該過程是焓驅動的，因而必須加強聚合物與粘土間的相互作用以補償整個體系熵值的減少。在此理論的指導下，他們通過聚合物熔體插層制備出PS/粘土，聚氧乙烯/粘土納米復合材料，並對層間聚合物的受限運動行為進行了研究。Usuki等人深入研究了有機插層劑對插層復合的影響，並制備出一系列PLS納米復合材料，並首先報道了「兩步法」制備聚醯胺6/蒙脫土納米復合材料，即先用12~18烷基氨基酸作插層劑對鈉基蒙脫土進行陽離子交換處理，然後將陽離子交換後的蒙脫土與ε-己內醯胺復合，在常規條件下聚合，得到聚醯胺6/粘土納米復合材料。西歐一些國家也先後制定了發展納米復合材料研究的計劃。一些國外的大公司特別是生產聚合物的廠家紛紛加入聚合物納米材料的開發應用。
目前，豐田汽車公司已成功地將Nylon 6/clay納米復合材料應用於汽車上。由於層狀硅酸鹽是納米尺度分散於聚合物基體中，可以成膜、吹瓶和紡絲。在成膜和吹瓶過程中，硅酸鹽片層平面取向形成阻擋層，因此可用於高性能包裝和保鮮膜。
2、國內PLS納米復合材料研究現狀
我國的PLS納米復合材料研究開始於90年代，現已取得了許多成果，並已列入國家「863規劃」和「九五計劃」的重點研究開發課題。中科院化學所對聚合物基粘土納米復合材料的研究，發明了「一步法」制備Nylon 6/粘土納米復合材料（nc-PA6），即將蒙脫土陽離子交換、己內醯胺單體插層以及單體聚合在同一個分散體系中完成，在不降低產品性能的前提下縮短了工藝流程，降低了成本。黃銳等利用剛性粒子對聚合物改性的研究在學術界極有影響；另外，四川大學高分子科學與工程國家重點實驗室發明的磨盤法、超聲波法制備聚合物基納米復合材料也是一種很有前景的制備手段。
中科院化學所工程塑料國家重點實驗室取得的成就有：單體插層縮聚制備了尼龍6/粘土納米復合材料，可大幅度提高其熱變形溫度，擴大了材料的應用范圍，並對插層劑的碳鏈長度與有機蒙脫土的層間距的關系進行了研究，在此基礎上開發了PET/粘土、PBT/粘土納米復合材料，提高了材料的熱性能和阻隔性，其中PET/粘土納米復合材料的結晶速度較PET提高了約5倍。此外還通過聚合物溶液插層及熔體插層分別制備出硅橡膠/蒙脫土及PS/粘土納米復合材料，其中硅橡膠/蒙脫土納米復合材料具有良好的耐磨性，各項物理、力學性能指標得到很大提高，可代替氣相白炭黑填充硅橡膠，具有實用前景。相信在不久的將來，PLS納米復合材料將會廣泛應用於高分子材料及其它領域。
3、存在的問題及研究發展趨勢
PLS納米復合材料的不斷涌現以及大量研究結果的報道，讓我們看到了這類復合材料具有的優異特性，使得層狀無機物插層改性聚合物制備高性能納米復合材料成為國際上最新技術熱點之一，但也存在以下幾個問題。
① PLS納米復合材料的研究盡管十分熱門，但由於其插層復合機理復雜、結構與界面特徵復雜，微區尺寸小，再加上量子效應、表面效應等，對它的研究還不夠深入，特別是運用熱力學、動力學和結晶學知識研究不夠。對其結構、形態特徵與材料性能的關系研究較少，合成方法大多基於合成宏觀材料上的改進，存在著一定局限性；
② 剝離型PLS納米復合材料比其它類型的復合材料具有更優異的性能，但對原材料加工處理、制備方法要求嚴格，對其制備工藝及過程研究不夠；
③ 高聚物與納米材料的混合、分散缺乏專業設備，用傳統的設備往往使納米粒子得不到良好的分散，要研究出新的混合分散技術方法及設備。
三、課題所要研究的內容及實施方案
(主要研究內容及預期成果，擬採用的研究方法、技術路線、實驗方案的可行性分析。)
1、研究內容
（1）了解相應聚合物的物理化學性質，合成方法，用途及研究現狀；了解PLS納米復合材料所具備的優良性能，熟悉國內外PLS納米復合材料的應用現狀、研究進展、存在的問題及解決的措施；
（2）研究層狀硅酸鹽（膨潤土）礦物學特徵和納米結構特徵（層間距、層面特徵和邊緣特徵），熟悉測試表徵方法；並掌握對測試結果分析的技術方法；
（3）深入研究膨潤土提純、鈉化、有機化的各種方法、反應機理；了解鈉基土及有機土的應用價值和研究現狀；制定合理的實驗方案，對膨潤土進行提純，通過實驗選擇合適的反應條件和合適的鈉化劑和表面修飾劑進行鈉化、有機化，制備出親油或親水親油的納米膨潤土；
（4）了解剝離型PLS納米復合材料制備方法及性能特點，從動力學、熱力學、結晶學、流變學等方面探討納米材料復合過程和機理；
