離子交換樹脂技術(shù)及分類

1、離子交換樹脂技術(shù)及分類作者:漂萊特 來源:東北亞水網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2011-09-06 17:15:23離子交換樹脂技術(shù)及分類一.離子交換樹脂分類強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂 離子交換樹脂 , 鈉離子交換器 , 漂萊特樹脂這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán),如磺酸基 -SO3H ,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(yáng)離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹脂中的 H+與溶 液中的陽(yáng)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。樹脂在使用一段時(shí)間后,要進(jìn)行再生處理,即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行,使樹 脂的宮

2、能基團(tuán)回復(fù)原來狀態(tài),以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理,此時(shí)樹脂放出 被吸附的陽(yáng)離子,再與 H+結(jié)合而恢復(fù)原來的組成。強(qiáng)堿性陰離子樹脂這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán), 如季胺基 (亦稱四級(jí)胺基 -NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(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。弱堿性陰離子樹脂這類樹脂含有弱堿性基團(tuán), 如伯胺基 (亦稱一級(jí)胺基 -NH2、 仲胺基 (二級(jí)胺基 -NHR 、 或叔胺基 (三 級(jí)胺基 -NR2,它們?cè)谒心茈x解出 OH

3、-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(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸 性條件 (如 pH19 下工作。它可用 Na2CO3、 NH4OH 進(jìn)行再生。離子樹脂的轉(zhuǎn)型 離子交換樹脂 , 鈉離子交換器 , 漂萊特樹脂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(yáng)離子樹脂與 NaCl 作用,轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂再使用。工作時(shí)鈉型樹脂放出 Na+與溶 液中的 Ca2+Mg2+等陽(yáng)離子交換吸附,除去這些離子。反應(yīng)時(shí)沒有放出 H+,可避免溶液 pH 下降和由此產(chǎn)生

4、的副作用 (如蔗糖轉(zhuǎn)化和設(shè)備腐蝕等 。這種樹脂以鈉型運(yùn)行使用后,可用鹽水再生 (不用強(qiáng)酸 。又如陰離 子樹脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃驮偈褂?工作時(shí)放出 Cl -而吸附交換其他陰離子,它的再生只需用食鹽水溶液。氯型 樹脂也可轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟湫?(HCO3-運(yùn)行。 強(qiáng)酸性樹脂及強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯型后, 就不再具有強(qiáng)酸 性及強(qiáng)堿性,但它們?nèi)匀挥羞@些樹脂的其他典型性能,如離解性強(qiáng)和工作的 pH 范圍寬廣等。離子樹脂常分為凝膠型和大孔型兩類。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(shí)潤(rùn)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 (micro-pore。濕潤(rùn)樹脂的平均孔徑為 24n

5、m(2×10-6 4×10-6mm 。技術(shù)支持WWW.NAWATER.CN這類樹脂較適合用于吸附無機(jī)離子,它們的直徑較小,一般為 0.30.6nm 。這類樹脂不能吸附大 分子有機(jī)物質(zhì),因后者的尺寸較大,如蛋白質(zhì)分子直徑為 520nm ,不能進(jìn)入這類樹脂的顯微孔隙中。大孔型樹脂是在聚合反應(yīng)時(shí)加入致孔劑, 形成多孔海綿狀構(gòu)造的骨架, 內(nèi)部有大量永久性的微孔, 再導(dǎo)入交換基團(tuán)制成。它并存有微細(xì)孔和大網(wǎng)孔 (macro-pore,潤(rùn)濕樹脂的孔徑達(dá) 100500nm ,其大小和 數(shù)量都可以在制造時(shí)控制?？椎赖谋砻娣e可以增大到超過 1000m2/g。江蘇色可賽

