纯水制备离子交换
离子交换水处理工艺定义就是离子交换法(ion exchange process)，是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。
常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。
原理：离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水，水中的离子会与固定在树脂上的离子交换。常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。
离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。
阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。
B. 为什么要制备去离子水制取去离子水通常采用什么方法
压力越大复,流速越快，单位时间制(对于交换柱来说也可说是截面积)流出的水越多，单位（质量）体积水中杂离子交换量就变少了（杂离子如钙镁等，在离子交换树脂颗粒表面并进入空隙与氢离子互换位置需要一定的时间，流速过快使部分杂离子还没有来得及交。
C. 去离子水的制备过程中，为什么要先经过阳离子交换树脂
水中有复一些酸根的酸性非常制弱,比如硅酸根.如果让水先经过阴床,那水就成为碱性的,这时阴树脂的碱性与水的碱性相互争取这种非常弱的酸根离子,使这些非常弱的酸根离子不容易除净.另一方面,阴树脂的交换量通常比阳树脂小.如果让水先经过阴床,那水中的碳酸根就要以离子的形式消耗阴树脂的交换量.不利于提高水的产量.
如果让水先经过阳床,再进入阴床,水是酸性的.水不与树脂争夺酸根离子,容易除尽弱的酸根离子.另一方面,水经过阳床后成为酸性的,其中的碳酸根可以用吹风的方法吹出,生产上叫做脱碳.这样就把水中的大多数碳酸根去掉了,有利于提高阴床的产水量.减少对阴床的再生次数.阴树脂比较贵也比较娇气,再生次数少有利于提高阴树脂的寿命.
D. 如何用离子交换树脂制备去离子水
去离子水是通过离子交换树脂除去水中的离子态杂质而得到的近于纯净的水，其生产装置设计的合理与否直接关系到去离子水质量的好坏及运营的经济性。
离子交换树脂的使用方法：
一、离子交换树脂的预处理：
离子交换树脂在使用之前，为了防止树脂内含有杂质，对水质造成污染，需要对树脂进行预处理，以下是预处理的步骤：
1.首先使用热水对树脂进行清洗，阳树脂可以使用70-80℃的热水清洗，阴树脂的耐热性较差，一般使用50-60℃的热水，每隔15分钟左右需要更换热水，4-5次之后可以每隔30分钟左右更换热水，总共需要7-8次左右，直至出水清澈为止。
2.使用浓度为5%的氯化氢浸泡树脂，大概浸泡4-8小时左右，然后将水排放，对树脂进行清洗，直至出水为中性为止。
3.再使用浓度为2-4%的氢氧化钠浸泡树脂，浸泡时间与上一步相同，然后将水排放，对树脂进行清洗，直至出水为中性为止。如此重复2~3次，每次用量为树脂体积的2倍。
4.阳树脂最后一次浸泡需要使用浓度为5%的氯化氢，用量加倍效果更好。放尽酸液，用清水淋洗至中性即可。
5.阴树脂最后一次浸泡需要使用4~5%的NaOH溶液，用量加倍效果更好。放尽碱液，用清水淋洗至中性即可。
二、离子交换树脂的填装：
1.先将干净的水放入树脂罐当中，高度在树脂罐的三分之一左右，可以有效地防止树脂与树脂罐发生碰撞，造成树脂的损坏。
2.将树脂从树脂罐顶部放入，然后对树脂进行反洗，时间大概在30分钟左右。
3.排水至液面高于树脂层5cm，进气混合树脂15～20分钟。
4.启动设备，检测正洗效果和出水电导率，如果数据正常，且产水能够达标，即可正常使用。
三、离子交换树脂的再生：
树脂在使用一段时间之后，树脂的吸附能力达到了饱和的状态，就需要对树脂进行再生处理，将树脂吸附的离子置换出来，恢复树脂的吸附能力，树脂的再生需要根据树脂的种类、特性来选择不同的再生剂，以下是树脂再生的步骤：
1.将树脂床内的水排放干净，然后关闭所有阀门，只打开进酸/碱阀以及上排阀。
2.放入酸/碱液，液面最好超过树脂20厘米以上，再打开下排阀，对树脂进行清洗，清洗的时间不能低于40分钟。
3.然后再使用干净的水清洗树脂，清洗至出水接近中性为止，详细的再生方法可以点击“再生方法”进行了解。
E. 简述采用离子交换法制备纯化水的过程
