離子交換的機理及分類

⑴ 離子交換柱的工作原理是什麼

離子復交換柱的原理制

採用離子交換方法，可以把水中呈離子態的陽、陰離子去除，以氯化鈉（NaCl）代表水中無機鹽類，水質除鹽的基本反應可以用下列方程式表達：

1、陽離子交換樹脂：R—H+Na+→R-Na+H+

2、陰離子交換樹脂：R—OH+CL-→R-CL+OH+

陽、陰離子交換樹脂總的反應式即可寫成：

RH+ROH+NaCL—RNa+RCL+H2O

由此可看出，水中的Nacl已分別被樹脂上的H+和OH-所取代，而反應生成物只有H2O，故達到了去除水中鹽的作用。

3、混合離子交換柱（混床）：混床是裝陽、陰樹脂按一定比例（一般為1:2,以便陽、陰樹脂同時達到交換終點而同時再生）裝入混合柱而成，實際上它組合成了水中的H+和OH-立即生成電離度很小的水分子（H2O）,幾乎不存在陽床或陰床交換時產生的逆交換現象，故可以使交換反應進行得十分徹底，因而混合床的出水水質優於陽、陰床串聯組成的復床所能達到的水質，能製取純度相當高的成品水。

⑵ 離子交換的原理

離子交換是應用離子交換劑（最常見的是離子握旅交換樹脂）分離含電解質的液體混合物的過程。離子交換過程是液固兩相間的傳質（包括外擴散和內擴散）與化學反應（離子交換反應）過程，稿帆通常離子交換反應進行得很快，過程速率主要由傳質速率決定。

水溶液中的一些陽離子進入反離子層，而原來在反離子層中的陽離子進入水溶液，這種發生在反離子層與正常濃度處水溶液之間的同性離子交換被稱為離子交換作用。離子交換主要發生在擴散層與正常水溶液之間，由於黏土顆粒表面通常帶的是負電荷，故離子交換以陽離子交換為主，故又稱為陽離子交換。離子交換嚴格服從當量定律，即進入反離子層的陽離子與被置換出反離子層的陽離子的當量相等。

⑶ 離子交換色譜的原理以及陰陽離子交換樹脂的特性

離子交換樹脂的結構：

離子交換樹脂主要由高分子骨架和活性基團兩部分組成，高分子骨架是惰性的網狀結構骨架，是不溶於酸或鹼的高分子物質，常用的離子交換樹脂是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到樹脂的骨架。

而活性基團不能自由移動的官能團離子和可以自由移動的可交換離子兩部分組成，可交換離子能夠決定樹脂所吸附的離子，比如可交換離子為H型陽離子交換樹脂，那麼這個樹脂能夠吸附的離子，就是H型陽離子，而官能團離子能夠決定樹脂的「酸"、「鹼"性和交換能力的強弱，比如官能團離子是強酸性離子，那麼樹脂就是強酸性離子交換樹脂。

---

離子交換樹脂的內部結構：

1.凝膠型樹脂是由純單體混合物經縮合或聚合而成的，結構為微孔狀，合成的工藝比較簡單，孔徑大概在1-2nm左右，凝膠型樹脂的操作容量高，產水量高，物理強度好，且再生效率高，被廣泛應用在食品飲料加工，超純水制備，飲用水過濾，硬水軟化，製糖業，制葯等領域。

2.大孔型樹脂的孔徑一般在10nm左右，在樹脂中孔徑是比較大的，所以被稱為大孔型樹脂，且孔徑不會隨著周圍的環境而變化，能夠彌補凝膠型樹脂不能在非水系統中使用的缺點，吸附能力非常強大，不易碎裂，耐氧化好，操作容量高，能夠應用在醫葯領域、除重金屬污染、葯品純化、水處理中除去碳酸硬度、冷凝水精處理等領域。

