陽離子交換樹脂制水的原理
離子交換(Ion Exchange)法是利用離子交換樹脂交換離子的能力，按水處理的要求將原水中所不需要的離子通過交換而暫時佔有，然後再將它釋放到再生液中，使水得到軟化的水處理方法。
離子交換樹脂是一種由有機分子單體聚合而成的，具有三維網路結構的多孔海綿狀高分子化合物。在構成網路的主鏈上有許多活動的化學功能團，這些功能團由帶電荷的固定離子和以離子鍵與固定離子相結合的反離子所組成。樹脂吸水膨脹後，化學功能團上結合的反離子與水中的離子進行交換。陽離子交換樹脂可吸附Ca2+、Mg2+等陽離子，陰離子交換樹脂可吸附Cl-、HCO3-、SO42-、CO32- 等陰離子，從而使原水得以凈化。反應式如下：
R-H+(-SO3H+)+ Ca2+、Mg2+→R-SO3Ca(Mg)+H+
R-OH-(≡N-OH-)+ HCO3-、SO42-、CO32-→R≡N- SO42-( HCO3-、CO32-)+OH-
H++ OH-→H2O
經過幾組樹脂的反復交換，水的硬度和鹼度都能得到較好控制。處理過的水含鹽量可降至5～10mg/L以下，硬度接近0，pH值接近中性。
② 樹脂處理水原理
軟水裝置工作原理是利用離子交換技術，通過樹脂上的功能離子與水中的鈣、鎂離子進行交換，從而吸附水中多餘的鈣、鎂離子，達到去除水垢的目的。
全自動軟水裝置中裝有軟化樹脂，這種人造的離子交換樹脂上有軟性礦物質鈉，可以與溶解在水中的鈣、鎂等硬性礦物質發生離子交換反應，而鈉離子不會以水垢的形式堆積在物體表面上，所以對與它接觸的物體危害很小。樹脂是一種多孔不可溶性交換材料。
在軟水裝置中裝有千百萬顆微細的塑料球，所有小球都含有許多吸收正離子的負電荷交換位置。當樹脂處在新生狀態時，這些電荷交換位置被帶正電荷的鈉離子占據。樹脂優先結合帶較強電荷的陽離子，鈣和鎂離子的電荷比鈉離子強，當含有鈣、鎂離子的水經過樹脂貯槽時，鈣、鎂離子與樹脂小珠接觸，從交換位置上取代鈉離子。經過離子交換後，鈣、鎂離子就被吸附在軟水機內的樹脂上，流出的水就變軟了。最後，所有樹脂都吸附滿鈣、鎂離子後，就不能再進行工作了，而需要再生處理。
軟水處理設備樹脂的再生是用氯化鈉和水的稀溶液進行的。在再生過程中，首先停止軟化水機的工作水流，從鹽水槽引出的鹽水與另外的稀釋水流混合，稀鹽水溶液流經樹脂，與附有鈣、鎂離子的樹脂接觸。盡管鈣和鎂離子帶有的電比鈉離子強，但濃鹽溶液含有千百萬個較弱電荷的鈉離子，有取代數目較少的鈣和鎂離子的能力。這樣，當鈣、鎂離子被取代交換後，樹脂就再生了，便為下一次軟化工作做好了准備。如此循環往復。
③ 陰陽離子交換樹脂的工作原理
離子交換樹脂原理即是離子交換樹把溶液中的鹽分脫離出來的過程：
離子交換樹脂作用環境中的水溶液中，含有的金屬陽離子（Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)與陽離子交換樹脂(含有的磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基團，在水中易生成H+離子)上的H+進行離子交換，使得溶液中的陽離子被轉移到樹脂上，而樹脂上的H+交換到水中，（即為陽離子交換樹脂原理）。
水溶液中的陰離子(Cl-、HCO3-等)與陰離子交換樹脂（含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亞胺基（—NH2）等鹼性基團，在水中易生成OH-離子）上的OH-進行交換，水中陰離子被轉移到樹脂上，而樹脂上的OH-交換到水中，（即為陰離子交換樹脂原理）。而H+與OH-相結合生成水，從而達到脫鹽的目的。
(3)陽離子交換樹脂制水的原理擴展閱讀：
離子交換樹脂使用方法：
1、預選。離子交換樹脂的粒度一般控制在20-35目，有些可達到50目，因此在使用前要先乾燥，粉碎，過篩，通常乾燥時在烘箱中進行，亦可在裝有五氧化二磷、氧化鈣或者濃硫酸的乾燥器中進行，粉碎時不要分得過細，否則影響實驗收率。
2、預處理。強鹼性離子交換樹脂應先用20倍樹脂體積的4%氫氧化鈉水溶液處理，然後用10倍體積的水洗，再用10倍量4%鹽酸處理，最後用蒸餾水洗至中性，然後將氯型轉化成OH型，再轉化成氯型，最後用10倍4%氫氧化鈉水溶液處理。弱鹼性離子交換樹脂處理時只需用10倍量蒸餾水洗即可，不必洗至中性。