（5）選擇聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚氨酯（PU）兩種聚合物，對其進行改性（接枝方法和離子化方法）制定合理的加工制備方案、確定最佳實驗流程及實驗參數，制備出剝離型PLS納米復合材料；
（6）從制備方法、表面改性劑的選擇、加入第三組分等方面研究有機膨潤土在聚合物中的分散形態；並探討多相體系中物相界面結構特徵，制備出剝離型納米復合材料。
（7） 研究PLS納米復合材料結構和性能之間的關系。進行產品結構分析、力學性能和阻燃性能對比測試分析。
2、預期成果
（1）制備出優良的有機膨潤土，制備出改性性能良好的聚合物；
（2）制備出剝離型PLS納米復合材料；
（3）預期在核心期刊發表2篇論文或申報1項發明專利；
（4）完成畢業論文的編寫，順利通過答辯。
3、研究方法及技術路線
（1）實驗研究流程圖
（2）實驗研究過程（方案）
① 層狀硅酸鹽的選擇及改性處理
目前為止，能夠在PLS納米復合材料中得到應用的有膨潤土、高嶺土、海泡石等少數幾種屬於層狀硅酸鹽的礦物質。這其中最根本的原因是絕大多數的層狀無機礦物質無法利用插層處理的方式擴張其片層之間的重復間距。因此，雖然他們具有層狀的結構，各相鄰的片層之間也具有一定的空間，但卻不足以容納旋轉半徑為上百埃的聚合物分子鏈插入到各片層之間，形成所謂的插層復合材料；而僅僅允許離子、小分子等小的介質進入其中。對於膨潤土、高嶺土等粘土礦物， 由於他們具有較大的初始間距以及可交換的層間陽離子，使得我們可以利用離子交換的方式將他們的層間距擴大到允許聚合物分子鏈插入的程度，從而可以利用它們制備出性能優異的插層納米復合材料。
本課題利用省內礦產資源優勢膨潤土，其主要成分為蒙脫石。蒙脫石的基本結構單元是有一片鋁氧八面體夾在兩片硅氧四面體之間靠共用氧原子而形成的層狀結構，屬於2：1型層狀硅酸鹽。每個結構單元的尺度為1nm厚、長寬均為100nm的片層，層間有可交換性陽離子，如Na+、Ca2+、Mg2+等金屬離子，因此容易與烷基季銨鹽或其他有機陽離子進行交換反應生成有機膨潤土。由於膨潤土本身的親油性較差，聚合物的單體或分子鏈又多為親油性物質。因此，膨潤土使用前必須經過有機化改性處理。
膨潤土改性處理方案。
A、膨潤土的提純
實驗方案：將膨潤土與水（固液比為1：10）配成懸浮液，再經高速旋轉的離心機沉降分離，並且加入適量的分散劑（六偏磷酸鈉），進一步分離粒度較細的碎屑礦物（長石、碳酸鹽等），得到粒度小於5µm的膨潤土漿料或懸浮液，再將該懸浮液抽濾、洗滌、乾燥、打散解聚，即可得到高純度的膨潤土產品。測其吸藍量，CEC，膨脹倍，膠質價等性能指標。
B、鈣基膨潤土的鈉化
鈉化原理：當膨潤土-水系統中存在兩種離子時，就存在一個動態的吸附-解吸平衡，即離子吸附與交換過程。如當膨潤土-水系統中同時含有Ca2+、Na+時就會發生如下離子交換平衡：
Ca-膨潤土+2Na+ 2Na-膨潤土+Ca2+
鈉化劑的選擇、用量、鈉化溫度及鈉化時間對鈉化效果都有一定的影響，通過實驗，確定最佳反應條件。
C、膨潤土的有機化
在制備PLS納米復合材料時，常採用有機陽離子（插層劑）進行離子交換而使層間距增大，並改善層間微環境，使粘土內外表面由親水轉變為疏水，降低硅酸鹽表面能，以利於單體或聚合物插入粘土層間形成PLS納米復合材料。因此插層劑的選擇是制備PLS納米復合材料的關鍵步驟之一。它必須符合以下幾個條件：（1）容易進入層狀硅酸鹽晶片（001面）間的納米空間，並能顯著增大粘土晶片間層間距；（2）插層劑分子應與聚合物單體或高分子鏈具有較強的物理或化學作用；（3）價廉易得，最好是現有的工業品。
在不同用量、酸鹼性、反應溫度等條件下，選擇陽離子（十六烷基三甲基溴化銨）、陰離子（十二烷基硫酸鈉）及陰陽雙離子為插層劑，制備有機土，通過測試確定最佳反應條件。
② 聚合物改性
③ PLS納米復合材料的制備
A、復合材料的類型
從微觀結構上看，復合材料可分為四類，如下圖。在第一類復合物中（a），蒙脫土顆粒分散在聚合物基體中，但聚合物與蒙脫土的接觸僅限於蒙脫土的顆粒表面，聚合物沒有進入蒙脫土顆粒中。第二類復合物（b）中，聚合物進入蒙脫土顆粒，但沒有插層進入硅酸鹽片層中。在插層型復合物（c）中，聚合物不僅進入蒙脫土顆粒，而且插層進入硅酸鹽片層間，使蒙脫土的片層間距明顯擴大，但還保留原來的方向，片層仍然具有一定的有序性。在剝離型復合物（d）中，蒙脫土的硅酸鹽片層完全聚合物打亂，無規則地分散在聚合物基體中，此時蒙脫土片層與聚合物實現了納米尺度上的均勻混合。四類復合材料中只有後兩種才算是納米復合材料，而且第四類剝離型復合材料比第三類插層型復合材料具有更理想的性能，是眾多材料科學家追求的目標，也是本課題研究的重點。