詳情點擊：網頁鏈接

⑷ 離子交換柱的工作原理

離子交換柱的工作原理：
採用離子交換方法，可以把水中呈離子態的陽、陰離子去除。
以氯化鈉（NaCl）代表水中無機鹽類，水質除鹽的基本反應可以用下列方程式表達：
1、陽離子交換樹脂：R—H+Na+→R-Na+H+
2、陰離子交換樹脂：R—OH+CL-→R-CL+OH+
陽、陰離子交換樹脂總的反應式即可寫成：
RH+ROH+NaCL—RNa+RCL+H2O
由此可看出，水中的Nacl已分別被樹脂上的H+和OH-所取代，而反應生成物只有H2O，故達到了去除水中鹽的作用。
離子交換柱（ion exchange column）是用來進行離子交換反應的柱狀壓力容器。充填有離子交換樹脂的細長管柱。可由玻璃、不銹鋼、有機玻璃等不被所用的流動相腐蝕的材料製成。離子交換柱（混床）的分類：混床按再生方式分可分為體內再生混床、體外再生混床、陰樹脂外移再生混床三種。
離子交換柱的分類：
混床按再生方式分可分為體內再生混床、體外再生混床、陰樹脂外移再生混床三種。
1、體外再生混床適合小流量、對環保有嚴格要求的企業。但由於體外再生式混床配套設備多，操作復雜，現在已很少使用。
2、體內再生混床和陰樹脂外移再生混床適合大流量，有專門的水處理操作人員及廢水處理的場合。體內再生混床在運行及整個再生過程均在混床內進行，再生時樹脂不移出設備以外，且陽、陰樹脂同時再生，因此所需附屬設備少，操作簡便。
3、陰樹脂外移再生混床：陰樹脂外移再生式混合床及其配套的陰樹脂再生柱基本構造與小型逆流再生固定床大致相同，陰樹脂再生柱厚度較混合床小，所需的膨脹高度為樹脂層高度的50%～60%，故再生柱可較低，但一般為統一起見做成與混合床相同。

⑸ 氫離子鉀離子交換機制

細胞內外離子分布不平衡，一般情況下3個鈉離子轉移至細胞外伴隨2個鉀離子和1個氫離子轉移入細胞內的過程。在鉀離子和氫離子變化不平衡的情況下發生氫-鈉和鉀-鈉競爭，即鉀和氫的相對比例發生變化，同時轉移的總量也發生變化。

氫離子與鈉離子的交換發生在腎近曲小管上皮細胞泌氫重吸收碳酸氫根離子的過程當中。

近曲小管中從腎小囊中濾過的NaHCO3解離為鈉離子和碳酸氫根離子，鈉離子順濃度梯度被重吸收入近曲小管上皮細胞中。

在近曲小管上皮細胞內含有很多的碳酸酐酶，CO2和水反應生成碳酸，碳酸在碳酸酐酶的作用下分解為氫離子和碳酸氫根離子。氫離子借鈉離子氫離子交換體在小管上皮細胞處出細胞，發生鈉離子和氫離子的交換。

這種交換是一種繼發式主動轉運，能量來自於上皮細胞的基底膜上鈉鉀ATP酶。

⑹ 離子交換原理 離子是怎麼交換的

1、離子交換是應用離子交換劑（最常見的是離子交換樹脂）分離含電解質的液體混合物的過程。離子交換過程是液固兩相間的傳質（包括外擴散和內擴散）與化學反應（離子交換反應）過程，通常離子交換反應進行得很快，過程速率主要由傳質速率決定。 2、離子交換反應一般是可逆的，在一定條件下被交換的離子可以解吸（逆交換），使離子交換劑恢復到原來的狀態，即離子交換劑通過交換和再生可反復使用。同時，離子交換反應是定量進行的，所以離子交換劑的交換容量（單位質量的離子交換劑所能交換的離子的當量數或摩爾數）是有限的。