6、思樹脂有限公司整理這不 僅為離子交換提供了良好的接觸條件,縮短了離子擴(kuò)散的路程,還增加了許多鏈節(jié)活性中心,通過分子間 的范德華引力 (van de Waals force產(chǎn)生分子吸附作用,能夠象活性炭那樣吸附各種非離子性物質(zhì),擴(kuò)大 它的功能。一些不帶交換功能團(tuán)的大孔型樹脂也能夠吸附、分離多種物質(zhì),例如化工廠廢水中的酚類物。 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(shí)的作用快、效率高,所需處理時(shí)間縮短。大孔樹脂還有多種優(yōu)點(diǎn):耐溶脹,不易碎裂,耐氧化,耐磨損,耐熱及耐溫度變化,以及對(duì)有機(jī)大分子物質(zhì)較易吸附和交換,因而

7、抗污染力強(qiáng),并較容易再生。二.離子交換樹脂的成分 離子交換樹脂 , 鈉離子交換器 , 漂萊特樹脂離子交換樹脂 (ionresin的基體 (matrix,制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸 (酯 兩大類,它們分別與交聯(lián) 劑二乙烯苯產(chǎn)生聚合反應(yīng),形成具有長(zhǎng)分子主鏈及交聯(lián)橫鏈的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的聚合物。苯乙烯系樹脂是先 使用的,丙烯酸系樹脂則用得較后。這兩類樹脂的吸附性能都很好,但有不同特點(diǎn)。丙烯酸系樹脂能交換吸附大多數(shù)離子型色素,脫 色容量大,而且吸附物較易洗脫,便于再生,在糖廠中可用作主要的脫色樹脂。苯乙烯系樹脂擅長(zhǎng)吸附芳 香族物質(zhì),善于吸附糖汁中的多酚類色素 (包括帶負(fù)電的或不帶電的 ;但在再生時(shí)較難洗

8、脫。因此,糖液 先用丙烯酸樹脂進(jìn)行粗脫色,再用苯乙烯樹脂進(jìn)行精脫色,可充分發(fā)揮兩者的長(zhǎng)處。樹脂的交聯(lián)度,即樹脂基體聚合時(shí)所用二乙烯苯的百分?jǐn)?shù),對(duì)樹脂的性質(zhì)有很大影響。通常,交 聯(lián)度高的樹脂聚合得比較緊密,堅(jiān)牢而耐用,密度較高,內(nèi)部空隙較少,對(duì)離子的選擇性較強(qiáng);而交聯(lián)度 低的樹脂孔隙較大,脫色能力較強(qiáng),反應(yīng)速度較快,但在工作時(shí)的膨脹性較大,機(jī)械強(qiáng)度稍低,比較脆而 易碎。 工業(yè)應(yīng)用的離子樹脂的交聯(lián)度一般不低于 4%;用于脫色的樹脂的交聯(lián)度一般不高于 8%; 單純用于吸 附無機(jī)離子的樹脂,其交聯(lián)度可較高。 鍋爐軟化水設(shè)備 , 全自動(dòng)軟化水設(shè)備 , 軟化水處理設(shè)備除上述苯乙烯系和丙烯酸系這兩大系列以外

9、,離子交換樹脂還可由其他有機(jī)單體聚合制成。如酚 醛系 (FP、環(huán)氧系 (EPA、乙烯吡啶系 (VP、脲醛系 (UA等。三.離子交換除鹽離子交換是一種特殊的固體吸附過程,它是由離子交換劑的電解質(zhì)溶液中進(jìn)行的。一般的離子交 換劑是一種不溶于水的固體顆粒狀物質(zhì),即離子交換樹脂。它能夠從電解質(zhì)溶液中吸取某種陽(yáng)離子或者陰 離子,而把自身所含的另外一種帶相同電荷符號(hào)的離子等量地?fù)Q出來,并釋放到溶液中去,這就是所謂的 離子交換。按照所交換離子的種類,離子交換劑可分為陽(yáng)離子交換劑和陰離子交換劑兩大類。技術(shù)支持WWW.NAWATER.CN復(fù)床是用陽(yáng)、陰兩種不同的離子交換的交換器的串聯(lián)方