B、制備方法
插層復合法（Intercalation Compounding）是制備PLS納米復合材料的方法。按照復合的過程，插層復合法可分為兩大類。（1）插層聚合法（Intercalation Polymerization），即先將聚合物單體分散、插層進入層狀硅酸鹽片層中，然後原位聚合，利用聚合時放出的大量熱量，克服硅酸鹽片層間的庫侖力，使其剝離（exfoliate），從而使硅酸鹽片層與聚合物基體以納米尺度相復合；（2）聚合物插層（Polymer Intercalation），即將聚合物熔體或溶液與層狀硅酸鹽混合，利用力化學或熱力學作用使層狀硅酸鹽剝離成納米尺度的片層並均勻分散在聚合物基體中。
從制備方法來看，PLS納米復合材料的制備可分為單體插層原位聚合與大分子直接插層；從實施途徑來說有溶液法和熔體法。它們互相組合成四種具體制備過程：大分子熔體直接插層；大分子溶液直接插層；單體熔體插層原位本體聚合；以及單體溶液插層原位溶液聚合。制備PLS納米復合材料流程圖如下：
C、有機土加入量的選取
有機土加入量的多少直接影響著製品的質量和性能，有機土的加入量過高時，體系的粘度增大，很難脫泡及澆注；有機土加入量過低時，有機土在體系中的分散不好，起不到增強和增韌的效果。對於有機土加入量的多少，在研究領域內眾口不一。我們採用不同含量（2-5%）的有機土進行插層復合，尋找最佳加入量。
D、實驗方案
以PBT、PU聚合物為例，選用合適的插層方法，在不同的配料比下插層復合，測其力學性能、阻燃性能、熱穩定性能等，從熱力學、動力學等方面研究復合機理及影響復合過程的因素，得到性能優良的剝離型PLS納米復合材料。
（3）PLS納米復合材料主要性能測試與表徵
① 甲醛容量法測膨潤土陽離子交換容量（CEC），測吸藍量計算膨潤土中蒙脫土的含量，帶塞量筒測其膨脹倍、膠質價；
② 掃描電鏡（SEM）測聚合物及PLS納米復合材料的微觀形貌；
③ 傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)分析，根據譜圖的吸收峰判斷有機化改性效果及插層效果；
④ X射線衍射分析儀（XRD）測試膨潤土的層間距和復合材料的剝離程度；根據譜圖用Jade軟體確定蒙脫土的化學成分及含量；
⑤ 差熱-熱失重分析儀（TG-DTA）測定膨潤土的轉化溫度及復合材料的熱穩定性；
⑥ 電子萬能實驗機測拉伸強度和斷裂伸長率，判斷聚合物及PLS納米復合材料的力學性能。
4、實驗研究方案的可行性分析
（1）實驗室有一系列的實驗儀器：如真空泵、磁力攪拌器、恆溫水浴鍋、高溫爐、乾燥箱、開練機、雙螺桿機和造粒機等；學校測試中心有掃描電鏡、X-射線衍射儀、傅立葉轉換紅外光譜儀、差熱-熱失重分析儀、原子力顯微鏡等測試用儀器；
（2）導師長期從事這一領域的研究工作，有扎實的理論基礎和豐富的實踐經驗，有師生組成的研究團隊；
（3）學校圖書館可以查到大量的中外文文獻資料和學術專著，可供參考；
（4）與企業合作，有豐富的實踐基地和廣闊的應用前景；
（5）已做了一些實驗前期工作，製得的復合材料力學性能顯著提高，且熱穩定性很好；
（6）實驗方案敘述合理，技術路線可行，理論基礎清楚明了，實驗研究條件基本具備，加上前期研究工作的進展，故本實驗研究方案是可行的。
四、課題研究的創新之處
(研究內容、擬採用的研究方法、技術路線等方面有哪些創新之處。)
（1）PLS納米復合材料作為一個嶄新的研究領域，對其研究尤其剝離型復合材料的研究可以說仍處於初級階段，理論上不夠成熟，制備技術不夠完善，對材料的復合機理，材料的結構及結構與性能間的關系等方面還有待於進一步探索。本課題從熱力學、動力學等方面研究聚合物與層狀硅酸鹽（膨潤土）復合的界面特徵、內部結合機理，並探討復合過程、材料結構對其力學性能、阻隔性能、流變性能、結晶性能等的影響。
（2）剝離型PLS納米復合材料的發展水平仍處在實驗研究或專利階段，工業化項目極少，在高性能工程塑料、高性能樹脂基體中的研究報道還較少。本課題從表面改性劑的選擇、加入第三組分、高性能納米膨潤土的制備、聚合物的改性、合理制備方法的選擇等方面進行系統實驗研究，制備出性能優異的剝離型納米復合材料。
五、工作量及工作進度安排(包括文獻查閱、方案設計與實現、計算與實驗、論文書寫等)
起止日期 課題階段工作進程
2007.2~2007.9
2007.10~2007.12