离子交换设备介绍
离子交换设备是一种传统的、工艺成熟的脱盐处理设备，其原理是在一定条件下，依靠离子交换剂（树脂）所具有的某种离子和预处理水中同电性的离子相互交换而达到软化、除碱、除盐等功能。用于深度脱盐处理，产水电阻率动态可达到18MΩ·cm。
离子交换的基本原理：
采用离子交换方法，可以把水中阳、阴离子去除。以氯化钠（NaCl）代表水中无机盐类，水质除盐的基本反应式：
1.阳离子交换柱：R-H+Na+=R–Na+H+
2.阴离子交换柱：R–OH+Cl-=R–Cl-+OH-
阳、阴离子交换柱串联以后称为复合床，其总的反应式：
R-H+R-OH+NaCl=R-Na+R-Cl+H2O
由此得出，水中的NaCl已分别被树脂上的H+和OH-所取代，而反应生成物为H2O，故达到了去除水中盐的作用。
离子交换设备工艺
1、预处理－反渗透－水箱－阳床－阴床－混合床－纯化水箱－纯水泵－紫外线杀菌器－精制混床－精密过滤器－用水对象
2、预处理－一级反渗透－加药机（PH调节）－中间水箱－二级反渗透－纯化水箱－纯水泵－紫外线杀菌器－0.2或0.5μm精密过滤器－用水对象
3、预处理－反渗透－中间水箱－水泵－EDI装置－纯化水箱－纯水泵－紫外线杀菌器－0.2或0.5μm精密过滤器－用水对象
离子交换设备应用领域：
1）水处理-离子交换设备
2） 食品工业
3） 制药行业
4） 合成化学和石油化学工业
5） 环境保护
F. 离子交换法制备纯水
1.半透膜的选择透过性
2.防止气泡依附在交换树脂上影响离子的交换
3.清理交换树脂上有可能堵塞离子通过的杂质，洗至中性保证饮用的安全
G. 化学上工业制取纯水的方法
纯水的制抄取工艺：
1.反渗透过滤系统
反渗透是实验室纯水机最常用的过滤方法，它的过滤优点和缺点，我们已经介绍过很多次了，比如在讲时就给大家介绍过。优点是在一定程度上有效地去除所有类型的污染物（颗粒，胶体和溶解的无机物），日常维护比较少。而缺点是由于RO膜的紧密孔隙度限制了其流速，因此纯水的制取量相比较其他方法来说比较少，而且制取成本较高。
2.紫外线辐射制取纯水
优点是有效消毒处理，将有机化合物（185nm和254nm）氧化为<5ppb TOC。
缺点是会降低水质的电阻率，不会去除颗粒，胶体或离子。
3.蒸馏制取纯水
蒸馏制取该方法的基础是在蒸汽相中随后冷凝而转移水。该方法的主要缺点是将水转化为蒸汽所需的电力维护成本非常高。此外，在蒸汽形成过程中与水分子一起，其他溶质可以根据其挥发性进入蒸汽，最终溶解到制取的纯水中。
4.去离子交换
优点是能够有效去除溶解于水中的有害离子，比如重金属离子，而且制取的超纯水电阻率接近18兆欧。缺点是无法去除不溶于水的矿物质，而且纯水制取成本较高。因此多与反渗透配合使用。
H. 离子交换法制备纯水的实验中阴阳离子交换树脂为什么在交换前要分别用酸碱处理，并洗至中性
这个设备中，存在阳离子树脂+惰性树脂+阴离子树脂
阴阳离子树脂在出厂时是处在失效状态，因此要先用酸碱分别将两种树脂激活才能正常使用
I. 离子交换法制纯水实验的结论
这个设备中，存在阳离子树脂+惰性树脂+阴离子树脂阴阳离子树脂在出厂时是处在失效状态，因此要先用酸碱分别将两种树脂激活才能正常使用
J. 简述采用离子交换法制备纯化水的过程
离子交换法制备纯化水的过程分下列几种：
1、纯化水的制取的最早方法就是离专子交换,他起源于属60年代左右,一般采取阳离子交换树脂+阴离子交换树脂+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这种方法需要浪费大量的酸和碱再生树脂现在被淘汰了.
2、电渗析（ED）+阳离子交换树脂+阴离子交换树脂+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这是80年代制造纯化水的方法,原理就是通过电渗析预脱盐来减少树脂转型再生的酸碱使用量.
3、反渗透（RO）+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1）,这是90年代流行的制造纯化水的方法,反渗透与电渗析相比脱盐率更高,操作更简便.
总结：离子交换法来制备纯化水应该是老工艺了,他的优点就是出水水质好,投资较少.缺点就是由污染,运行费用高.由于树脂本身就是有机物化学合成,他的破碎率较难控制或者一般厂家难以设计高标准的工艺,在新版GMP对TOC要求越来越严格的情况下,慢慢被双级反渗透工艺所淘汰.