3、裝柱。將處理好的樹脂至於燒杯中，加水充分攪拌除掉氣泡，靜置幾分鍾待樹脂大部分沉降後，傾去上層泥狀顆粒；反復操作直至上層液澄清後，即可裝柱。注意要在柱子底部放1cm後的玻璃絲，用玻璃棒將其壓平，將樹脂倒入柱子中，還要注意防止氣泡產生。
4、樹脂交換。將樣品配製成一定濃度的水溶液，以適當流速通過柱子，亦可將樣品溶液反復通過柱子，直到成分交換完全。用顯色法檢驗成分是否交換徹底。
5、樹脂洗脫。注意親和力弱的成分先被洗下來，常用的離子交換樹脂洗脫劑有強酸、強鹼、鹽類、不同pH緩沖溶液、有機溶液等，可選擇梯度洗脫或者單一濃度洗脫。
6、樹脂再生。
④ 離子交換樹脂純水原理
過陽離子後可以使水質變為酸性，除去水中的硅、碳酸等，而且酸性水有利於陰離內子樹脂，混合離子容相當於很多個陰陽樹脂，離子交換產生的H+和OH-離子很容易就結合為水分子，水中電解的離子幾乎就沒有了，出水純度可以達到10兆歐，這個才是相對意義上的純水。
⑤ 離子交換樹脂系統的工作原理
採用來離子交換方法，可以把水中源呈離子態的陽離子、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。
⑥ 關於制水的過程和原理
軟化水設備，顧名思義即降低水硬度的設備，主要除祛水中的鈣、鎂離子，軟化水設備在軟化水的過程中，不能降低水中的總含鹽量。
軟化水設備的工作原理
由於水的硬度主要由鈣、鎂形成及表示，故一般採用陽離子交換樹脂(軟水器)，將水中的Ca2+、Mg2+（形成水垢的主要成份）置換出來，隨著樹脂內Ca2+、Mg2+的增加，樹脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐漸降低。 當樹脂吸收一定量的鈣鎂離子之後，就必須進行再生，再生過程就是用鹽箱中的食鹽水沖洗樹脂層，把樹脂上的硬度離子在置換出來，隨再生廢液排出罐外，樹脂就又恢復了軟化交換功能。 由於水的硬度主要由鈣、鎂形成及表示由於水的硬度主要由鈣、鎂形成及表示鈉離子交換軟化處理的原理是將原水通過鈉型陽離子交換樹脂，使水中的硬度成分Ca2+、Mg2+與樹脂中的Na+相交換，從而吸附水中的Ca2+、Mg2+，使水得到軟化。如以RNa代表鈉型樹脂，其交換過程如下： 2RNa + Ca2+ = R2Ca + 2Na+ 2RNa + Mg2+ = R2Mg + 2Na+ 即水通過鈉離子交換器後，水中的Ca+、Mg+被置換成Na+。 一般控制閥的運行流程為：運行、反洗、吸鹽、慢洗、鹽箱補水、正洗。
軟化水設備工作流程及工作要求
1）軟化水設備工作流程
工作(有時叫做產水，下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個過程。不同軟化水設備的所有工序非常接 近，只是由於實際工藝的不同或控制的需要，可能會有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎的軟化水設備都是在這五個流程的基礎上發展來的(其中，全自動軟化水設備會增加鹽水重注過程)。 軟化水設備工作流程示意圖
反洗：工作一段時間後的設備，會在樹脂上部攔截很多由原水帶來的污物，把這些污物除去後，離子交換樹脂才能完全曝露出來，再生的效果才能得到保證。反洗過程就是水從樹脂的底部洗入，從頂部流出，這樣可以把頂部攔截下來的污物沖走。這個過程一般需要5-15分鍾左右。 吸鹽(再生)：即將鹽水注入樹脂罐體的過程，傳統設備是採用鹽泵將鹽水注入，全自動的設備是採用專用的內置噴射器將鹽水吸入(只要進水有一定的壓力即 可)。在實際工作過程中，鹽水以較慢的速度流過樹脂的再生效果比單純用鹽水浸泡樹脂的效果好，所以軟化水設備都是採用鹽水慢速流過樹脂的方法再生，這個過 程一般需要30分鍾左右，實際時間受用鹽量的影響。 慢沖洗(置換)：在用鹽水流過樹脂以後，用原水以同樣的流速慢慢將樹脂中的鹽全部沖洗干凈的過程叫慢沖洗，由於這個沖洗過程中仍有大量的功能基團上的鈣鎂 離子被鈉離子交換，根據實際經驗，這個過程中是再生的主要過程，所以很多人將這個過程稱作置換。這個過程一般與吸鹽的時間相同，即30分鍾左右。 快沖洗：為了將殘留的鹽徹底沖洗干凈，要採用與實際工作接近的流速，用原水對樹脂進行沖洗，這個過程的最後出水應為達標的軟水。一般情況下，快沖洗過程為5-15分鍾。
