离子交换介绍
　　 离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子的方法。在工业用水处理中，它占有极重要的位置，用以制取软水或纯水，在工业废水处理中，主要用以回收贵重金属离子，也用于放射性废水和有机废水的处理。
　　 采用离子交换法，具有去除率高，可浓缩回收有用物质，设备较简单，操作控制容易等优点。但目前应用范围还受到离子交换剂品种、性能、成本的限制；对预处理要求较高；离于交换剂的再生和再生液的处理有时也是一个难题。
　　 第一节 离子交换剂
　　 一、离子交换剂的分类，组成及结构
　　 按母体材质不同，离子交换剂可分为无机和有机两大类，
　　 无机离子交换剂包括天然沸石和合成沸石，是一类硅质的阳离子交换剂。成本低，但不能在酸性条件下使用。
　　 有机离子交换剂包括磺化煤和各种离子交换树脂。磺化煤是烟煤或褐煤经发烟硫酸磺化处理后制成的阳离子交换剂，成本适中，但交换容量低，机械强度和化学稳定性较差。目前在水处理中广泛使用的是离子交换树脂，它具有交换容量高(是沸石和磺化煤的8倍以上)；球形颗粒，水流阻力小，交换速度快；机械强度和化学稳定性都好，但成本较高。
　　 离子交换树脂的化学结构可分为不溶性树脂母体和活性基团两部分。树脂母体为有机化化合物和交联剂组成的高分子共聚物。交联剂的作用是使树脂母体形成主体的网状结构。交联剂与单体的重量比的百分数称为交联度。活性基团由起交换作用的离子和与树脂母体联结的固定离子组成。
　　 制造离子交换树脂的方法有两种。(1)直接聚合有机电解质，如由异丁烯酸和二乙烯苯(交联剂)直接聚合成羧酸型阳离子交换树脂。这种方法制备的树脂质量均匀。(2)先聚合单体有机物，然后在聚合物上接人活性基团。如由苯乙烯和二乙烯苯(交联剂)共聚得交联聚苯乙烯：

　　 此种聚合物设有活性基团，称为白球。将白球用浓硫酸磺化，可得磺酸型阳离子交换树脂(RS03H)：

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　　 其中一SO：H是活性基团，H’是可交换离子。如将白球氯甲基化和胺化，则得到阴离子交换树脂。由此可见，采用(2)法制备离子交换树脂可以灵活选择活性基团，不受单体性质限制，且易于控制交联度。
　　 阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的，而阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的。根据其醒碱性的强弱，可将树脂分为强酸(RSOaH)、弱酸(RCOOtt)、强碱(R~NOH)、弱碱(R，NH：~OH，n＝1～3)四类。活性基团中的H’和OH—可分别用Na+和C1—替换，因此，阳离子交换树脂又有氢型和钠型之分；阴离子交换树脂又有氢氧型和氯型之分。有时也把钠型和氯型称为盐型。
　　 此外，还有一些具有特殊活性基团的离子交换树脂。如氧化还原树脂，含巯基、氢醒基；两性树脂，同时含羧酸基和叔胺基；整合树脂，含胺羧基等。
　　 离子交换树脂具有立体网状结构，按其IL隙特征，可分凝胶型和大孔型。两者的区别在于结构中孔隙的大小。凝胶型树脂不具有物理孔隙，只有在浸入水中时才显示其分子链间的网状孔隙，而大孔树脂无论在干态或湿态，用电子显微镜都能看到孔隙，其孔径为(200～10000)X10”’m，而凝胶型孔径仅(20～40)X10”’m。因此，大?L树脂吸附能力大，交换速度快，溶胀性小。
　　 二、离子交换树脂的命名和型号
　　 国际上离子交换树脂的品种很多，型号不一。我国早期也存在这种情况，用户极不方便。为此，国家颁发了《离子交换树脂分类、命名及型号》GB 1631一?9，对命名原则规定如下：
　　 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架(或基团)名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。如，大孔强酸性苯乙烯系田离子交换树脂。
　　 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第——位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用1-21X别基团、交联剂等的差异。第一、第二位数字的意义，见表8—1。

