北方民族大学材料学院选修实验报告（综合设计型）

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《离子交换软化实验》

适用专业：环境工程  学时：4

一、           实验目的

（1）       加深对离子交换树脂交换容量的理解

（2）       掌握测定离子交换树脂交换容量的方法

（3）       掌握离子交换柱的运行过程

二、           实验原理

交换容量是交换树脂最重要的性能，它定量地表示数值交换能力的大小，树脂交换容量在理论上可以从树脂单元结构粗略地计算出来。

三、           实验设备与试剂

仪器：  分析天平  烘箱  干燥器  250ml三角烧瓶(2个)   10ml移液管(2支)  碱式滴定管  离子交换软化装置  离子除盐装置  50ml量筒（2个）  烧杯

药品：阳离子交换树脂  1mol/LHCl(1000ml)  1mol/LNaOH(1000ml)  0.5mol/LNaCl(1000ml)   1%的酚酞乙醇

四、           实验步骤

（1）阳离子交换树脂的预处理：取样品约10g用1mol/L盐酸及1mol/L NaOH轮流浸泡，即按酸-碱-酸-碱-酸的顺序浸泡5次，每次2 h，浸泡体积约为树脂体积的2~3倍，在酸碱互换时应用200ml无离子水进行洗涤，5次浸泡结束用无离子水洗涤至溶液呈中性。

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1 实验目的

(1) 熟悉顺流再生固定床运行操作过程；

(2) 加深对钠离子交换基本理论的理解。

2 实验原理

当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca2+及Mg2+便与树脂中的可交换离子（钠型树脂中的Na+,氢型树脂中的H+）交换，使水中的Ca2+和Mg2+含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。钠离子交换用食盐（NaCl）再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。基本反应式如下:

（1）钠离子交换

软化

2NaHCO3Ca HCO3 22RNa+ CaCl2 →R2Ca+ 2NaCl Na2SO4CaSO4

2NaHCO3Mg HCO3 22RNa+ MgCl2 →R2Mg+ 2NaCl Na2SO4MgSO4

再生

R2Ca+2NaCl→2RNa+CaCl2

R2Mg+2NaCl→2RNa+MgCl2

（2）氢离子交换

交换

2H2CO3Ca HCO3 22RH+ CaCl2 →R2Ca+ 2HCl H2SO4CaSO4

2H2CO3Mg HCO3 22RH+ MgCl2 →R2Mg+ 2HCl H2SO4MgSO4

再生

1

R2Ca+

R2Mg+ CaCl22HCl →2RH+ H2SO4CaSO4MgCl22HCl →2RH+ H2SO4MgSO4

钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性水。本实验采用钠离子交换。

3 实验内容

3.1 实验设备与试剂

表3-1实验中所用试剂及说明

3.2 实验装置

实验装置如图3-1所示。 2

图 3-1 离子树脂交换装置

1—软化柱；2—阳离子交换树脂；3—转子流量计；4—软化水箱；5—定量投再生液瓶；

6—反洗进水管；7—反洗排水管；8—清洗排水管；9—排气管

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实验2  离子交换法制备去离子水

一、实验目的

1．了解离子交换法的原理。

2．掌握离子交换柱的制作方法及去离子水的制备方法。

3．学习电导率仪的使用及水中常见离子的定性鉴定方法。

二、实验原理

1．离子原理

无论是工农业生产用水、日常生活用水，还是科研实验用水，对水质都有一定的要求。在天然水或者自来水中含有各种各样的无机和有机杂质，常见的无机杂质有、、、、离子及某些气体。常见的处理方法有蒸馏法、电渗析法和离子交换法。本实验中主要介绍离子交换法的原理及应用。

离子交换法中起核心作用的物质就是离子交换树脂，它是一种具有网状结构的有机高分子聚合物，由本体和交换基团两部分组成，其中本体起的是载体作用，而本体上附着的交换基团才是活性成分。根据活性基团类型的不同，可以把离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