2）軟化水設備技術指標及工作要求：
入口水壓：0.18-0.6Mpa 工作溫度：1-55℃ 源水硬度：<8mmol/L 操作方式：自動/手動 出水硬度：≤0.03mmol/L 再生劑：NaCL 再生方式：順流/逆流 交換劑：001*7強酸性離子交換樹脂 控制方式：時間/流量 工作電源：220V/50Hz
⑦ 陽離子交換樹脂的工作原理是怎麼樣的
陽離子交換樹脂吸附交換原理
強酸性陽離子樹脂
這類樹脂含有大量的強酸性基團，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強酸性。樹脂離解後，本體所含的負電基團，如SO3－，能吸附結合溶液中的其他陽離子。這兩個反應使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強，在酸性或鹼性溶液中均能離解和產生離子交換作用。
樹脂在使用一段時間後，要進行再生處理，即用化學葯品使離子交換反應以相反方向進行，使樹脂的官能基團回復原來狀態，以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理，此時樹脂放出被吸附的陽離子，再與H+結合而恢復原來的組成。
弱酸性陽離子樹脂
這類樹脂含弱酸性基團，如羧基－COOH，能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解後餘下的負電基團，如R-COO－(R為碳氫基團)，能與溶液中的其他陽離子吸附結合，從而產生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進行離子交換，只能在鹼性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。這類樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)。
其實陽離子交換樹脂在我們實際使用過程中，一般都是將樹脂變味其他離子形式進行運行，以滿足各種場景使用需求。例如經常會將強酸性的陽離子交換樹脂和NaCl一起轉變為鈉型的樹脂後再投入使用，當樹脂置換過程中就會放出Na+與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽離子交換吸附，除去這些離子。反應時沒有放出H+，可避免溶液pH下降和由此產生的副作用(如蔗糖轉化和設備腐蝕等)。
而且這類樹脂以鈉型狀態運行使用後，可直接用鹽水對樹脂進行再生(不用強酸)。
⑧ 離子交換樹脂的原理及應用是什麼
原理
離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應的功能基團。一般情況下，常規的鈉離子交換樹脂帶有大量的鈉離子。當水中的鈣鎂離子含量高時，離子交換樹脂可以釋放出鈉離子，功能基團與鈣鎂離子結合，這樣水中的鈣鎂離子含量降低，水的硬度下降。硬水就變為軟水，這是軟化水設備的工作過程。
當樹脂上的大量功能基團與鈣鎂離子結合後，樹脂的軟化能力下降，可以用氯化鈉溶液流過樹脂，此時溶液中的鈉離子含量高，功能基團會釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結合，這樣樹脂就恢復了交換能力，這個過程叫作「再生」。
由於實際工作的需要， 軟化水設備的標准工作流程主要包括：工作(有時叫做產水，下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個過程。不同軟化水設備的所有工序非常接近，只是由於實際工藝的不同或控制的需要，可能會有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎的軟化水設備都是在這五個流程的基礎上發展來的(其中，全自動軟化水設備會增加鹽水重注過程)。
反洗：工作一段時間後的設備，會在樹脂上部攔截很多由原水帶來的污物，把這些污物除去後，離子交換樹脂才能完全曝露出來，再生的效果才能得到保證。反洗過程就是水從樹脂的底部洗入，從頂部流出，這樣可以把頂部攔截下來的污物沖走。這個過程一般需要5-15分鍾左右。