2008.1~2008.2
2008.3~2008.4
2008.5~2008.6
2008.7~2008.8
2008.9~2008.10
2008.11~2008.12
2009.1~2009.3
查閱文獻資料、學術專著、參考書等，同時做了大量實驗前期工作及一定的實驗研究工作；
寫開題報告並進行答辯，准備實驗所需試劑和儀器；
研究鈉基土、有機土的結構及結構與性能的關系，設計實驗方案；通過實驗和性能表徵確定鈉化、有機化過程最佳反應條件；在最佳反應條件下制備大量有機土，用XRD、FTIR、TG-DTA等表徵，做好實驗記錄；
以PBT、PU聚合物為例，了解其物理化學性能、合成機理、合成方法及應用現狀；選擇合適的反應裝置、合成方法，用單體合成所需要的聚合物；
查閱大量當前最新的中外文文獻，了解納米復合材料的研究現狀及先進的制備方法；選擇不同的有機土加入量（2-5%），用聚合物熔融插層法，聚合物熔液插層法，單體插入原位聚合法等不同的方法，控制反應條件，制備PLS納米復合材料；
對製品進行力學性能、熱學性能、阻隔性能等方面的測試，確定有機土的最佳加入量，找出即使製品性能優異、成本低又環保的制備方法；
用SEM測試產品的形貌，證實其剝離程度；用XRD測試有機土的層間距，分析其改性效果；復合材料中界面層的性質可以用示差掃描量熱法（DSC）來表徵；熱失重分析（TGA）可以研究有機物對蒙脫土的改性程度及納米復合材料的耐熱性；
選擇最好的制備方法，將聚合物與有機土進行復合，研製出納米復合材料製品並詳細表徵其各種性能；
撰寫論文，准備答辯。
六、國內外主要參考文獻（列出作者、論文名稱、期刊名稱、出版年月）
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1、 至少列舉國內外參考文獻20篇；
2、 教科書、工具書不能作為參考文獻；
3、 專著等參考書的數量小於總數量的三分之一；
4、 近五年出版的參考書數量不小於總數量的三分之一；
5、 外文參考文獻的數量不小於總數量的三分之一。
B. 急！純水處理技術試題
一、填空題（每空0.5分，共20分）
1.混床的陰樹脂與陽樹脂的體積比一般為______，______樹脂體積大。
2.所謂溶液的PH值是指溶液中_______濃度的_______。
3.RO的預處理一般包括_____、_____和______等部分。
4.過濾器常用的濾料包括_____ 和_ ___，活性炭過濾器主要去除 。
5. RO出水的PH值一般在__________；混床出水的 pH一般在 。
6.化學變化的特徵是_____生成。物質在化學變化中表現出來的性質叫_____性質。
7.凡是在_____或______狀態下能導電的化合物都是電解質。
8.水在火力發電廠的生產過程中，主要擔負著______和______作用。
9.天然水中的雜質，按其顆粒大小的不同，通常可分為______、______和______三大類。
10.水的硬度，一般是指水中______的總濃度。水的硬度可分為兩大類，即______和______。
11.化學水處理的主要任務是為鍋爐提供 、 的 。
12.天然水按水處理工藝學，可分為______和______兩大類。
13．混床是由______和______兩種樹脂組成的離子交換器。
14．RO進水投加氧化性殺菌劑時，必須在RO前投加______，以防止RO膜組件______。
15．過濾器進出口壓差一般應不超過 ；精密過濾器進出口壓差超過 時應更換濾芯。
16．測定水的硬度，主要是測定水中______和______的含量。
17．滲透是___________過程，反滲透是_________過程，所以反滲透需要消耗 。
二、判斷題（每題1分，共20分）
1.RO 出水經過脫碳器後，二氧化碳將除掉90％。（ ）
2.RO產水顯鹼性，濃水顯酸性。（× ）
3.RO可以除掉水中的鹽分和氣體。 （ ）
4.一般來講，有機阻垢劑比六偏磷酸鈉阻垢效果好。（ ）
5.除氧器工作的原理是―――亨利定律（ ）
6.緩沖溶液的PH值不因加入酸、鹼而改變。（ ）
7.樹脂長時間放置失去水分，應及時放到清水中浸泡。（ ）
8.鹽酸不可以清洗過熱器。（ ）
9.反滲透系統的出水水質優於一級除鹽水水質。（ ）
10.進入反滲透系統的水質必須達到游離氯小於100mg/L。（ ）
11.微孔過濾器運行時當進出壓差≥0.1Mpa時，應更換濾芯。（ ）