⑺ 離子交換的基本原理

水處理中主要採用離子交換樹脂和磺化煤用於離子交換。其中離子交換樹脂應用廣泛，種類多，而磺化煤為兼有強酸型和弱酸型交換基團的陽離子交換劑。
離子交換樹脂按結構特徵，分為：凝膠型、大孔型和等孔型氏蘆;
按樹脂母體種類，分為：苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等;
按其交換基團性質，分為：強酸型、弱酸型、強鹼型和弱鹼型。
⑴離子交換樹脂的構造
是由空間網狀結構骨架(即母體)與附屬在骨架上的許多活性基團所構成的不溶性高分子化合物。活性基團遇水電離，分成兩部分：固定部分，仍與骨架牢固結合，不能自由移動，構成所謂固定離子，活動部分，能在一定范圍內自由移動，並與其周圍溶液中的其他同性離子進行交換反應，稱為可數孝交換離子。
⑵基本性能
①外觀
呈透明或半透明球形，顏色有乳白色、淡黃色、黃色、褐色、棕褐色等，
②交聯度
指交聯劑占樹脂原料總重量的百分數。對樹脂的許多性能例如交換容量、含水率、溶脹性、機械強度等有決定性影響，一般水處理中樹脂的交聯度為7%～10%。
③含水率
指每克濕樹脂所含水分的百分率，一般為50%，交聯度越大，孔隙越小，含水率越少。
④溶脹性
指干樹脂用水浸泡而體積變大的現象。一般來說，交聯度越小，活性基團越容易電離，可交換離子的水合離子半徑越大，則溶脹度越大;樹脂周圍溶液電解質濃度越高，樹脂溶脹率就越小。
在生產中應盡量保證離子交換器有長的工作周期，減少再生次數，以延長樹脂的使用壽命。
⑤密度
分為干真密度、濕真密度和濕視密度
⑥交換容量
是樹脂最重要的性能，是設計離子交換過程裝置時所必須的數據，定量地表示樹脂交換能力的大小。分為全交換容量和工作交換容量。
⑦有效PH范圍
由於樹脂的交換基團分為強酸強鹼和弱酸弱鹼，所以水的PH值對其電離會產生影響，影響其工作交換容量。弱鹼只能在酸性溶液中以及弱酸在鹼性溶液中有較高的交換能力。
⑧選擇性
即離子交換樹脂對水中某種離子能優先交換的性能。除與樹脂類型有關外，還與水中濕度和離子濃度有關。
⑨離子交換平衡
離子交換反應是可逆反應，服從質量作用定律和當量定律。經過一定時間，離子交換體系中固態的樹脂相和溶液相之間的離子交換反應達到平衡，其平衡常數也稱為離子交換選擇系數。降低反應生成物的濃度有利於交換反應的進行。
⑩離子交換速率
主要受離子交換過程中離子擴散過程的影響。殲畢帶
其他性能：如溶解性、機械強度和耐冷熱性等。離子交換樹脂理論上不溶於水，機械強度用年損耗百分數表示，一般要求小於3%～7%/年。另外，溫度對樹脂機械強度和交換能力有影響。溫度低則樹脂的機械強度下降，陽離子比陰離子耐熱性能好，鹽型比酸鹼型耐熱好。
⑶樹脂層離子交換過程
以離子交換柱中裝填鈉型樹脂，從上而下通以含有一定濃度鈣離子的硬水為例，以交換柱的深度為橫坐標，以樹脂的飽和度為縱坐標，可繪得某一時刻的飽和度曲線。就整個交換過程而言，樹脂層的變化可分為三個階段。

⑻ 離子交換法富集分離陽離子和陰離子的原理各是什麼

離子交換樹脂是利用被分離離子交換能力的差別而實現分離的，一般情況下價內態高的離子選擇系容數大，如鐵離子的交換順序大於鈣離子，具體情況如下：對陽離子的吸附
高價離子通常被優先吸附，而低價離子的吸附較弱。在同價的同類離子中，直徑較大的離子的被吸附較強。一些陽離子被吸附的順序如下：fe3+
>
al3+
>
pb2+
>
ca2+
>
mg2+
>
k+
>
na+
>
h+
對陰離子的吸附
強鹼性陰離子樹脂對無機酸根的吸附的一般順序為：so42－>
no3－
>
cl－
>
hco3－
>
oh－

