離子交換樹脂的原理及應(yīng)用(重點閱讀)

1、如何篩分混合的陰陽離子交換樹脂？離子交換樹脂的工作原理及優(yōu)缺點分析將離子性官能基結(jié)合在樹脂（有機高分子）上的材料，稱之為 “離子交換樹脂”。 樹脂表面帶有磺酸 (sulfonic acid) 者，稱為陽離子交換樹脂，而帶有四級氨離子的，則為陰離子交換樹脂。由於離子交換樹脂可以有效去除水中陰陽離子，所以經(jīng)常使用於純水、超純水的制造程序中。(見下圖)離子交換樹脂上的官能基雖可去除原水 (Feed water) 中的離子，但隨著使用一段時間之后,因官能基的飽和而導(dǎo)致去離子效率的降低，引發(fā)水質(zhì)劣化的缺點。此外，離子交換樹脂本身也是有機物質(zhì)，使用中會受到氧化分解、機械性破裂、擔(dān)體流出而造成有機物質(zhì)的溶出

2、。此外，帶有電荷的有機物質(zhì)也會受到離子交換樹脂的吸附，使離子交換樹脂很容易受到有機物質(zhì)的污染 (Fouling)。而有些微生物由於菌體表面帶著負電，也會被陽離子交換樹脂所吸附，樹脂表面因而成為微生物的繁殖場地，造成純水的污染。在此同時，微生物所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物也會成為有機物質(zhì)的污染來源。這些都是使用離子交換樹脂時，引發(fā)水質(zhì)劣化而不可不注意的地方。通常失去離子去除能力（飽和）的離子交換樹脂，雖然可以經(jīng)由酸堿藥劑的作用來再生，達到重復(fù)使用的目的，但若因為有機物質(zhì)的吸附（污染）而造成效率不好時，樹脂的去除性能就會降低。此外，依再生用化學(xué)藥劑的品質(zhì)不同也會有離子交換樹脂本身被污染的風(fēng)險。因此，超純水系統(tǒng)

3、所使用的離子交換樹脂幾乎是不能進行再生處理的。 離子交換樹脂的原理及應(yīng)用是什么原理離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應(yīng)的功能基團。一般情況下，常規(guī)的鈉離子交換樹脂帶有大量的鈉離子。當(dāng)水中的鈣鎂離子含量高時，離子交換樹脂可以釋放出鈉離子，功能基團與鈣鎂離子結(jié)合，這樣水中的鈣鎂離子含量降低，水的硬度下降。硬水就變?yōu)檐浰@是軟化水設(shè)備的工作過程。當(dāng)樹脂上的大量功能基團與鈣鎂離子結(jié)合后，樹脂的軟化能力下降，可以用氯化鈉溶液流過樹脂，此時溶液中的鈉離子含量高，功能基團會釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結(jié)合，這樣樹脂就恢復(fù)了交換能力，這個過程叫作“再生”。由于實際工作的需要，軟化水設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)工作流程主要包括：工作

4、(有時叫做產(chǎn)水，下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個過程。不同軟化水設(shè)備的所有工序非常接近，只是由于實際工藝的不同或控制的需要，可能會有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎(chǔ)的軟化水設(shè)備都是在這五個流程的基礎(chǔ)上發(fā)展來的(其中，全自動軟化水設(shè)備會增加鹽水重注過程)。反洗：工作一段時間后的設(shè)備，會在樹脂上部攔截很多由原水帶來的污物，把這些污物除去后，離子交換樹脂才能完全曝露出來，再生的效果才能得到保證。反洗過程就是水從樹脂的底部洗入，從頂部流出，這樣可以把頂部攔截下來的污物沖走。這個過程一般需要5-15分鐘左右。吸鹽(再生)：即將鹽水注入樹脂罐體的過程，傳統(tǒng)設(shè)備是采用鹽泵將鹽水注

5、入，全自動的設(shè)備是采用專用的內(nèi)置噴射器將鹽水吸入(只要進水有一定的壓力即可)。在實際工作過程中，鹽水以較慢的速度流過樹脂的再生效果比單純用鹽水浸泡樹脂的效果好，所以軟化水設(shè)備都是采用鹽水慢速流過樹脂的方法再生，這個過程一般需要30分鐘左右，實際時間受用鹽量的影響。慢沖洗(置換)：在用鹽水流過樹脂以后，用原水以同樣的流速慢慢將樹脂中的鹽全部沖洗干凈的過程叫慢沖洗，由于這個沖洗過程中仍有大量的功能基團上的鈣鎂離子被鈉離子交換，根據(jù)實際經(jīng)驗，這個過程中是再生的主要過程，所以很多人將這個過程稱作置換。這個過程一般與吸鹽的時間相同，即30分鐘左右?？鞗_洗：為了將殘留的鹽徹底沖洗干凈，要采用與實際工作接近

