离子交换法

离子交换树脂的内部构造如以下图所示，由三部分构成：

1. 高分子骨架。由交联的高分子聚合物紧密编织而成；

2. 离子交换基团。这些基团附着在高分子骨架上，拥有可交换的离子（反离子）或是带有极性的非离子型官能团；

3. 孔隙。这些孔隙存在于干湿状态下的离子交换树脂中，包括凝胶孔和毛细孔。

在交联结构的高分子基体（骨架）上，以化学键连接着许多交换基团。这些基团由固定部分和活动部分组成。

固定部分被固定在高分子基体上，无法自由移动，被称为固定离子；而活动部分则是以离子键与固定离子相结合的反离子或可交换离子。这些反离子在溶液中可以解离成自由移动的离子，并在特定条件下，能与相同符号的其他反离子发生交换反应。

一、离子交换的选择性定义：

离子交换剂对某些离子表现出优先吸附的特性。离子交换树脂吸附各种离子的能力有所不同，有些离子容易被交换树脂吸附，但吸附后难以置换下来；而有些离子较难被吸附，但被置换下来却较为容易。这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性受树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度以及水温等因素影响。

离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子之间的交换。离子交换树脂对价数较高的离子具有更大的选择性。对于同价离子，通常对离子半径较小的离子有更大的选择性。对于强酸性阳离子交换树脂而言，其对某些离子的选择性顺序为：Fe³+ > A1³+ > Ca²+ > Mg²+ > K+ > Na+ > H+。

二、以001×7强酸阳离子交换树脂为例进行说明：

001×7强酸阳离子交换树脂是一种凝胶型离子交换剂，其内部网状结构中拥有众多相互连通的孔道。这些孔道内充满了水分子，并在特定部位分布着可供交换离子的交换基团。当原水中的Ca²+，Mg²+等阳离子扩散到树脂的孔道内时，由于该树脂对这些离子的选择性较强，于是H+便与进入孔道内的Ca²+，Mg²+等阳离子发生快速的交换反应。随后，Ca²+，Mg²+等阳离子被固定在树脂的交换基团上，而被交换下来的H+则向树脂的孔道内扩散，最终回到水中。

（1）边界水膜内的扩散：水中的Ca²+，Mg²+等阳离子向树脂颗粒表面移动，并通过边界水膜层扩散至树脂表面；

（2）交联网孔内的扩散（或称孔道内扩散）：Ca²+，Mg²+等阳离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点；

（3）离子交换：Ca²+，Mg²+等阳离子与树脂基团上的H+进行交换反应；

（4）被交换下来的H+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散，最终回到水中。

鉴于离子交换树脂反应的可逆性，经过处理的树脂可以重新恢复到原来的状态，进而进入下一循环。具体的循环次数取决于所使用的树脂类型。