典型的阳离子交换树脂是磺酸盐型交换树脂，其结构为

其中H⁺离子可以电离，进入溶液，并与溶液中阳离子如、、离子等进行交换，故名为阳离子交换树脂。

典型的阴离子交换树脂如季铵盐型离子交换树脂，其结构为

其中离子可以电离进入溶液，并与溶液中阴离子、离子等进行交换，故名为阴离子交换树脂

等净化的水分别经过阴离子交换树脂后，杂质离子被离子和离子所取代，最后通过中和反应

结合生成水，达到净化的目的。值得指出的是离子交换法只能对水中电解质杂质有较好的净化作用，而对其他类型杂质如有机杂质是无能为力的。

实际生产时，将离子交换树脂装填入容器状管道中，做成离子交换柱（见图3.28），一个阳离子交换柱和一个阴离子交换柱串联在一起使用，称为一级离子交换法水处理装置（图3.29）。该装置串联的级数越多，去杂质的效果显然越好。实际上实验室里使用的所谓蒸馏水，有很多就是通过离子交换法制得的。

离子换柱在使用过一段时间后，柱内树脂的离子交换能力会出现下降，解决办法是分别让NaOH溶液和HCl溶液流过失效的阳离子和阴离子交换树脂，这一过程叫做离子交换树脂的再生。

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西南科技大学

学 生 实 验 报 告

实验 名称

开课实验室

学 院

班 级

学生 姓名

学 号 离子交换实验 核废物与环境安全国防重点学科实验室 国防科技学院 辐射1202 高乐 20125058

目 录

1 实验目的 .................................................................................................................................. 1

2 实验原理 .................................................................................................................................. 1

3 实验部分 .................................................................................................................................. 1

3.1 实验材料与仪器 ........................................................................................................... 1

3.2 实验流程 ....................................................................................................................... 2

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离子色谱实验报告

                                           刘鹏  1233351  环境工程

一．实验目的

1．掌握离子交换色谱分析法中的基本原理

2．了解RFIC淋洗液发生器KOH发生原理

3．了解电导检测器的基本原理。

4．基本了解离子色谱（IC 1000）组成结构，硬件操作及掌握化学工作站的开机，关机，参数设定，数据采集及分析的基本操作。

5．掌握离子交换色谱定性、外标定量方法。

二．基本原理

离子交换分离原理：离子交换色谱是离子色谱中的一种，其分离机制主要是离子交换，是基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进行的可逆交换，依据这些离子对交换剂有不同的亲和力而被分离。

抑制器ASRS-4mm工作原理（用OH^-体系）：（1）水进入阳极电离，产生H⁺，通过阳离子交换膜进入抑制器（中间通道）；（2）OH^-携带Cl^-、SO₄^2-等进入抑制器，并与H⁺结合生成HCl，H₂SO₄等，以离子形式存在，进入检测器检测。（3）剩下的阳离子通过阳离子交换膜，进入并与阴极电离产生的OH^-结合，废液排出。（实质是用H+代替其他阳离子进入检测器，因为H+的摩尔电导最高，所以以HCl形式进入电导检测器，能够降低背景电导，从而提高待测离子的灵敏度）。

抑制器ASRS-4mm工作原理（用CO₃^2-/HCO₃^-体系）：（1）水进入阳极电离，产生H⁺，通过阳离子交换膜进入抑制器（中间通道）；（2）CO₃^2-/HCO₃^-携带Cl^-、SO₄^2-等进入抑制器，并与H⁺结合生成HCl，H₂SO₄等，以离子形式存在，进入检测器检测。（3）剩下的阳离子通过阳离子交换膜，进入并与阴极电离产生的OH^-结合，废液排出。（实质是用H+代替其他阳离子进入检测器，因为H⁺的摩尔电导最高，所以以HCl形式进入电导检测器，能够降低背景电导，从而提高待测离子的灵敏度）。

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