弱鹼性陰離子樹脂對陰離子的吸附的一般順序如下：oh－>
檸檬酸根3－
>
so42－
>
酒石酸根2－
>草酸根2－
>
po43－
>no2－
>
cl－
>醋酸根－
>
hco3－

⑼ 離子交換的原理

有兩種理論可用於研究交換過程的選擇性：
① 多相化學反應理論假定離子A1與A2之間有如下的交換反應：
式中Z1和Z2分別為離子A1和A2的化合價;A1和A2表示存在於溶液相中的離子；凴1和凴2表示存在於樹脂相中的離子。以離子濃度C代替活度，依據質量作用定律,可得出離子交換平衡常數為： 式中C1、C2、叿1和叿2分別為A1、A2、凴1和凴2的離子濃度。此常數又稱選擇性系數。
②膜平衡理論認為樹脂表面相當於半透膜, 所交換的離子能自由通過；而連接在樹脂骨架上的離子不能通過。按照F.G.唐南膜平衡原理，可得出格雷戈爾公式：
式中R為摩爾氣體常數;T為絕對溫度；α1、α2、ā1和ā2分別為離子A1、A2、凴1和凴2的活度；π為滲透壓;堸為位於樹脂相的離子的偏摩爾體積。由上式可以看出，化合價較高、體積較小（即水化半徑較小）的離子，將優先與樹脂結合。因此，溶液中各種離子的化合價及體積相差越大，離子交換過程的選擇性越高。 離子交換是一種液固相反應過程，必然涉及物質在液相和固相中的擴散過程。在常溫下，交換反應的速度很快，不是控制因素。如果進行交換的離子在液相中的擴散速度較慢，稱為外擴散控制，如果在固相中的擴散較慢，則稱為內擴散控制。
早期的研究系從斐克定律（見分子擴散）出發，所導出的速率方程式只適用於同位素離子的交換。實際上，離子交換過程至少有兩種離子反向擴散。如果它們的擴散速率不等，就會產生電場，此電場必對離子的擴散產生影響。考慮到此電場的影響，F.G.赫爾弗里希導出相應的速率方程為：
式中N為物質通量；D為擴散系數；F為法拉第常數；φ為電極電位。

⑽ 請問離子交換的作用是什麼啊

您問的太籠統了啊。
（1）按骨架材料分類
按合成離子交換樹脂骨架材料的不同，離子交換樹脂可分為苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環氧系等。
（2）按交換基團的性質分類
根據交換基團的性質不同，離子交換樹脂可分為兩大類：凡與溶液中陽離子進行交換反應的樹脂，稱為陽離子交換樹脂，陽離子交換樹脂可電離的反離子是氫離子及金屬離子；凡與溶液中的陰離子進行交換反應的樹脂，稱為陰離子交換樹脂，陰離子交換樹脂可電離的反離子是氫氧根離子和酸根離子。
離子交換樹脂同低分子酸鹼一樣，根據它們的電離度不同又可將陽離子交換樹脂分為強酸性陽樹脂和弱酸性陽樹脂；可將陰離子交換樹脂分為強鹼性陰樹脂和弱鹼性陰樹脂。表1中歸納了離子交換樹脂的類別。
表1 離子交換樹脂的類別
樹脂名稱
交換基團
酸鹼性
化學式
名稱
陽離子交換樹脂
—SO3-H+
磺酸基
強酸性
—COO-H+
羧酸基
弱酸性
陰離子交換樹脂
—N+OH-
季銨基
強鹼性
—NH+OH-
—NH2+OH-
—NH3+OH-
叔胺基
仲胺基
伯胺基
弱鹼性