10、式,如強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂和強(qiáng)堿性陰 離子交換樹脂串聯(lián)的方式。這種陽(yáng)床和陰床串聯(lián)組成的設(shè)備稱為復(fù)床,水先經(jīng)過陽(yáng)床除去金屬離子,形成 酸性水,然后通過陰床除去酸根離子。通過復(fù)床的水可除去水中大部分的無機(jī)鹽?；旌想x子交換器, 簡(jiǎn)稱混床 , 是將陰陽(yáng)樹脂按一定比例裝置填在同一交換器中,運(yùn)行前將它們混 合均勻。此時(shí)被處理水在通過混合離子交換床后,所產(chǎn)生的 H + 和 OH - 離子立即生成溶解度很低的水, 很少形成陽(yáng)離子或陰離子交換時(shí)的反離子?？梢允菇粨Q反應(yīng)進(jìn)行很徹底,故水質(zhì)好,所以混合床串聯(lián)在反 滲透或一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)后面,用于純水或高純水的制備主要用于深度去除水中幾乎所有的離子(溶解固 體。離子交

11、換樹脂的離子交換容量四.離子交換樹脂的吸附選擇性離子交換樹脂對(duì)溶液中的不同離子有不同的親和力,對(duì)它們的吸附有選擇性。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。主要規(guī)律如下:(1 對(duì)陽(yáng)離子的吸附高價(jià)離子通常被優(yōu)先吸附,而低價(jià)離子的吸附較弱。在同價(jià)的同類離子中,直徑較大的離子的被 吸附較強(qiáng)。一些陽(yáng)離子被吸附的順序如下:Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+(2 對(duì)陰離子的吸附強(qiáng)堿性陰離子樹脂對(duì)無機(jī)酸根的吸附的一般順序?yàn)?SO42-> NO3-> Cl-

12、 > HCO3- > OH-弱堿性陰離子樹脂對(duì)陰離子的吸附的一般順序如下:OH-> 檸檬酸根 3- > SO42- > 酒石酸根 2- >草酸根 2- > PO43- >NO2- > Cl- >醋酸根 - > HCO3-吸附樹脂(3 對(duì)有色物的吸附糖液脫色常使用強(qiáng)堿性陰離子樹脂,它對(duì)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(duì)焦糖色素的吸附較弱。這被認(rèn)為是由于前兩者通常帶負(fù)電,而焦糖的電荷很弱。通常,交聯(lián)度高的樹脂對(duì)離子的選擇性較強(qiáng),大孔結(jié)構(gòu)樹脂的選擇性小于凝膠型樹脂。這種選擇 性在稀溶液中較大,

13、在濃溶液中較小。離子交換樹脂 , 鈉離子交換器 , 漂萊特樹脂技術(shù)支持WWW.NAWATER.CN離子交換樹脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)的性能,表現(xiàn)在它的“離子交換容量”,即每克干樹脂或每毫升濕樹脂 所能交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù), meq/g(干 或 meq/mL(濕 ;當(dāng)離子為一價(jià)時(shí),毫克當(dāng)量數(shù)即是毫克分子數(shù) (對(duì)二價(jià)或多價(jià)離子,前者為后者乘離子價(jià)數(shù) 。它又有“總交換容量”、“工作 交換容量”和“再生交換容量”等三種表示方式。1、總交換容量,表示每單位數(shù)量 (重量或體積 樹脂能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)的總量。2、工作交換容量,表示樹脂在某一定條件下的離子交換能力,它與樹脂種類和總交換容量,以及 具體工作條件如溶液的組成、流速、溫度等因素有關(guān)。3、再生交換容量,表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量 , 表明樹脂中原有 化學(xué)基團(tuán)再生復(fù)原的程度。通常, 再生交換容量為總交換容量的 5090%(一般控制 7080%, 而工作交換容量為再生交換容 量的 3090%(對(duì)再生樹脂而言 ,后一比率亦稱為樹脂的利用率。在實(shí)際使用中,離子交換樹脂的交換容量包括了吸附容量,但后者所占的比例因樹脂結(jié)構(gòu)不同而 異?，F(xiàn)仍未能