12.水中結垢物質的總含量即水中高價金屬鹽類的總濃度稱為水的硬度。（ ）
13.溫度對水樣pH的測量沒有影響。（ ）
14.天然水的PH值≥12時，水中的碳酸化合物主要是重碳酸鹽類和游離二氧化碳。（ ）
15.離子交換樹脂的交換容量是用來表示交換能力大小的。（ ）
16.離子交換樹脂長期貯存或備用時，應再生好，使其轉化成H型或OH型。（ ）
17.混床樹脂層上面有很大的空間，主要原因是樹脂太貴，裝多了運行成本高（ ）
18.原水的溫度降低後，RO的產水流量降低，脫鹽率也隨之降低。 （ ）
19.RO一般2年化學清洗一次 。 （ ）
20.RO膜組件結垢一般在第二段，有機物污染一般在第一段。（ ）
C. 陽離子交換質量作用方程
（一）陽離子吸附親合力
就特定的固相物質而言，陽離子吸附親合力是不同的。影響陽離子吸附親合力的因素主要是；（1）同價離子，其吸附親合力隨離子半徑及離子水化程度而差異，一般來說，它隨離子半徑的增加而增加，隨水化程度的增加而降低；離子半徑越小，水化程度越高。例如Na+、K+、NH4＋的離子半徑分別為0.98、1.33和1.43Å，其水化半徑分別為7.9、5.37和5.32Å；他們的親合力順序為NH4＋>K+>Na+。（2）一般來說，高價離子的吸附親合力高於低價離子的吸附親合力。
按各元素吸附親合力的排序如下：
水文地球化學基礎
上述排序中，H+是一個例外，它雖然是一價陽離子，但它具有兩價或三價陽離子一樣的吸附親合力。
值得注意的是，上述排序並不是絕對的，因為陽離子交換服從質量作用定律，所以吸附親合力很弱的離子，只要濃度足夠大，也可以交換吸附親合力很強而濃度較小的離子。
（二）陽離子交換質量作用方程
按質量作用定律，陽離子交換反應可表示為：
水文地球化學基礎
式中，KA-B為陽離子交換平衡常數，A和B為水中的離子，Ax和Bx為吸附在固體顆表面的離子，方括弧表示活度。
以Na-Ca交換為例，其交換反應方程為：
水文地球化學基礎
（1.146）式表明，交換反應是等當量交換，是個可逆過程；兩個鈉離子交換一個鈣離子。如果水中的Na+交換已被吸附在固體顆粒表面的Ca2+（即Cax），則反應向右進行；反之，則向左進行。如反應向右進行，那麼，就鈣離子而言，是個解吸過程；就鈉離子而言，是個吸附過程。所以，陽離子交換反應，實際上是一個吸附－解吸過程。
在地下水系統中，Na-Ca交換是一種進行得最廣泛的陽離子交換。例如，當海水入侵到淡水含水層時，由於海水Na+遠高於淡水，而且淡水含水層顆粒表面可交換性的陽離子主要是Ca2+，因此產生海水中的Na+與顆粒表面的Ca2+產生交換，形成Na+被吸附而Ca2+被解吸，方程（1.146）向右進行。又如，如果在某個地質歷史里，淡水滲入海相地層，按上述類似的機理判斷，則產生Na+被解吸Ca2+被吸附的過程，方程（1.146）向左進行。
Na-Ca交換反應方向的判斷，以及對地下水化學成分的影響，仍至對土壤環境的影響，是水文地球化學及土壤學中一個很重要的問題，後面將作更詳細的介紹。
上述（1.145）式中都使用活度，水中的A和B離子活度可以按第一節所提供的方法求得，但如何求得被吸附的陽離子（Ax和Bx）的活度，目前還沒有太滿意的解決辦法。萬賽羅（Vanselow,1932）〔7〕提出，規定被吸附離子的摩爾分數等於其活度。
摩爾分數的定義為：某溶質的摩爾分數等於某溶質的摩爾數與溶液中所有溶質摩爾數和溶劑摩爾數總和之比。其數學表達式如下
水文地球化學基礎
式中，xB為B組分的摩爾分數，無量綱；mA為溶劑的摩爾數（mol/L）;mB、mC、mD、……為溶質B、C、D……的摩爾數（mol/L）。就水溶液而言，溶劑是水，1mol H2O=18g,lL H2O=1000g，所以l升溶劑（H2O）的摩爾數＝1000/18=55.56mol/L。
按照上述摩爾分數的定義，Ax和Bx的摩爾分數的數學表達式為：
水文地球化學基礎
式中，NA和NB分別為被吸附離子A和B的摩爾分數；（Ax）和（Bx）分別為被吸附離子A和B的摩爾數（mol/kg）。
以摩爾分數代替被吸附離子A和B的活度。則（2.145）的交換平衡表達式可寫成：
水文地球化學基礎
式中，
從理論上講，