此外，還可以根據交換基團中反離子的不同，將離子交換樹脂冠以相應的名稱，例如：氫型陽樹脂、鈉型陽樹脂、氫氧型陰樹脂、氯型陰樹脂等。離子交換樹脂由鈉型轉變為氫型或由氯型轉變為氫氧型稱為樹脂的轉型。
（3）按離子交換樹脂的微孔型態分類
由於製造工藝的不同，離子交換樹脂內部形成不同的孔型結構。常見的產品有凝膠型樹脂和大孔型樹脂。
a）凝膠型樹脂。這種樹脂是均相高分子凝膠結構，所以統稱凝膠型離子交換樹脂。在它所形成的球體內部，由單體聚合成的鏈狀大分子在交聯劑的鏈接下，組成了空間結構。這種結構像排布錯亂的蜂巢，存在著縱橫交錯的「巷道」，離子交換基團就分布在巷道的各個部位。由巷道所構成的空隙，並非我們想像的毛細孔，而是化學結構中的空隙，所以稱為化學孔或凝膠孔。其孔徑的大小與樹脂的交聯度和膨脹程度有關，交聯度越大，孔徑就越小。當樹脂處於水合狀態時，水分子鏈舒伸，鏈間距離增大，凝膠孔就擴大；樹脂乾燥失水時，凝膠孔就縮小。反離子的性質、溶液的濃度及pH值的變化都會引起凝膠孔徑的改變。
凝膠孔的特點是孔徑極小，平均孔徑約1~2nm，而且大小不一，形狀不規則。它只能通過直徑很小的離子，直徑較大的分子通過時，則容易堵塞孔道而影響樹脂的交換能力。凝膠型樹脂的缺點是抗氧化性和機械強度較差，特別是陰樹脂易受有機物的污染。
b）大孔型樹脂。這種樹脂在製造過程中，由於加入了致孔劑，因而形成大量的毛細孔道，所以稱為大孔樹脂。在大孔樹脂的球體中，高分子的凝膠骨架被毛細孔道分割成非均相凝膠結構，它同時存在著凝膠孔和毛細孔。其中毛細孔的體積一般為0.5mL（孔）/g（樹脂）左右，孔徑在20~200nm以上，比表面積從幾m2/g到幾百m2/g。由於這樣的結構，大孔型樹脂可以使直徑較大的分子通行無阻，所以用它去除水中高分子有機物具有良好的效果。
大孔型樹脂由於孔隙占據一定的空間，骨架的實體部分就相對減少，離子交換基團含量也相應減少，所以交換能力比凝膠型樹脂低。大孔型樹脂的吸附能力強，與交換的離子結合較牢固，不容易充分恢復其交換能力。但大孔樹脂的抗氧化性能比較好，因為它的交聯度較大，大分子不易降解。再者，大孔樹脂具有較好的抗有機物污染性能，因為被樹脂截留的有機物，易於在再生操作中，從樹脂的孔眼中清除出去。
離子交換原理
應用離子交換樹脂進行水處理時，離子交換樹脂可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號電荷的離子相互交換而達到凈化水的目的。
如H型陽離子交換樹脂遇到含有Ca2+、Na+的水時，發生如下反應：
2RH + Ca2+ R2Ca + 2H+
RH + Na+ RNa + H+
當OH型陰離子交換樹脂遇到含有Cl-、SO42-的水時，其反應為：
ROH + Cl- RCl + OH-
2ROH + SO42- R2SO4 +2OH-
反應的結果是水中的雜質離子（Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等）分別被吸著在樹脂上，樹脂由H型和OH型變為Ca型、Na型和Cl型SO4型，而樹脂上的H+、OH-則進入水中，相互結合成為水，從而除去水中的雜質離子，製得純水。
H+ + OH- H2O