6、的流速，用原水對樹脂進行沖洗，這個過程的最后出水應(yīng)為達標(biāo)的軟水。一般情況下，快沖洗過程為5-15分鐘。應(yīng)用1）水處理水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。2）食品工業(yè)離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如：高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量僅次于水處理。3）制藥行業(yè)制藥工業(yè)離子交換樹脂對發(fā)展新一代的抗菌素及對原有抗

7、菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。近年還在中藥提成等方面有所研究。4）合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)在有機合成中常用酸和堿作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無機酸、堿，同樣可進行上述反應(yīng)，且優(yōu)點更多。如樹脂可反復(fù)使用，產(chǎn)品容易分離，反應(yīng)器不會被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控制等。甲基叔丁基醚（MTBE）的制備，就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑，由異丁烯與甲醇反應(yīng)而成，代替了原有的可對環(huán)境造成嚴重污染的四乙基鉛。5）環(huán)境保護離子交換樹脂已應(yīng)用在許多非常受關(guān)注的環(huán)境保護問題上。目前，許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質(zhì)，這些可用樹脂進行回收使用

8、。如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)等。6）濕法冶金及其他離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。其他補充：離子交換技術(shù)有相當(dāng)長的歷史，某些天然物質(zhì)如泡沸石和用煤經(jīng)過磺化制得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是，隨著現(xiàn)代有機合成工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，研究制成了許多種性能優(yōu)良的離子交換樹脂，并開發(fā)了多種新的應(yīng)用方法，離子交換技術(shù)迅速發(fā)展，在許多行業(yè)特別是高新科技產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。近年國內(nèi)外生產(chǎn)的樹脂品種達數(shù)百種，年產(chǎn)量數(shù)十萬噸。 在工業(yè)應(yīng)用中，離子交換樹脂的優(yōu)點主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復(fù)再生使用，工

9、作壽命長，運行費用較低(雖然一次投入費用較大)。以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù)，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等，各具獨特的功能，可以進行各種特殊的工作，是其他方法難以做到的。離子交換技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還在迅速發(fā)展之中。離子交換樹脂的應(yīng)用，是近年國內(nèi)外制糖工業(yè)的一個重點研究課題，是糖業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。膜分離技術(shù)在糖業(yè)的應(yīng)用也受到廣泛的研究。離子交換樹脂都是用有機合成方法制成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸(酯)，通過聚合反應(yīng)生成具有三維空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架，再在骨架上導(dǎo)入不同類型的化學(xué)活性基團(通常為酸性或堿性基團)而制成。 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

10、維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.31.2mm 范圍內(nèi)，大部分在0.40.6mm之間。它們有較高的機械強度(堅牢性)，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。 離子交換樹脂中含有一種(或幾種)化學(xué)活性基團，它即是交換官能團，在水溶液中能離解出某些陽離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH或Cl)，同時吸附溶液中原來存有的其他陽離子或陰離子。即樹脂中的離子與溶液中的離子互相交換，從而將溶液中的離子分離出來。離子交換樹脂的品種很多，因化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同而具有不同的功能和特性，適應(yīng)于不同的用途。應(yīng)用樹脂要根據(jù)工藝要求和物料的性質(zhì)選用適當(dāng)?shù)念愋秃推贩N。離子交換樹脂的處理方法？新購樹脂常殘存較多

11、有機溶劑，低分子聚合物及有機雜質(zhì)，使用前必須盡量除去，否則將影響樹脂的使用壽命。1將樹脂放在一大桶內(nèi)，先用清水漂洗干凈，濾干。2用80%90%工業(yè)乙醇浸泡24小時，洗去樹脂內(nèi)的乙醇溶性有機物然后抽干（濾液供回收乙醇）。3用4050的熱水浸泡2小時，洗滌幾次后，再浮選或篩選出粒度合適的樹脂。目的是洗去樹脂內(nèi)的水溶性雜質(zhì)和乙醇味。然后抽干。4用4倍于樹脂量的2摩爾/升鹽酸（1：5）溶液浸泡處理2小時（要經(jīng)常翻動），目的是洗去酸溶性雜質(zhì)。用蒸餾水或自來水洗至中性，抽干。5用4倍于樹脂量的2摩爾/升（8%）氫氧化鈉溶液浸泡2小時（需經(jīng)常翻動），目的是洗去堿溶性雜物。用蒸餾水或自來水洗至中性，抽干，備用