在研究陽離子交換反應時，人們關心的問題是，在地下水滲流過程中，從補給區流到排泄區，由於陽離子交換反應，地下水中的陽離子濃度將會產生何種變化？為了簡化問題起見，假定其他反應對陽離子濃度的變化都可忽略，那麼從理論上講，地下水從原來的地段進入一個具有明顯交換能力的新地段後，必然會破壞其原有的陽離子交換平衡，而調整到一個新的交換平衡條件。達到新的平衡後，其陽離子濃度的變化主要取決於：（1）新地段固體顆粒表面各種交換性陽離子的濃度，以及它們互相間的比值；（2）進入新地段地下水的原有化學成分，特別是陽離子濃度。隨著地下水的不斷向前流動，陽離子交換平衡不斷被打破，又不斷地建立新的平衡。其結果是，不但水的陽離子濃度變化了，含水層固體顆粒表面有關的交換性陽離子濃度也改變了。為了定量地說明上述理論上的判斷，特列舉下列例題的計算。
例題1.8
在某一地下水流動系統中，有一段具有明顯陽離子交換能力且含有大量粘土礦物的地段，試利用陽離子交換質量平衡方程（2.150），計算地下水達到新的交換平衡後，水中Ca2+和Mg2+濃度的變化，含水層粘土礦物顆粒表面交換性陽離子（被吸附的陽離子）濃度的變化。
假定：（1）含粘土礦物地段的陽離子交換容量為100meq/100g，交換性陽離子只有Ca2+和Mg2+，且Cax=Mgx，即Cax=Mgx=50meq/100g;（2）進入該地段前，地下水中的Ca2+和Mg2+濃度也相等，即Ca2+=Mg2+=1×10-3mol/L;（3）該含水層地段的有關參數：孔隙度n=0.33；固體顆粒密度ρ=2.65g/cm3;（4）地下水與該地段粘土礦物顆粒相互作用後，達到平衡時，選擇系數
計算步驟：
（1）求新的地下水進入該地段前的NCa和NMg
按題意所給，Cax=Mgx=50meq/100g。把它們換算為以mol/g表示，則Cax=Mgx=0.25×10-8mol/g；將此數據代入（1.149）式，則
NCa=NMg=0.5
（2）求新的地下水剛進入該地段時，起始狀態的
按質量作用定律，Ca-Mg交換方程為：
水文地球化學基礎
交換平衡後，雖然各自的摩爾分數有所增減，但其總數仍然不變，即NCa+NMg=1。
設達到新交換平衡時，NCa=Y，那麼，NMg=1-Y。
把上述假設代入（1.151）式，則
水文地球化學基礎
因達到新的交換平衡時，
水文地球化學基礎
因達到新交換平衡時，Cax和Mgx雖然有變化，那其總和仍然不變，即Cax+Mgx=0.5。設那時的Cax=Z，那麼：
水文地球化學基礎
把（1.154）式代入（1.153）式，得：
水文地球化學基礎
由於達到交換平衡前後，固相中的交換性鈣離子（Cax）和液相中的溶解鈣離子的總和不變。就一升水及其所接觸的岩土而論，達到交換平衡前，一升水的Ca2+為1mmol；岩土中的Cax=0.25mmol/g，－升水所佔據的岩土體積＝5379.5g。達交換平衡後，一升水的Ca2+摩爾數為x，岩土中交換性鈣離子（Cax）濃度為Z。那麼，其均衡方程為：
水文地球化學基礎
式的左邊，為交換平衡前固液相中鈣離子總量（mmol）；式的右邊，為交換平衡後固液相中鈣離子總量（mmol）。
整理（1.156）式，得：
水文地球化學基礎
把（1.157）式代入（1.155）式，整理後得：
水文地球化學基礎
解方程（1.158），得：
Z=0.250046，即交換平衡後，Cax=0.250046mmol/g
那麼，Mgx=0.5-0.250046=0.249954mmol/L
按上述計算摩爾分數的方法，得：
NCa=0.50009,NMg=0.49991
把所算得的Z值代入（1.157），得：
x=0.7525，即交換平衡後，〔Ca2+〕＝0.7525mmol/L
那麼，〔Mg2+〕＝2-0.7525=1.2475mmol/L
上述計算結果說明，當新的地下水通過交換地段，達到交換平衡時，吸附的陽離子（Ca2+和Mg2+）的濃度或摩爾分數的比值變化極小；相比之下，地下水中Ca2+和Mg2+的濃度變化很大，〔Mg2+〕/〔Ca2+〕從1約增至1.7。如果隨後進入該地段的地下水〔Mg2+〕/（Ca2＋）仍然是1的話，地下水再次破壞了剛建立起來的交換平衡，交換反應又繼續進行，直至NMg/NCa=O.6為止。此時，新流入地下水的Ca2+和Mg2+的濃度才不會改變。然而，要達到此種狀態，必需通過無數個孔隙體積的水，甚至要幾百萬年時間才能完成。
上述計算還說明，陽離子的交換方向，從左向右進行（2.151式），水中的Ca2+被吸附，而固相表面所吸附的Mg2+不斷被解吸。交換反應方向不僅取決於水中兩種離子的濃度比，同時也取決於吸附離子的摩爾分數比。如若交換的起始條件為NMg=0.375和NCa=0.625，流入的水，其鈣鎂活度比為1，那麼流過該地段的地下水，其Ca2+和Mg2+的濃度就沒有變化了。如若交換的起始條件為NMg/NCa＜0.6，其交換方向則與上述相反，從右向左進行（2.151式）。