離子交換樹脂的離子與水中的離子之間所以能進行交換，是在於離子交換樹脂有可交換的活動離子。而且因為離子交換樹脂是多孔的，即在樹脂顆粒中存在著許多水能滲入其內的微小網孔，這樣使樹脂和水有很大的接觸面，不僅能在樹脂顆粒的外表面進行交換，而且在與水接觸的網孔內也可以進行這一交換。
如前所述，合成的離子交換樹脂是一種帶有交聯劑的高分子化合物，有許多水能滲入的網孔，交換劑的內部是一個立體的網狀結構作為骨架，這些網組成了無數的四通八達的孔隙，孔隙裡面充滿了水。在孔隙的一定部位上有一個可以自由活動的交換離子。當離子交換樹脂和水溶液接觸時，水溶液即通過這些網狀結構的孔滲入其內，離子交換樹脂進行離解，結果是一定數量的離子（H型離子交換樹脂為氫離子，OH型離子交換樹脂為氫氧根離子）進入圍繞離子交換樹脂顆粒四周的水溶液中，形成離子霧。
離子交換樹脂與水溶液中離子的交換過程，實際上就是離子霧中的離子與水溶液中的離子的相互交換過程，其機理可以用雙電層理論進行解釋。
這種理論是將離子交換樹脂看作具有膠體型結構的物質，即在離子交換樹脂的高分子表面上有和膠體表面相似的雙電層。也就是說，在離子交換樹脂的高分子表面有兩層離子，緊挨著高分子表面的一層離子（如強酸性陽樹脂中的—SO3-），稱為內層離子，在其外面的是一層符號相反的離子層（如強酸性陽樹脂中的H+）。和內層離子符號相同的離子稱為同離子，符號相反的稱為反離子。
根據膠體結構的概念，雙電層中的離子按其活動性的大小，可劃分為吸附層和擴散層。那些活動性較差，緊緊地被吸附在高分子表面的離子層，稱為吸附層，它包括內層離子和部分反離子；在吸附層外側，那些活動性較大，向溶液中逐漸擴散的離子，稱為擴散層。
內層離子依靠化學鍵結合在高分子的骨架上，吸附層中的反離子依靠異電荷的吸引力被固定著。而在擴散層中的反離子，由於受到異電荷的吸引力較小，熱運動比較顯著，所以這些反離子有向水溶液中漸漸擴散的現象。
當離子交換樹脂遇到含有電解質的水溶液時，電解質對其雙電層有以下的作用：
（1）交換作用
擴散層中的離子與膠核距離大，受膠核電荷吸引力小，在溶液中活動較自由，離子交換作用主要是由擴散層中的反離子和溶液中其它離子互換位置所致。
在H型陽離子交換樹脂與溶液中Na+的交換中，樹脂內部網孔間的水中有很多從樹脂上離解下來的H+，形成了很大的H+濃度，但在流動的水中H+濃度卻很小；相反在流動的水中，Na+濃度很大，而樹脂內部網孔水溶液中原來沒有Na+。濃度大的地方的離子要向濃度小的地方運動，這就是擴散。所以水溶液中的Na+要擴散到樹脂顆粒內部去，而H+要從樹脂顆粒內部擴散到水溶液中去。這就是離子交換的過程。
上述的交換過程並不局限於擴散層。溶液中也有一些反離子先交換至擴散層，然後再與吸附層中的反離子互換位置；吸附層中的反離子，也會先與擴散層的反離子互換位置後，再完成上述的交換過程。
（2）壓縮作用
當水溶液中鹽類濃度增大時，可以使擴散層受到壓縮，從而使原來處於擴散層中的部分反離子變成吸附層中的反離子，以及使擴散層的活動范圍變小。這使擴散層中的反離子活性減弱，不利於進行離子交換。這也可以說明為什麼當再生溶液的濃度太大時，不僅不能提高再生效果，有時反使效果降低。
上述將離子交換樹脂看作具有膠體型結構的物質，用擴散理論對其交換過程進行解釋，適合與水處理工藝的離子交換過程。但關於離子交換過程的機理，有多種說法，現尚還不能統一。