阳离子交换树脂
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在之前的《离子交换树脂》?的文章中，我们说过根据活性基团的性质不同，离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。今天主要介绍一下它们的相关特性。
阳离子交换树脂的类型
强酸性阳离子交换树脂
我们先看一下Na+交换树脂（RNa），RNa可与水中的碳酸盐（如碳酸氢钙）发生离子交换反应，同时也可以与水中的非碳酸盐（如硫酸钙、氯化镁等）发生离子反应：因此RNa可以去除碳酸盐和非碳酸盐硬度而不产生酸性水，反应前后的总含盐量没有明显的变化，出水的碱度也不变。而对于H+交换树脂（RH），其可以与碳酸盐、非碳酸盐和Na+进行离子交换。RH去除碳酸盐硬度，水中的Ca2+或Mg2+被交换到树脂上，碳酸氢根则生成二氧化碳和水：因此RH在去除碳酸盐硬度的同时也去除了碱度。
RH也可以去除非碳酸盐硬度，其中的Cl-和SO42-生成相应的酸，导致出水呈酸性：对于水中的Na+，也会与RH中的H+发生离子交换，产生Na型树脂，但是起不到软化水的作用。以上我们可以看到其出水的水质变化是比较复杂的，假如把RH装入交换柱中，将原水从交换柱上部流入，经离子交换后从底部流出，以运行时间为横坐标，出水硬度、酸度或碱度为纵坐标，可以得到RH出水水质变化的全过程图：由这个过程图可以看到，RH的交换过程可以分为三个阶段。第一阶段为Na+泄漏（a点）之前，当原水流经RH时，原水中所有的阳离子均与树脂中的H+进行交换，出水检测为酸性，强酸酸度保持不变，检测不到Ca2+、Mg2+和Na+。第二阶段从Na+泄漏开始到硬度离子泄漏之前（a点到b点），一旦Na+开始泄漏，Na+浓度迅速上升，相应的出水酸度开始急剧下降；运行一段时间后，出水中的Na+浓度会超过原水中的Na+浓度，表明RH树脂之前被交换到的Na+开始与原水中的Ca2+、Mg2+进行置换，当出水Na+浓度与原水中强酸根浓度相等时，出水酸度变为0，随后呈碱性；当出水碱度与原水碱度相等时，出水Na+浓度达到最大值，其Na+浓度和碱度在相当一段运行时间内保持不变，此时RH就完全转化成了RNa进行反应，继续与Ca2+、Mg2+进行交换。第三阶段开始于硬度离子泄漏（b点）之后，出水的硬度开始逐渐增加至原水浓度，Na+浓度则从最高值逐渐下降至原水中Na+浓度。经过第三阶段，整个树脂层的交换能力就几乎全部耗尽了。由于RH有两个泄漏点，一个是Na+泄漏，另一个是硬度泄漏。可以根据原水水质和处理要求来控制树脂运行的失效点。其中在水的脱盐系统中，失效点以Na+泄漏为准。而在水的软化系统中可以考虑以硬度泄漏为准。
弱酸性阳离子交换树脂
我们以目前应用较多的丙烯酸型阳离子交换树脂为例，其分子结构如图所示：其活性基团为羧酸，可交换离子为H+，由于羧酸的离解度较小，只能去除碳酸盐硬度，与碳酸氢钙或碳酸氢镁进行反应，产生碳酸。由于只有极少量的碳酸离解为H+，因此并不会影响树脂上可交换离子（H+）的继续离解，并与水中的Ca2+和Mg2+进行交换反应。另外，由于弱酸性阳离子树脂含有的交换基团比较多（通常比强酸性阳离子高出一倍多），所以其交换容量也比较大。
阴离子交换树脂类型
通过在粒状高分子化合物母体的最后处理阶段导入各种胺基（氨的氢原子被羧基取代后的化合物），就构成了阴离子交换树脂。树脂根据其中碱性基团的强弱，分为强碱性和弱碱性两大类：上图中的R指的是某些简单的脂肪烃烃基，因为阴离子交换树脂中可交换的离子为羟基，所以阴离子交换树脂通常用ROH表示。
强碱性阴离子交换树脂
强碱性阴离子交换树脂通常用于水的除盐，放置于强酸性H离子交换树脂后，可用于去除水中的各种阴离子（如硫酸根，氯根、碳酸氢根和硅酸根等）。这些阴离子在经过H离子交换树脂之后通常以酸的形式存在。我们可以看一下强碱性阴离子交换树脂对水中各种阴离子的交换反应：由上可以看出，阴离子交换树脂出水应该是呈中性的。但是如果前端的H+交换树脂有微量Na+泄漏，就会由于含有微量NaOH而呈弱碱性。强碱性阴离子交换树脂还可以用于除硅，但是在去除的过程中需要保证进水呈酸性，因为在酸性条件下，水中的硅酸化合物以硅酸分子的形态存在，才能与强碱性树脂进行交换反应。该反应生成电离度极小的水，从而有利于反应向右进行；如果进水的酸性减低了，部分硅酸就会以硅酸根（HSiO3-）的形式存在，硅酸根则会与强碱性阴离子树脂发生如下反应：该反应生成的NaOH会理离解出大量的OH-，阻碍反应向右进行，影响硅的去除效果。一开始的时候我们介绍过，ROH通常与RH结合使用，用于除盐。如果这个组合用于除硅的话，通常要求前端RH出水中的Na含量比较低，否则容易导致ROH出水碱度增加，影响除硅效果。与阳离子交换树脂相比，ROH化学稳定性和抗有机物污染的能力较差，容易受到氧化剂的氧化而变质，，特别是其中的氮被氧化后，其碱性会逐渐变弱，导致交换容量的降低。
弱碱性阴离子交换树脂
在分类里面我们说过，弱碱性阴离子树脂分为伯胺型、仲胺型和叔胺型三种（就是古代兄弟排行啊，从大到小分别是伯仲叔季，弱碱性阴离子树脂没有四弟）。它们只能与强酸阴离子（注意是强酸的阴离子，不是强酸性阴离子树脂）进行交换。由于树脂上活性基团在水中的离解能力弱，假如水中pH增大，则交换反应就会受到水中OH-的抑制。所以强酸阴离子只有以酸的形态才能与弱碱性阴离子树脂进行交换反应。以上就是弱酸性阴离子树脂与水中的盐酸、硫酸进行的反应。基于以上性质，我们可以知道，弱碱性阴离子交换树脂非常容易再生；因为树脂内部的空隙较大，抗有机污染能力较强，交换容量较大，通常与强碱性阴离子树脂组合使用，弱碱性阴离子树脂用于去除强酸阴离子，强碱性阴离子树脂用于去除其它阴离子，各有分工；强碱性阴离子树脂的再生废液还能用于再生弱碱性阴离子树脂（联合再生）。
结 语
以上就是关于阳离子交换树脂和阴离子交换树脂特性部分的内容了。内容较多，本来想分开两篇写，但是由于基本都是概念性的内容，个人认为稍作了解，有个印象就可以了，就合作了一篇。
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