離子交換樹脂簡介(第四)

內(nèi)容包括1離子交換樹脂的概念2離子交換樹脂的基本類型3離子交換樹脂的工作原理4離子交換樹脂的使用方法5離子交換樹脂的污染處理及預(yù)防6離子交換樹脂的選擇7離子交換樹脂儲運(yùn)的注意事項(xiàng)8離子交換樹脂的應(yīng)用目前一頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)1離子交換樹脂的概念1.1離子交換樹脂的定義

1.2離子交換樹脂的理化性質(zhì)1.3離子交換樹脂的命名方式

1.4離子交換樹脂基體的組成1.5離子交換樹脂基體的優(yōu)缺點(diǎn)目前二頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)1離子交換樹脂的概念1.1離子交換樹脂的定義離子交換樹脂是一類帶有功能基的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，它由不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架、連接在骨架上的功能基團(tuán)和功能基團(tuán)上帶有相反電荷的可交換離子三部分構(gòu)成。

離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和兩性離子交換樹脂。目前三頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)1.2離子交換樹脂的理化性質(zhì)

離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。

大多數(shù)制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm范圍內(nèi)，大部分在0.4～0.6mm之間。

它們有較高的機(jī)械強(qiáng)度(堅(jiān)牢性)，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，在正常情況下有較長的使用壽命。

目前四頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)1.3離子交換樹脂的命名方式

離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱組成。

我國化工部規(guī)定，離子交換樹脂的型號由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。

第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類。

第二位數(shù)字代表不同的骨架結(jié)構(gòu)。

第三位數(shù)字為順序號。

大孔樹脂在型號前加“D”。

凝膠型樹脂的交聯(lián)度值可在型號后用“×”號連接阿拉伯?dāng)?shù)字表示。目前五頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)1.3離子交換樹脂的命名方式

D

¤

△

▼

×

■

D

大孔樹脂在名稱前加D

¤

分類代號（陰、陽、酸、堿、強(qiáng)、弱）

△

骨架分類代號

▼

順序號

×

■

凝膠型樹脂后加*并注明交聯(lián)度

如D011×7，表示大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，其交聯(lián)度為7。目前六頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)1.4離子交換樹脂基體的組成

離子交換樹脂的基體，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)兩大類。苯乙烯系樹脂是先使用的，丙烯酸系樹脂則用得較后。

強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂

弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂

目前七頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)1.5離子交換樹脂的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1、無機(jī)離子的去除能力優(yōu)良；

2、具再生能力；

3、裝置簡單。缺點(diǎn)：

1、純化（交換）容量有一定的限制，水質(zhì)會發(fā)生起伏；

2、樹脂會造成有機(jī)物的溶出；

3、樹脂表面會有微生物的增殖；

4、樹脂的崩解碎片會造成水中微粒的增加；

5、樹脂的再生過程比較麻煩；

6、樹脂再生時會產(chǎn)生藥品（強(qiáng)酸、強(qiáng)堿）的廢液污染。

目前八頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2離子交換樹脂的基本類型

2.1按孔隙結(jié)構(gòu)分類2.3按基體的種類分類2.2按樹脂中化學(xué)活性基團(tuán)的種類分類目前九頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2離子交換樹脂的基本類型

2.1按孔隙結(jié)構(gòu)分類

離子交換樹脂按孔隙結(jié)構(gòu)分凝膠型和大孔型兩種。

凝膠型樹脂大孔型樹脂目前十頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.1.1凝膠型樹脂

凝膠型樹脂的高分子骨架，在干燥的情況下內(nèi)部沒有毛細(xì)孔。它在吸水時潤脹，在大分子鏈節(jié)間形成很微細(xì)的孔隙，通常稱為顯微孔。濕潤樹脂的平均孔徑為2～4nm(2×10－6～4×10－6mm)。

目前十一頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.1.2大孔型樹脂

大孔樹脂內(nèi)部的孔隙又多又大，表面積很大，活性中心多，離子擴(kuò)散速度快，離子交換速度也快很多，約比凝膠型樹脂快約十倍。使用時的作用快、效率高，所需處理時間縮短。

大孔吸附樹脂目前十二頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.2按樹脂中化學(xué)活性基團(tuán)的種類分類

按化學(xué)活性基團(tuán)首先區(qū)分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類。

陽離子樹脂又分為強(qiáng)酸性和弱酸性兩類。

陰離子樹脂又分為強(qiáng)堿性和弱堿性兩類。目前十三頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.2.1強(qiáng)酸性陽離子樹脂