　　 大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“X”号连接阿拉伯

膜 分 离
　　 膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤，其次是自然渗析和液膜技术。近年来，膜分离技术发展很快，在水和废水处理、化工、医疗、轻工、生化等领域得到大量应用。
　　 膜分离的作用机理往往用膜fL径的大小为模型来解释，实质上，它是由分离物质问的作用引起的，同膜传质过程的物理化学条件，以及膜与分离物质间的作用有关。
　　 根据膜的种类、功能和过程推动力的不同，各种膜分离法的特征和它们之间的区别如表9—1所示。

　　 膜分离技术有以下共同特点。
　　 ①膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中，反渗透法能耗最低。
　　 ②膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。
　　 ③装置简单，操作容易，易控制，维修，且分离效率高。作为一种新型的水处理方法，与常规水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。
　　 第一节 渗 析
　　 在膜分离技术中，渗析是最早被发现和研究的膜分离过程。渗析法是利用半透膜或离子交换膜两侧溶液间溶质浓度梯度所产生的浓差扩散而进行分离的，所以渗析又常称为扩散渗析。其推动力是膜两侧溶液的浓度差。渗析分非选择性膜渗透和有选择性的离子交换膜渗析，前者与超滤相似，后者除无电极外与电渗析相似。渗析法的原理如图9—1所示，在容器中间用一张渗析膜(虚线)隔开，膜两侧分别为A侧和B侧，A侧通过原进料液，B侧通

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过接受液，由于两侧溶液的浓度不同，溶质由A侧根据扩散原理，而溶剂(水)由B侧根据渗透原理相互进行迁移，一般低分子比高分子扩散得快。渗析的目的就是借助这种扩散速度差，使A侧两组分以上的溶质(如c1和c2)得以分离。
　　 因受体系本身条件的限制，扩散过程进行得很慢，效率较低；另一方面渗析过程选择性不高，化学性质相似或分子大小类似的溶质体系很难用渗析法分离，这使得渗析法的发展受到了一定的限制，因此扩散渗析法常被更有效的电渗析法所替代，但是扩散渗析法无需能量，因此在一些场合仍不失其应用价值。
　　 扩散渗析法主要应用于生物医学(如血液渗析)和废酸、碱的回收，回收率可达70％～90％，但不能将它们浓缩。其优点是不消耗能量。
　　 今以酸洗钢铁废水回收硫酸为例介绍扩散渗析的原理。扩散渗析器中的薄膜全部为阴离子交换膜，如图9—2所示。
含硫酸废水自下而上地进人第1、3、5、?原液室，水自上而下地进入2、4、6回收室。原液室中含酸废水的F／’、H’、SO厂离子浓度比回收室浓度高，虽然三种离子都有向两侧回收室的水中扩散的趋势，但由于阴离子交换膜的选择透过性，硫酸根离子易通过阴膜，而氢离子和亚铁离子难于通过。又由于回收室中OH—离子浓度比原液室中的高，回收室中的OH—离子通过阴膜而进入原液室，与原液室中的H’离子结合成水，结果从回收室下端流出的为硫酸，从原液室上端排出的主要是FesO：残液。
　　 第二节 电 渗 析
　　 一、电渗析原理与过程
　　 电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。
　　 电渗析系统由——系列阴、阳膜交替排列于两电极之间组成许多由膜隔开的小水室，如图9—3所示。当原水进人这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子作定向迁移。阳离于向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。但由于离子交换膜具有选择透过性，结果使一些小室离子浓度降低而成为淡水室，与淡水室相邻的小室则因富集了大量离子而成为浓水室。从淡水室和浓水室分别得到淡水和浓水。原水中的离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。
　　 在电渗析过程中，除了上述离子电迁移和电极反应两主要过程以外，同时还发生一系列次要过程，如下所述。