树脂进行离子交换反应的性能和再生问题

氢型阳离子交换树脂在水中可解离出氢离子（H+），当遇到金属离子或其它阳离子，就发生互相交换作用，但交换后的树脂，就不再是氢型树脂了。例如，当水中的阳离子如钙离子、镁离子的浓度相当大时，磺酸型的阳离子交换树脂中的氢离子，可和钙、镁离子进行交换，而形成「钙型」或「镁型」的阳离子交换树脂，如下式： 2R-SO3H ＋ Ca2+ → (R-SO3)2Ca ＋ 2H+ （钙型强酸性阳离子交换树脂） 2R-SO3H ＋ Mg2+ → (R-SO3)2Mg ＋ 2H+（镁型强酸性阳离子交换树脂） 氢型阳离子交换树脂的交换能力与被交换的阳离子的价数有密切关系。在常温下，低浓度水溶液中，交换能力随离子价数增加而增加，即价数越高的阳离子被交换的倾向越大。此外，若价数相同，离子半径越大的阳离子被交换的倾向也越大。如果以自来水中经常出现阳离子列为参考对象，则氢型阳离子交换树脂的交换能力顺序可表示如下： 强酸性：Fe3+＞Fe 2+＞Mn2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+＞H+ 弱酸性：H+＞Fe3+＞Fe 2+＞Mn2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+ 由上述交换能力顺序可知：强酸性与弱酸性阳离子交换树脂的母体，对阳离子交换能力顺序完相同，唯的差异是：两者对H+的交换能力不同，强酸性对氢离子的亲和力弱，弱酸性对氢离子的亲和力强，这个性可能会深深影响它们在水草缸的作用与功能。 虽然氢型弱酸性阳离子交换树脂对氢离子的亲合力强，但氢离子（H+）与氢氧离子（OH-）结合成水（H2O）的亲合力更强，所以在碱性水质中，弱酸性阳离子交换树脂中的H+会快速被OH-所消耗，OH-主要来自KH硬度（HCO3-）的水解反应： HCO3- ＋ H2O ←→ H2CO3 ＋ OH- H+所遗留之「活性位置」再改由其它阳离子如Fe3+＞Fe 2+＞Mn2+＞Ca2+＞Mg2+……等依序取代，直持续到HCO3-完被消除为止（KH＝0）。因此弱酸性阳离子交换树脂的主要作用区间是在于pH＝5 ~ 14的水质。由于HCO3-为暂时硬度的阴离子，因此当HCO3-完被消除后，它的「当量阳离子」，如如钙、镁等离子也同时完被取代，故能消除所有暂时硬度的「当量阳离子」。 氢型强酸性阳离子交换树脂对氢离子（H+）的亲合力弱，使它在任何pH之下，它都具有交换能力，因此可以完除去GH硬度（暂时硬度及永久硬度）。

影响再生性的主要因素

氢型树脂的再生性与它的类型和结构有密切关系，强酸性氢型树脂的再生比较困难，需要的再生酸液的剂量比理论值高许多，而且必须较长的接触时间。相形之下，弱酸性氢型树脂的再生则比较容易，需要的再生酸液的剂量仅比理论值高些，也不需要长的接触时间。般认为，在硫酸或盐酸的用量为其总交换容量的二倍时，每次再生树脂与再生酸液浸泡接触时间是：强酸性约30 ~ 60分；弱酸性约30 ~ 45分。此外，氢型树脂的再生性也与它们的「交联度」有关。所谓交联度乃是定量树脂中所含的交联剂（如苯乙烯）的质量百分率。通常交联度低的树脂，其征是聚合密度较低，内部空隙较多，网孔大，对水的溶胀性好，但对离子选择较弱，交换反应速度快，较易再生，因此每次再生树脂与再生酸液浸泡接触时间较短。反之，交联度高的树脂，则需要较长再生酸液与树脂接触的时间。

无论强酸性或弱酸性氢型树脂的「交联度」均可以在制造时控制。由于氢型树脂的网孔不仅提供了良好的离子交换条件，而且也像活性碳般，能产生分子吸附作用，也可能吸附各种有机物，因此容易受到有机物污染，而影响其操作率，也使得其再生操作发生困难。

如果树脂在使用过程中，吸附了有机物，别是大分子有机物，再生接触时间必须更久，而且通常要提高温度（70 ~ 80℃）才能除去大部分有机物，以免其能降低太快，同时在高温下操作，也可以加速再生反应时间，使浸泡接触时间得以因而缩短。在这方面应用的再生剂，以硫酸较佳，理由是硫酸在加热时相当安定，盐酸则可能会产生有毒的氯化氢气体。