（三）地下水系統中的Na-Ca交換
地下水中Na-Ca交換在地下水化學成分形成和演變過程中，是一個很重要的陽離子交換過程，它無論在深層地下水形成和演變，或者在淺層潛水水化學成分的改變，特別是硬度升高等方面，都具有重要意義；在土壤科學中，它對鹽鹼土的形成，也有重要作用。
地下水系統中，固液相間的Na-Ca交換也服從質量作用定律，但其質量作用方程的表達形式不同。其交換反應如下：
水文地球化學基礎
（2.159）反應最常用的質量作用方程是Gappn方程：
水文地球化學基礎
在Gapon方程的基礎上，又有許多學者提出類似於此方程的各種表達式。例如，美國鹽實驗室〔17〕在研究灌溉水與土壤間的Na-Ca交換時，提出類似於Gapon方程的表達式：
水文地球化學基礎
式中，Nax為達到交換平衡時土壤的交換性鈉量（meq/100g）;CEC為土壤的陽離子交換容量（meq/100g）;Na+、Ca2+和Mg2+是達交換平衡時水中這些離子的濃度（meq/L）;K為平衡常數。
（1.161）式左邊項表示為：
水文地球化學基礎
式中的ESR稱為「交換性鈉比」。
（1.16l）式右邊項表示為：
水文地球化學基礎
式中的「SAR」稱為鈉吸附比，它是Na-Ca交換中一個很重要的參數。（1.161）式可改寫成：
水文地球化學基礎
（1.164）式說明，ESR與SAR線性相關，水中的SAR越高，岩土中的ESR值也越大，岩土中的Nax也越高。許多學者通過岩土的Na-Ca交換試驗，得出了有關回歸方程，列於表1.20。
表1.20Na-Ca交換的回歸方程
表1.20中的Na-Ca交換方程是實驗方程，應用起來當然有其局限性。其中，美國鹽實驗室的回歸方程是用美國西部12個土壤剖面59個土樣試驗得出的，所以其代表性較好。盡管有其局限性，但是，應用此類方程判斷Na-Ca交換的方向，定量化計算其交換量，還是比較有效的。表1.21的數據充分說明這一推斷。
表1.21Na-Ca試驗中某些參數的變化〔2〕
表1.21中是一組Na-Ca交換試驗數據，其中包括實測值與計算值的對比。表中的數據可說明以下幾點；
（1）Na-Ca交換反應方向取決於水中的起始SAR值，及岩土中的起始ESR值。例如，用SAR值分別為0.73和9.81的水淋濾ESR值為0.046的同一種土壤時，淋濾後，前者的（Cax+Mgx）從8.56增至8.76meq/100g，水中的Ca2+和Mg2+被吸附，而固體顆粒表面的交換性Na+解吸到水中，按（1.159）式，其交換反應方向朝左進行；相反，後者的（Cax+Mgx）從8.56減至7.52meq/100g，水中的Na+被吸附，而固體顆粒表面的交換性Ca2+和Mg2+解吸進入水中，按（1.159）式，其交換反應向右進行。如果起始條件已知，即水中的SAR值及岩土中的ESR值已知，也可判斷其反應方向。例如，把表1.21中的SAR值0.73和9.81分別代入表1.20中的3號方程，ESR值的計算值分別為0.038和0.1379。前者的ESR計算值（0.038）小於土壤的起始ESR值（0.046，見表1.21），反應按（1.159）式向左進行；後者的SER計算值（0.1379）明顯大於土壤的起始ESR值（0.046），反應按（1.159）式向右進行。也就是說；如果ESR計算值小於岩土的ESR值，反應向左進行；反之，則相反。當然，如果土壤的起始ESR值為0.038，與S4R值為0.73的水相互作用時，Na-Ca交換處於平衡狀態，水中的Na+、Ca2+和Mg2+濃度不會改變。表1.22是現場試驗結果，結果說明，SAR值越高，固體表面解吸出來的Ca2+和Mg2+就越多，水的硬度增加就越大。這些數據充分證明了上述理論。
表1.22SAR值不同的污水現場試驗結果〔2〕
註：硬度以CaCO3計（mg/L）。
（2）把Na-Ca交換方程應用於實際是比較可靠的。表1.21中（Cax+Mgx）的實測值及計算值相差很小，說明了這一點。其計算方法如下：以計算SAR=0.73的水為例，將0.73代入表1.20中的方程3，求得ESR=0.038；將此值及CEC值（8.96）代入（1.162）式，求得Nax=0.328meq/100g；將CEC值減去Nax值，即為（Cax+Mgx）值（因為土中吸附的陽離子主要是Na+、Ca2+和Mg2+），其值為8.63meq/100g。