這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3－，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽離子。這兩個反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。

強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。

目前十四頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.2.2弱酸性陽離子樹脂

這類樹脂含弱酸性基團(tuán)，能在水中離解出H+而呈酸性。樹脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，能與溶液中的其他陽離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。目前十五頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.2.3強(qiáng)堿性陰離子樹脂

這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，能在水中離解出OH－而呈強(qiáng)堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿(如NaOH)進(jìn)行再生。

目前十六頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.2.4弱堿性陰離子樹脂

這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，它們在水中能離解出OH－而呈弱堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH1～9)下工作。目前十七頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.2.5離子樹脂的轉(zhuǎn)型

以上是樹脂的四種基本類型。在實(shí)際使用上，常將這些樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌x子型式運(yùn)行，以適應(yīng)各種需要。

例如常將強(qiáng)酸性陽離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂再使用。工作時鈉型樹脂放出Na+，與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽離子交換吸附，除去這些離子。反應(yīng)時沒有放出H+，可避免溶液pH下降和由此產(chǎn)生的副作用(如蔗糖轉(zhuǎn)化和設(shè)備腐蝕等)。目前十八頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)2.3按基體的種類分類

離子交換樹脂還可以根據(jù)其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。

苯乙烯系樹脂丙烯酸系樹脂目前十九頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)3離子交換樹脂的工作原理樹脂在離子交換過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)目前二十頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)3離子交換樹脂的工作原理

在離子交換過程中，水中的陽離子（如Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Fe3+等）與陽離子交換樹脂上的H+

進(jìn)行交換，水中陽離子被轉(zhuǎn)移到樹脂上，而樹脂上的H+交換到水中。

水中的陰離子（如Cl-、HCO3-等）與陰離子交換樹脂上的OH-進(jìn)行交換，水中陰離子被轉(zhuǎn)移到樹脂上，而樹脂上的OH-交換到水中。而H+與OH-相結(jié)合生成水，從而達(dá)到脫鹽的目的(見下頁圖)。

目前二十一頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)H2O陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂H+

Na+

OH-Cl-NaClH2O離子交換原理示意圖

目前二十二頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)4離子交換樹脂的清洗4.1離子交換樹脂的預(yù)處理4.2離子交換樹脂的再生目前二十三頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)4離子交換樹脂的清洗4.1離子交換樹脂的預(yù)處理

在離子交換樹脂的工業(yè)產(chǎn)品中，常含有少量的有機(jī)低聚物及一些無機(jī)雜質(zhì)。在使用初期會逐漸溶解釋放，影響出水水質(zhì)或產(chǎn)品質(zhì)量。

因此，新樹脂在使用前必須進(jìn)行預(yù)處理。目前二十四頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)4.1.1動態(tài)預(yù)處理

樹脂裝入交換器后，用去離子水反洗陰、陽樹脂層，直至出水清澈、無氣味、無細(xì)碎樹脂為止。陽樹脂預(yù)處理：

將樹脂裝柱后，先用飽和食鹽水浸泡，用去離子水沖洗至出水清澈，檢測PH值為7。

再用2%～4%的NaOH溶液進(jìn)行處理，再用2%～4%的HCl溶液進(jìn)行處理，并以該酸液浸泡，排去酸液，用去離子水沖洗至出水呈中性。陰樹脂預(yù)處理：

將樹脂裝柱后，先用飽和食鹽水浸泡，用去離子水沖洗至出水清澈，檢測PH值為7。

再用2%～4%的HCl溶液進(jìn)行處理，再用2%～4%NaOH進(jìn)行處理，，全部通入后，浸泡，排去堿液，用去離子水沖洗至出水呈中性。目前二十五頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)4.1.2靜態(tài)預(yù)處理

陽樹脂的處理：

將樹脂用水洗至清水后，用2%～4%NaOH浸泡4-8小時，再用水洗至中性，再用5%的HCl浸泡4-8小時后，用水洗至中性，待用。陰樹脂的處理：

將樹脂用水洗至清水后，用5%的HCl浸泡4-8小時，再用水洗至中性，再用2%～4%NaOH浸泡4-8小時后，用水洗至中性，待用。目前二十六頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)4.2離子交換樹脂的再生4.2.1陽離子交換器再生