吸鹽(再生)：即將鹽水注入樹脂罐體的過程，傳統設備是採用鹽泵將鹽水注入，全自動的設備是採用專用的內置噴射器將鹽水吸入(只要進水有一定的壓力即可)。在實際工作過程中，鹽水以較慢的速度流過樹脂的再生效果比單純用鹽水浸泡樹脂的效果好，所以軟化水設備都是採用鹽水慢速流過樹脂的方法再生，這個過程一般需要30分鍾左右，實際時間受用鹽量的影響。
慢沖洗(置換)：在用鹽水流過樹脂以後，用原水以同樣的流速慢慢將樹脂中的鹽全部沖洗干凈的過程叫慢沖洗，由於這個沖洗過程中仍有大量的功能基團上的鈣鎂離子被鈉離子交換，根據實際經驗，這個過程中是再生的主要過程，所以很多人將這個過程稱作置換。這個過程一般與吸鹽的時間相同，即30分鍾左右。
快沖洗：為了將殘留的鹽徹底沖洗干凈，要採用與實際工作接近的流速，用原水對樹脂進行沖洗，這個過程的最後出水應為達標的軟水。一般情況下，快沖洗過程為5-15分鍾。
應用
1）水處理
水處理領域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產量的90%，用於水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發電廠的純水處理上，其次是原子能、半導體、電子工業等。
2）食品工業
離子交換樹脂可用於製糖、味精、酒的精製、生物製品等工業裝置上。例如：高果糖漿的製造是由玉米中萃出澱粉後，再經水解反應，產生葡萄糖與果糖，而後經離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業中的消耗量僅次於水處理。
3）制葯行業
制葯工業離子交換樹脂對發展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質量改良具有重要作用。鏈黴素的開發成功即是突出的例子。近年還在中葯提成等方面有所研究。
4）合成化學和石油化學工業
在有機合成中常用酸和鹼作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、鹼，同樣可進行上述反應，且優點更多。如樹脂可反復使用，產品容易分離，反應器不會被腐蝕，不污染環境，反應容易控制等。
甲基叔丁基醚（MTBE）的制備，就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑，由異丁烯與甲醇反應而成，代替了原有的可對環境造成嚴重污染的四乙基鉛。
5）環境保護
離子交換樹脂已應用在許多非常受關注的環境保護問題上。目前，許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質，這些可用樹脂進行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影製片廢液里的有用物質等。
6）濕法冶金及其他
離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。
其他補充：
離子交換技術有相當長的歷史，某些天然物質如泡沸石和用煤經過磺化製得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是，隨著現代有機合成工業技術的迅速發展，研究製成了許多種性能優良的離子交換樹脂，並開發了多種新的應用方法，離子交換技術迅速發展，在許多行業特別是高新科技產業和科研領域中廣泛應用。近年國內外生產的樹脂品種達數百種，年產量數十萬噸。
在工業應用中，離子交換樹脂的優點主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復再生使用，工作壽命長，運行費用較低(雖然一次投入費用較大)。以離子交換樹脂為基礎的多種新技術，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等，各具獨特的功能，可以進行各種特殊的工作，是其他方法難以做到的。離子交換技術的開發和應用還在迅速發展之中。
離子交換樹脂的應用，是近年國內外製糖工業的一個重點研究課題，是糖業現代化的重要標志。膜分離技術在糖業的應用也受到廣泛的研究。