SAR值不僅在研究Na-Ca交換反應中是重要的，而且它是灌溉水質的一個重要參數。前面談到，SAR高的水，在水岩作用過程中，引起水中的Na+被吸附到固相顆粒表面上，2個Na+交換一個Ca2+或Mg2+（等當量交換）。因為2個Na2＋的大小比一個Ca2+或Mg2+大，因而引起土壤的透氣性減小，產生板結及鹽鹼化。有關SAR值的灌溉水質標准可參考有關文獻。本書不詳述。
D. 關於高中化學離子交換柱的問題，如圖所示。
這個我們剛講過…實際上本質還是中和滴定問題 先交換陽離子 有個裝置 就是離子交換柱專 把FeClx中的鐵離子換成屬Na+ 就變成了xNaCl 然後再換陰離子 用陰離子交換柱 把Cl-換成Oh- 最後FeClx就變成了xNaOh 然後和鹽酸中和滴定
E. 在離子交換過程中，10%濃度的鈉離子能把樹脂上的鎂離子取下來，達到除鎂的效果。請問為什麼鈉離子能置換鎂
這個不是置換的問題！
而且濃度的問題！10%濃度的鈉離子大於離子交換樹脂中的陽離子濃度！
這個有點象生物學中的滲透的問題！高濃度取代了低濃度的！
F. 離子交換樹脂的制水量怎麼計算，樹脂的單位升，硬度單位Mg/L
制水量=樹脂體積×1000/進水硬度
制水量，L
樹脂體積，L
進水硬度，mmol/L
G. 一袋離子交換樹脂出多少水
首先你的問題不全，如果是軟化樹脂，數量為：25升/包，計算公司如下：
1、先獲知原水硬度濃度，一般原水硬度已碳酸鈣（CaCO3計），單位為mg/L，首先將這個單位的硬度數據需換算為離子摩爾濃度，如原水碳酸鈣（CaCO3計），為300mg/L，換算為離子摩爾濃度的方法為：300➗50（即1/2碳酸鈣分子量）＝6mmol/L
2、一般軟化樹脂工作交換容量為900mmol/L，即得出每立方樹脂制水量：900➗6=150立方
3、一袋樹脂25升的制水量為：0.025立方x150=3.75立方
如同疑問歡迎追問，也可點擊頭像聯系。
以上計算公式為正規渠道購買的樹脂計算公式，不包含哪些回收舊樹脂，上海、江蘇、河南部分企業生產的低價樹脂，尤其不代表假冒爭光的那些個樹脂，打擊偽劣假冒，其實是為了更好的保護好終端用戶，不要盲目選用低價采購，也不要以為招投標體制簡單方便，其實眼下眾多招投標制度，除了「集體拍板集體不負責任」這點好處外，實際使用部門可謂苦不堪言，因為你明明知道什麼產品好用，什麼產品坑人，但你捍衛不了你的技術權威，因為低價不買買高價，過不了審計這一關，這才是目前國內這個市場最最令人擔憂的地方。再加上一些企業商家，為了一點蠅頭小利，置行業發展於不顧，置環境保護於不顧，置用戶使用於不顧，置子孫後代生存權利於不顧，豈不知這樣恰恰給了洋品牌最佳的一個對比案例機會，因為你生產的偷工減料產品，如果能與國外的產品去做對比，因為也進一步促使了終端用戶放棄國貨，崇洋媚外於洋品牌。但是我在此可以很負責任的告訴各位：普通水處理的離子交換樹脂，國內一線品牌（比如我們爭光）的產品質量，絕對不亞於洋品牌，尤其是優於那些委託國內小廠貼牌加工的洋品牌，至於這些洋品牌我不方便一一點名，但是你可以去分析跟蹤了解，市面上大家聽到的越多的洋品牌，最高概率在於其列。歡迎選擇我們的民族老品牌，謝謝！
H. 離子交換柱交換過程化學方程式
強酸型陽離子交換樹脂：R-SO3H
（有許多SO3H基團）
強鹼型陰離子交回換樹脂：[R4N]OH
（有許多OH基團）
R-SO3H
+
M(+)
=
RSO3M
+
H(+)
將所有陽離子吸附答到樹脂上，釋放出H(+)；
[R4N]OH
+
X(-)
=
[R4N]X
+
OH(-)
將所有陰離子吸附到樹脂上，釋放出OH(-)；
H(+)
+
OH(-)
=
H2O
陽離子交換產生的H(+)與陰離子交換產生的OH(-)結合成水。
I. 離子交換樹脂的工作交換容量怎麼計算
離子交換樹脂的交換容量如何計算？
1.陽樹脂工作交換回容量計算公式答：Qa=(A+S)V/VR
Qa：陽樹脂的工作交換容量，單位為mol/m³
A：陽床平均進水鹼度，單位為mmol/l
S:陽床平均出水酸度，單位為mmol/l
V:周期制水總量,單位為m³
VR：床內樹脂體積（逆流再生則不含壓脂層體積），單位為m³
2.陰樹脂工作交換容量計算公式：Qk=（S+〔CO2〕+〔SiO2〕）V/VR
Qk：陰樹脂工作交換容量，
〔CO2〕：陰床進水平均CO2濃度，單位為mmol/l;
〔SiO2〕：陰床進水平均SiO2濃度，單位為mmol/l;
S、V、VR同陽樹脂工作交換容量公式；