采用順流和逆流方式均可，最好采用逆流法

。反洗：目的是松動樹脂層，當(dāng)出水澄清透明時止。配酸液（HCl）：再生液的用量為樹脂體積的5倍，再生液濃度為4%-6%。進(jìn)酸時間為1小時。正洗：目的是洗凈再生物和殘余酸液。打開進(jìn)水和上進(jìn)水閥門，打開下排閥門，當(dāng)排水pH=6.5左右時，正洗結(jié)束，再生完畢。目前二十七頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)4.2.2陰離子交換器再生

采用順流和逆流方式均可，最好采用逆流法。反洗：先打開進(jìn)水和下進(jìn)閥門，打開排氣閥門，水自下而上通過樹脂層，（用陽床的水）目的是松動樹脂，當(dāng)出水澄清透明為止。配堿液（NaOH）：再生液的用量為樹脂體積的5倍，再生液的濃度為4-6%。進(jìn)堿時間為1.5小時。正洗：水自上而下通過樹脂層，目的是洗凈再生產(chǎn)物和殘余堿液。打開進(jìn)水和上進(jìn)閥門，打開下排閥門，當(dāng)排水pH=7.5左右時正洗結(jié)束，再生完畢。目前二十八頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)離子交換樹脂再生示意圖目前二十九頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)4.2.3離子交換樹脂再生的注意事項(xiàng)

進(jìn)完酸或堿時一定要把酸堿經(jīng)過的管道沖洗干凈，以防存酸存堿，影響電導(dǎo)率。

把再生泵沖洗干凈，以備下次使用。

目前三十頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)5離子交換樹脂的

污染處理及預(yù)防5.1懸浮物污堵的處理及預(yù)防

5.2鐵中毒的處理及預(yù)防

5.3油污染的處理及預(yù)防目前三十一頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)5離子交換樹脂的污染處理及預(yù)防

在化學(xué)水處理系統(tǒng)中,由于多種原因,陰、陽離子交換樹脂都存在著被污染的問題,尤其是鈣、鐵、有機(jī)物的污染。污染后的樹脂性能下降、工作交換容量降低、離子泄露量增加,影響出水質(zhì)量。

由于樹脂的結(jié)構(gòu)未遭到破壞,可以通過適當(dāng)?shù)奶幚?恢復(fù)其交換性能.同時應(yīng)對樹脂在使用過程中易出現(xiàn)污染的情況進(jìn)行分析,采取合理的措施。

目前三十二頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)5.1懸浮物污堵的處理及預(yù)防

現(xiàn)象：原水中的懸浮物會堵塞樹脂層中的孔隙，從而增大其水流阻力，增大運(yùn)行壓降，也會覆蓋在樹脂顆粒的表面，因而降低樹脂的工作交換容量。

處理：為清除積聚在樹脂層中的懸浮物，可采用增加反洗次數(shù)和時間或使用壓縮空氣擦洗等方法。預(yù)防：為防止懸浮物的污堵，主要是加強(qiáng)對原水的預(yù)處理，以降低水中懸浮物的含量。目前三十三頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)5.2鐵中毒的處理及預(yù)防

現(xiàn)象：陽、陰樹脂都可能發(fā)生鐵的污染。被污染樹脂的外觀為深棕色，嚴(yán)重時可以變?yōu)楹谏?。一般情況下，每100g樹脂中的含鐵量超過150mg時，就應(yīng)進(jìn)行處理。鐵的存在會加速陰樹脂的降解。

鐵中毒后的離子交換樹脂目前三十四頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)處理：常用的清洗方法是用10%HCl溶液，在進(jìn)行此方法前，必須檢查交換器設(shè)備的耐腐蝕性能，否則須用加抑制劑的鹽酸。

防止樹脂發(fā)生鐵污染的措施有：

1、減少陽離子進(jìn)水的含鐵量。對含鐵量高的地下水應(yīng)先經(jīng)過曝氣處理及錳砂過濾除鐵。對含鐵量高的地表水或使用鐵鹽作為凝聚劑時，應(yīng)添加堿性藥劑，如NaOH，提高水的pH值，防止鐵離子帶入陽床。

2、對輸送高含鐵量原水的管道及貯槽應(yīng)考慮采取必要的防腐措施，以減少原水的鐵含量。

5.2鐵中毒的處理及預(yù)防

目前三十五頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)現(xiàn)象：礦物油對樹脂的污染主要是吸附于骨架上或被覆于樹脂顆粒的表面，造成樹脂微孔的污堵，致使樹脂交換容量降低，周期制水量明顯減少。5.3油的污染及處理

