离子交换单元在医药纯水系统中的工作原理是什么？

基于离子交换树脂的离子交换作用

• 离子交换树脂的结构与特性：
  离子交换树脂是一种带有可交换离子的高分子聚合物，由树脂母体（骨架）和活性基团两部分构成。树脂母体一般是具有三维网状结构的高分子化合物，比如苯乙烯系、丙烯酸系等，它为整个树脂提供了稳定的物理形态。而活性基团则是连接在树脂母体上、能够进行离子交换的化学基团，分为阳离子交换基团（如磺酸基、羧基等）和阴离子交换基团（如季铵基、氨基等）。这些活性基团上带有可交换的离子，决定了树脂能够与水中何种离子进行交换。
• 阳离子交换过程：
  当含有各种阳离子（如钙、镁、钠等）的水通过阳离子交换树脂柱时，树脂上的活性基团（以磺酸基为例）所带的氢离子（H⁺）会与水中的阳离子发生交换反应。
  
  即树脂上的两个氢离子会被一个钙离子置换下来进入水中，而钙离子则被吸附到树脂上，从而实现了从水中去除阳离子的目的。通过这样的连续交换过程，水中的其他阳离子也会被树脂吸附，使得水在流出树脂柱时阳离子含量大幅减少。
• 阴离子交换过程：
  对于阴离子交换树脂，同样道理，当水接着流入阴离子交换树脂柱时，树脂上活性基团（以季铵基为例）所带的氢氧根离子（OH⁻）会与水中的阴离子（如氯离子、硫酸根离子等）进行交换。
  
  树脂上的氢氧根离子被氯离子置换，氯离子被吸附到树脂上，水中的阴离子由此被去除。经过阴阳离子交换树脂的协同作用，水中的绝大部分阴阳离子都能被去除，水的纯度得到显著提高。

离子交换树脂的再生原理

• 阳离子树脂再生：
  随着离子交换过程的持续进行，阳离子交换树脂上吸附的阳离子越来越多，最终会达到饱和状态，失去继续交换阳离子的能力。此时，需要对其进行再生处理。通常采用强酸（如盐酸或硫酸）溶液来再生阳离子交换树脂。
  
  即将饱和了钙离子等阳离子的树脂浸泡在一定浓度的盐酸溶液中，盐酸中的氢离子会置换树脂上吸附的阳离子，使树脂重新恢复到带有可交换氢离子的初始状态，从而可以再次进行阳离子交换工作。
• 阴离子树脂再生：
  阴离子交换树脂饱和后，也是通过相应的再生手段恢复其交换能力。
  
  氢氧化钠溶液中的氢氧根离子置换树脂上吸附的阴离子，让阴离子树脂重新具备交换阴离子的能力，以便继续在医药纯水系统中发挥作用。