化学自习室移动版

离子交换柱是指用来进行离子交换反应的柱状压力容器，是管柱法离子交换的交换设备。简单说就是采用离子交换方法，把水中呈离子态的阳、阴离子去除。在实验室、工业中常被使用。按再生方式分可分为体内再生混床、体外再生混床、阴树脂外移再生混床三种，在使用范围上可分为实验室用离子交换柱、工业用离子交换柱。

(1)体外再生混床适合小流量、对环保有严格要求的企业。但由于体外再生式混床配套设备多，操作复杂，现在已很少使用。

(2)体内再生混床和阴树脂外移再生混床适合大流量，有专门的水处理操作人员及废水处理的场合。体内再生混床在运行及整个再生过程均在混床内进行，再生时树脂不移出设备以外，且阳、阴树脂同时再生，因此所需附属设备少，操作简便。

(3)阴树脂外移再生混床：阴树脂外移再生式混合床及其配套的阴树脂再生柱基本构造与小型逆流再生固定床大致相同，阴树脂再生柱厚度较混合床小，所需的膨胀高度为树脂层高度的50%～60%，故再生柱可较低，但一般为统一起见做成与混合床相同 。

一、概念及原理

离子交换柱是指用来进行离子交换反应的柱状压力容器，是管柱法离子交换的交换设备。采用圆筒形交换柱，溶液从柱的一端通入，与柱内呈密实状态的固定离子交换树脂层或流动状态离子交换树脂床充分接触，进行离子交换。若交换后的溶液已达到预定要求，或离子交换树脂已呈“饱和状态”，就从生产线上切断柱交换，在同一柱中或其他柱内用解吸液解吸，离子交换树脂再生后用于下次交换。采用离子交换柱，相当于将柱内离子交换树脂分多批次与溶液进行交换反应，交换后的溶液及时和离子交换树脂分离。流过离子交换树脂床的溶液成分随时间和床高度变化。此种方法效率高，广泛应用于生产。

离子交换层析中，基质是由带有电荷的树脂或纤维素组成。带有正电荷的称之阴离子交换树脂；而带有负电荷的称之阳离子树脂。离子交换层析同样可以用于蛋白质的分离纯化。由于蛋白质也有等电点，当蛋白质处于不同的pH条件下，其带电状况也不同。阴离子交换基质结合带有负电荷的蛋白质，所以这类蛋白质被留在柱子上，然后通过提高洗脱液中的盐浓度等措施，将吸附在柱子上的蛋白质洗脱下来。结合较弱的蛋白质首先被洗脱下来。反之阳离子交换基质结合带有正电荷的蛋白质，结合的蛋白可以通过逐步增加洗脱液中的盐浓度或是提高洗脱液的pH值洗脱下来。

简单的说：采用离子交换方法，可以把水中呈离子态的阳、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可以用下列方程式表达：

1、阳离子交换树脂：R—H＋Na^＋→R－Na＋H^＋

2、阴离子交换树脂：R—OH＋Cl^－→R－Cl＋OH^－

阳、阴离子交换树脂总的反应式即可写成：RH＋ROH＋NaCl—RNa＋RCl＋H₂O

由此可看出，水中的NaCl已分别被树脂上的H^＋和OH^－所取代，而反应生成物只有H₂O，故达到了去除水中盐的作用。

3、混合离子交换柱(混床)：混床是装阳、阴树脂按一定比例(一般为1:2，以便阳、阴树脂同时达到交换终点而同时再生)装入混合柱而成，实际上它组合成了水中的H^＋和OH^－立即生成电离度很小的水分子(H₂O)，几乎不存在阳床或阴床交换时产生的逆交换现象，故可以使交换反应进行得十分彻底，因而混合床的出水水质优于阳、阴床串联组成的复床所能达到的水质，能制取纯度相当高的成品水。

二、分类

1、再生方式

混床按再生方式分可分为体内再生混床、体外再生混床、阴树脂外移再生混床三种。

体外再生混床:适合小流量、对环保有严格要求的企业。但由于体外再生式混床配套设备多，操作复杂，已很少使用。

体内再生混床:适合大流量，有专门的水处理操作人员及废水处理的场合。体内再生混床在运行及整个再生过程均在混床内进行，再生时树脂不移出设备以外，且阳、阴树脂同时再生，因此所需附属设备少，操作简便。

阴树脂外移再生混床:同样适合大流量、有专门水处理操作人员及废水处理的场合。阴树脂外移再生式混合床及其配套的阴树脂再生柱基本构造与小型逆流再生固定床大致相同，阴树脂再生柱厚度较混合床小，所需的膨胀高度为树脂层高度的50%~60%，故再生柱可较低，但一般为统一起见做成与混合床相同。

2、使用范围

离子交换柱在使用范围上可分为实验室用离子交换柱、工业用离子交换柱。

实验室用交换柱:一般用玻璃制造，柱长度和柱直径之比(L/D)大约为10~30，柱上端一般装塞子，下端是用烧结的玻璃砂板，也可以用玻璃毛、带孔的瓷板、不锈钢板，耐腐蚀的塑料网、布、玻璃布等作为离子交换柱的支座。

工业用交换柱:除主体设备外，还包括存放酸、碱及产品的贮槽、管道阀门、流量计、流速计及各种测定仪表等辅助设备。

三、性能

国外糖厂离子交换柱的有效容积(装载树脂量)一般为3~10m，直径2.3~3.3m，高3.3~4m，树脂床的高度0.6~2m。树脂柱为立式圆筒形结构，两端密封，能承受一定的工作压力。它通常用钢板焊接制成，内壁整体衬上耐酸、碱的橡胶层，小型树脂柱可全用不锈钢制造。树脂柱总高度约为树脂层的两倍，以备树脂工作时体积膨胀和防止反洗时树脂被冲走。如果树脂的粒度较大，对通过液体的阻力较小，树脂层可较高，并相应缩小柱体的直径。但如树脂粒度较细，对液体的阻力较大，则树脂层不宜高，以免影响液体的通过，降低它的生产能力。有些装载细颗粒树脂的柱，树脂层的高度只约0.8m，但它的工作周期时间亦较短。

四、在解题中的应用

近几年，很多试题都考到离子交换柱的相关问题，很多老师与同学都感觉很困惑，现简单总结如下：