油污染后的離子交換樹脂目前三十六頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)處理：

1、用NaOH溶液循環(huán)清洗

使用38-40°C的8%-9%NaOH溶液，從堿箱（約10m3）經(jīng)過陰床、陽床后，再回到堿箱循環(huán)清洗（具體時間由小型試驗(yàn)確定），并補(bǔ)充NaOH溶液，保持溶液濃度，利用NaOH對礦物油的乳化作用，清除油污。

2、用溶劑清洗

可以使用石油醚或200號溶劑汽油對樹脂進(jìn)行清洗，清洗過程中要嚴(yán)密防火。預(yù)防礦物油的來源主要要做好以下幾各方面：

1、防止?jié)B入地下的礦物油隨原水帶入交換器。2、燃油鍋爐使用蒸汽霧化燃油，當(dāng)油壓高于蒸汽壓力時，防止重油（或原油）漏入蒸汽，經(jīng)過凝氣器進(jìn)入凝結(jié)水除鹽系統(tǒng)。

5.3油的污染及處理

目前三十七頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)6離子交換樹脂的選擇6.1離子交換樹脂的吸附性對它的工作和性能的影響6.3離子交換樹脂的物理性質(zhì)對它的工作和性能的影響6.2離子交換樹脂的顆粒尺寸對它的工作和性能的影響目前三十八頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)6離子交換樹脂的選擇

購買離子交換樹脂可以從它的吸附性、顆粒尺寸和有關(guān)的物理性質(zhì)等方面來選擇。

目前三十九頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)6.1離子交換樹脂的吸附性

對它的工作和性能的影響

離子交換樹脂對溶液中的不同離子有不同的親和力，對它們的吸附有選擇性。對離子的吸附：

各種離子受樹脂交換吸附作用的強(qiáng)弱程度有一般的規(guī)律，但不同的樹脂可能略有差異。目前四十頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)對有色物的吸附

糖液脫色常使用強(qiáng)堿性陰離子樹脂。

它對擬黑色素(還原糖與氨基酸反應(yīng)產(chǎn)物)和還原糖的堿性分解產(chǎn)物的吸附較強(qiáng)，而對焦糖色素的吸附較弱。

離子交換樹脂吸附色素前后的比較目前四十一頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)6.2離子交換樹脂的顆粒尺寸

對它的工作和性能的影響

離子交換樹脂通常制成珠狀的小顆粒，它的尺寸也很重要。樹脂顆粒較細(xì)者，反應(yīng)速度較大，但細(xì)顆粒對液體通過的阻力較大，需要較高的工作壓力；特別是濃糖液粘度高，這種影響更顯著。因此，樹脂顆粒的大小應(yīng)選擇適當(dāng)。如果樹脂粒徑在0.2mm(約為70目)以下，會明顯增大流體通過的阻力，降低流量和生產(chǎn)能力。

目前四十二頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)6.3離子交換樹脂的物理性質(zhì)

對它的工作和性能的影響

樹脂在干燥時的密度稱為真密度。濕樹脂每單位體積(連顆粒間空隙)的重量稱為視密度。樹脂的密度與它的交聯(lián)度和交換基團(tuán)的性質(zhì)有關(guān)。通常，交聯(lián)度高的樹脂的密度較高，強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性樹脂的密度高于弱酸或弱堿性者，而大孔型樹脂的密度則較低。

樹脂的密度

離子交換樹脂應(yīng)為不溶性物質(zhì)。但樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質(zhì)，及樹脂分解生成的物質(zhì)，會在工作運(yùn)行時溶解出來。

樹脂的溶解性

目前四十三頁\總數(shù)五十頁\編于四點(diǎn)樹脂的膨脹度

離子交換樹脂含有大量親水基團(tuán)，與水接觸即吸水膨脹，增大樹脂的體積。通常，交聯(lián)度低的樹脂的膨脹度較大。在設(shè)計(jì)離子交換裝置時，必須考慮樹脂的膨脹度，以適應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)行時樹脂中的離子轉(zhuǎn)換發(fā)生的樹脂體積變化。

樹脂的耐用性

樹脂顆粒使用時有轉(zhuǎn)移、磨擦、膨脹和收縮等變化，長期使用后會有少量損耗和破碎，故樹脂要有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。如大孔樹脂，具有較高的交聯(lián)度者，結(jié)構(gòu)穩(wěn)