離子交換樹脂都是用有機合成方法製成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸(酯)，通過聚合反應生成具有三維空間立體網路結構的骨架，再在骨架上導入不同類型的化學活性基團(通常為酸性或鹼性基團)而製成。
離子交換樹脂不溶於水和一般溶劑。大多數製成顆粒狀，也有一些製成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范圍內，大部分在0.4～0.6mm之間。它們有較高的機械強度(堅牢性)，化學性質也很穩定，在正常情況下有較長的使用壽命。
離子交換樹脂中含有一種(或幾種)化學活性基團，它即是交換官能團，在水溶液中能離解出某些陽離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH－或Cl－)，同時吸附溶液中原來存有的其他陽離子或陰離子。即樹脂中的離子與溶液中的離子互相交換，從而將溶液中的離子分離出來。
離子交換樹脂的品種很多，因化學組成和結構不同而具有不同的功能和特性，適應於不同的用途。應用樹脂要根據工藝要求和物料的性質選用適當的類型和品種。
⑨ 離子交換樹脂的原理
離子交換來樹脂是由空間源網狀結構骨架（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，分成二部分：（1）固定部分，仍與骨架牢固結合，不能自由移動，構成固定離子；（2）活動部分，能在一定空間內自由移動，並與其周圍溶液中的其他同性離子進行交換反應，稱為可交換離子或反離子。以強酸性陽離子交換樹脂為例，可寫成R-SO3-H+，其中R代表樹脂母體即網狀結構部分，-SO3- 代表活性基團的固定離子，H+為活性基團的可交換離子。有時更簡單地寫成R-H+。離子交換通過不溶性的電解質（樹脂）與溶液中的另一種電解質進行化學反應。這一反應可以是中和反應、中性鹽分解或復分解反應。譬如中和反應：
R-H+ + NaOH= RNa+H2O 利用這個反應可以去除水的鹼度。
⑩ 陽離子交換樹脂的用途和原理
(1)
強酸性陽離子樹脂
這類樹脂含有大量的強酸性基團，如磺酸基－so3h，容易在溶液中離解出h+，故呈強酸性。樹脂離解後，本體所含的負電基團，如so3－，能吸附結合溶液中的其他陽離子。這兩個反應使樹脂中的h+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強，在酸性或鹼性溶液中均能離解和產生離子交換作用。
樹脂在使用一段時間後，要進行再生處理，即用化學葯品使離子交換反應以相反方向進行，使樹脂的官能基團回復原來狀態，以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理，此時樹脂放出被吸附的陽離子，再與h+結合而恢復原來的組成。
(2)
弱酸性陽離子樹脂
這類樹脂含弱酸性基團，如羧基－cooh，能在水中離解出h+
而呈酸性。樹脂離解後餘下的負電基團，如r-coo－(r為碳氫基團)，能與溶液中的其他陽離子吸附結合，從而產生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低ph下難以離解和進行離子交換，只能在鹼性、中性或微酸性溶液中(如ph5～14)起作用。這類樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)。
(3)
強鹼性陰離子樹脂
這類樹脂含有強鹼性基團，如季胺基(亦稱四級胺基)－nr3oh(r為碳氫基團)，能在水中離解出oh－而呈強鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。
這種樹脂的離解性很強，在不同ph下都能正常工作。它用強鹼(如naoh)進行再生。
(4)
弱鹼性陰離子樹脂
這類樹脂含有弱鹼性基團，如伯胺基(亦稱一級胺基)-nh2、仲胺基(二級胺基)-nhr、或叔胺基(三級胺基)-nr2，它們在水中能離解出oh－而呈弱鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。這種樹脂在多數情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如ph1～9)下工作。它可用na2co3、nh4oh進行再生。