12、。6如果是陰離子樹脂，可轉(zhuǎn)型為C1型或OH型，用鹽酸按上法處理一次即可；如是陽離子樹脂，可轉(zhuǎn)為H型或Na型，用氫氧化鈉按上法處理一次即可。再生，用過的樹脂。如希望陽離子樹脂為H型、Na型或NH4型，則可分別用鹽酸、氫氧化鈉或氫氧化銨處理；要使陰離子樹脂為C1型、OH型，則可用鹽酸或氫氧化鈉分別處理。樹脂宜保存于陰涼處，但不宜深凍，因深凍會破壞樹脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。短期存放可置于1摩爾/升鹽酸或氫氧化鈉溶液中。長期存放可加入適量防腐劑封存。遇到樹脂長霉，可用1%甲醛浸泡1小時后，再漂洗干凈，然后進行再行處理。詳見離子交換樹脂的還原方式？如果您是再生用于軟化的陽樹脂，即通過置換的方法使水的硬度降低的，則

13、用工業(yè)鹽進行再生（Nacl），使用量依照樹脂量的多少和樹脂品牌來計算，再生周期和頻率依樹脂再生效果和處理水量來定，濃度一般在10%。用鹽的原因是鹽中的NA離子可以把水中的鈣和鎂置換出來，此時的樹脂只是一個置換的載體，再生后，置換出來的高濃度氯化鈣和氯化鎂被排出，樹脂中的無數(shù)看不見的小孔被納塞滿可置換出水中的鈣和鎂，游離到水中，當(dāng)置換達到飽和后，就不能進行吸附了，此時再重復(fù)再生的步驟已達到軟化水質(zhì)的目的。如果是混床，即MB中使用，內(nèi)裝陰陽兩種樹脂則需要用鹽酸及液堿分別或同時進行再生，廢水從中排管中流出，通過交換，鹽酸中的H+離子和液堿中的OH-將水中的其他陰陽離子置換而產(chǎn)出更高要求純度的水，一般

14、都在35%的濃度，同樣再生量根據(jù)樹脂量和再生方法不同而略有差異。再一種就是分床，和混床差不多，只是將兩個床的樹脂分開，有的用來去除水中固定的金屬離子，比如汞，銅等，有的在兩塔中加一個脫氣塔，吹出CO2以降低水中的溶解二氧化碳以提高水的純度，我們叫KDA，陽離子用鹽酸或硫酸，根據(jù)脫除金屬離子的不同而選擇，如果是陰離子一般都用堿。軟化再生時一般用自動再生頭（時間型或流量型）混床一般用PLC編程控制氣動或電動閥門來進行再生，也有一些老的設(shè)備是手動再生的，方法都差不多，只是人操作每次的再生藥劑量和效果差異較大。水處理乃高深學(xué)問，幾句話也沒法表述清楚，還是建議找正規(guī)的廠家來處理比較合適。各類離子交換樹脂

15、的再生方法再生劑的種類應(yīng)根據(jù)樹脂的離子類型來選用，并適當(dāng)?shù)剡x擇價格較低的酸、堿或鹽。1、大孔吸附樹脂簡單再生的方法是用不同濃度的溶劑按極性從大到小剃度洗脫，再用23BV的稀酸、稀堿溶液浸泡洗脫，水洗至PH值中性即可使用。2、鈉型強酸性陽樹脂可用10%NaCl 溶液再生，用藥量為其交換容量的2倍 (用NaCl量為117g/ l 樹脂)；氫型強酸性樹脂用強酸再生，用硫酸時要防止被樹脂吸附的鈣與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀物。為此，宜先通入12%的稀硫酸再生。3、氯型強堿性樹脂，主要以NaCl 溶液來再生，但加入少量堿有助于將樹脂吸附的色素和有機物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的堿鹽液再生，常規(guī)用量為每升樹脂用150200g NaCl ，及34g NaOH。OH型強堿陰樹脂則用4%NaOH溶液再生。4、一些脫色樹脂 (特別是弱堿性樹脂) 宜在微酸性下工作。此時可通入稀鹽酸，使樹脂 pH值下降至6左右，再用水正洗，反洗各一次。干的離子交換樹脂如何溶脹，謝謝離子交換樹脂是親水性高分子化合物，當(dāng)將干的離子交換樹脂侵入水中時，其體積常常要變大，這種現(xiàn)象稱為溶脹，使離子交換樹脂含有水分。由于樹脂具有這種性能