基于離子交換樹(shù)脂的離子交換作用

• 離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)與特性：
  離子交換樹(shù)脂是一種帶有可交換離子的高分子聚合物，由樹(shù)脂母體（骨架）和活性基團(tuán)兩部分構(gòu)成。樹(shù)脂母體一般是具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，比如苯乙烯系、丙烯酸系等，它為整個(gè)樹(shù)脂提供了穩(wěn)定的物理形態(tài)。而活性基團(tuán)則是連接在樹(shù)脂母體上、能夠進(jìn)行離子交換的化學(xué)基團(tuán)，分為陽(yáng)離子交換基團(tuán)（如磺酸基、羧基等）和陰離子交換基團(tuán)（如季銨基、氨基等）。這些活性基團(tuán)上帶有可交換的離子，決定了樹(shù)脂能夠與水中何種離子進(jìn)行交換。
• 陽(yáng)離子交換過(guò)程：
  當(dāng)含有各種陽(yáng)離子（如鈣、鎂、鈉等）的水通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱時(shí)，樹(shù)脂上的活性基團(tuán)（以磺酸基為例）所帶的氫離子（H?）會(huì)與水中的陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)。
  
  即樹(shù)脂上的兩個(gè)氫離子會(huì)被一個(gè)鈣離子置換下來(lái)進(jìn)入水中，而鈣離子則被吸附到樹(shù)脂上，從而實(shí)現(xiàn)了從水中去除陽(yáng)離子的目的。通過(guò)這樣的連續(xù)交換過(guò)程，水中的其他陽(yáng)離子也會(huì)被樹(shù)脂吸附，使得水在流出樹(shù)脂柱時(shí)陽(yáng)離子含量大幅減少。
• 陰離子交換過(guò)程：
  對(duì)于陰離子交換樹(shù)脂，同樣道理，當(dāng)水接著流入陰離子交換樹(shù)脂柱時(shí)，樹(shù)脂上活性基團(tuán)（以季銨基為例）所帶的氫氧根離子（OH?）會(huì)與水中的陰離子（如氯離子、硫酸根離子等）進(jìn)行交換。
  
  樹(shù)脂上的氫氧根離子被氯離子置換，氯離子被吸附到樹(shù)脂上，水中的陰離子由此被去除。經(jīng)過(guò)陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的協(xié)同作用，水中的絕大部分陰陽(yáng)離子都能被去除，水的純度得到顯著提高。

離子交換樹(shù)脂的再生原理

• 陽(yáng)離子樹(shù)脂再生：
  隨著離子交換過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上吸附的陽(yáng)離子越來(lái)越多，最終會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，失去繼續(xù)交換陽(yáng)離子的能力。此時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行再生處理。通常采用強(qiáng)酸（如鹽酸或硫酸）溶液來(lái)再生陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。
  
  即將飽和了鈣離子等陽(yáng)離子的樹(shù)脂浸泡在一定濃度的鹽酸溶液中，鹽酸中的氫離子會(huì)置換樹(shù)脂上吸附的陽(yáng)離子，使樹(shù)脂重新恢復(fù)到帶有可交換氫離子的初始狀態(tài)，從而可以再次進(jìn)行陽(yáng)離子交換工作。
• 陰離子樹(shù)脂再生：
  陰離子交換樹(shù)脂飽和后，也是通過(guò)相應(yīng)的再生手段恢復(fù)其交換能力。
  
  氫氧化鈉溶液中的氫氧根離子置換樹(shù)脂上吸附的陰離子，讓陰離子樹(shù)脂重新具備交換陰離子的能力，以便繼續(xù)在醫(yī)藥純水系統(tǒng)中發(fā)揮作用。