離子交換膜與離子交換樹脂的比較

1、離子交換膜又稱“離子交換樹脂膜”或“離子選擇透過膜”。這是因?yàn)殡x子交換膜與用于水處理領(lǐng)域的粒狀離子交換膜樹脂,具有基本相同的結(jié)構(gòu),而且早期的離子交換膜就是使用離子交換樹脂,通過加入粘合劑混煉拉片,然后加網(wǎng)熱壓成為膜狀物的,所以,有“離子交換樹脂漠”之稱。但是,離子交換膜和離子交換樹脂之間,除形狀之差而外,還有著根本不同的作用原理:離子交換樹脂是通過離子的吸附、藥品溶離和再生的離子交換機(jī)能進(jìn)行脫鹽,但離子交換膜不是通過離子交換的機(jī)能,而是以選擇透過為其主要機(jī)理,將離子作為一種選擇性通過的媒介物。此外,在應(yīng)用方法上也不相同,例如,離子交換樹脂的使用過程包含著處理、交換、再生等步驟,而離子交換膜在應(yīng)

2、用過程中,可以連續(xù)作用,不必再生。由此看來,與其稱為離子交換膜,不如稱為“離子選擇透過膜”更為確切。不過,根據(jù)長期的習(xí)慣,人們還是沿稱“離子交換膜”。離子交換膜與離子交換樹脂離子交換膜可制成均相膜和非均相膜兩類。而離子交換樹脂就屬于非均相膜均相膜。先用高分子材料如丁苯橡膠、纖維素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜，然后引入單體如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜內(nèi)聚合成高分子，再通過化學(xué)反應(yīng)引入所需功能基。也可通過甲醛、苯酚等單體聚合制得。非均相膜。用粒度為200400目的離子交換樹脂和普通成膜性高分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等充分混合后加工成膜制得。下面給一些離子交

3、換樹脂 的具體資料:離子交換樹脂分為陰陽兩種類型，陽離子交換樹脂又分為強(qiáng)酸性和弱酸性，陰離子交換樹脂分為強(qiáng)堿性和弱堿性。水通過陽離子交換樹脂時(shí)變?yōu)樗嵝裕偻ㄟ^陰離子交換樹脂變?yōu)橹行院蠡氐剿逑渲?，因此使用離子交換樹脂時(shí)，要強(qiáng)酸性與強(qiáng)堿性、弱酸性與弱堿性配對(duì)使用，離子交換樹脂依其聽附對(duì)象的不同又分為H型，OH型CI型和NA型，水族箱適用NA型，（鈉型）其目的是軟化水質(zhì)。陽離子交換樹脂的再生可用5%-10%鹽酸、0.5%-5%硫酸、10%的食鹽水或海水其中之一種，陰離子交換樹脂的再生可用2%-10%氫氧化鈉、2%-4%氨水或10%食鹽水其中之一種，均浸泡24小時(shí)。離子交換樹脂也是一種化學(xué)濾材載體不

4、同后者屬于前者，后者是前者所包含的物質(zhì)之一。 如果還要細(xì)分的話還有正離子交換膜，負(fù)離子交換膜等。水處理設(shè)備網(wǎng)訊：離子交換膜和球狀離子交換樹脂在化學(xué)結(jié)構(gòu)上是相同的，所以有人稱它為膜狀的離子交換樹脂。早期是利用粉碎的離子交換樹脂加入粘合劑制成薄膜，故稱為離子交換（樹脂）膜。因?yàn)樵谀ぶ写嬖谡澈蟿?，活性基團(tuán)將會(huì)分布不均，故又稱為異相（非均質(zhì)）離子交換膜。隨著制膜技術(shù)不斷發(fā)展，近年來已經(jīng)能夠制備不加粘合劑的膜，因其活性基團(tuán)分布能夠均一，故稱為均相（或均質(zhì)）離子交換膜。如上圖所示， 分別為均相陽膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和微孔結(jié)構(gòu)示意圖，表明這種膜是一種帶有解離離子并有曲折的微孔通道的高聚物電解質(zhì)薄膜。在應(yīng)用中，離子交

5、換膜與離子交換樹脂的作用不同，離子交換膜是與外界電解質(zhì)溶液中的離子進(jìn)行膠體地吸附、解吸，使之穿過膜，故又稱為離子選擇透過性膜。而離子交換樹脂只是選擇性地吸附離子，爾后用化學(xué)藥品進(jìn)行解吸再生。在生產(chǎn)實(shí)踐中，從組裝電滲析器開始到運(yùn)行制水，都應(yīng)對(duì)膜的物化性能和電化學(xué)性能提出嚴(yán)格要求。1.物理性能：膜應(yīng)平正均一光滑，無針孔。這樣可以避免電滲析器密封不良和防止原水中的濁物積聚在膜面上以及因出現(xiàn)針孔造成濃、淡水互竄等。膜應(yīng)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，以防組裝不慎時(shí)折裂，或因運(yùn)行中水壓力不平衡使膜變形或產(chǎn)生裂縫。可采用纖維網(wǎng)布增加強(qiáng)度和耐折性，更主要的是應(yīng)注意選擇制膜的基材等。2.化學(xué)性能：能耐受一定酸、堿。

6、因?yàn)樵诰S修電滲析器時(shí)，常用稀酸洗滌膜上的水垢，有時(shí)在濃水系統(tǒng)加酸運(yùn)行。極水室隔膜應(yīng)選擇特殊的制膜基材，陽極室膜應(yīng)能抵抗新生態(tài)氯和氧的侵蝕。陰極膜應(yīng)能耐受堿性的陰極水。應(yīng)有較高的交換容量。交換容量是一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)，交換容量高的膜，電化學(xué)性能優(yōu)良，但由于活性基團(tuán)具有親水性能，當(dāng)活性基團(tuán)高時(shí)，水分和溶脹度即隨之增大，這就會(huì)影響膜的強(qiáng)度。有時(shí)也會(huì)因膜體結(jié)構(gòu)過于疏松，從而降低膜的選擇透過性。3.電化學(xué)性能：在從事電滲析脫鹽過程中，始終和膜的導(dǎo)電性能和選擇透過性能密切聯(lián)系著，要求膜具有良好的導(dǎo)電性能和選擇透過性能。然而兩者又受著膜交換容量的制約。2.1 引言離子交換膜與離子交換樹脂具有相同的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，

7、但在制備方法上，因?yàn)殡x子交換膜既包括樹脂的合成過程又有膜的成膜過程，所以離子交換膜的制備方法較為復(fù)雜。除參照離子交換樹脂制備外，一些非荷電膜的成膜方法對(duì)于離子交換膜也適用。通常離子交換膜的制備包括三個(gè)主要過程：基膜制備；引進(jìn)交聯(lián)結(jié)構(gòu)；引入功能基團(tuán)。至于制膜的途徑也主要是下述的三種之一：先成膜后導(dǎo)人活性基團(tuán)；先導(dǎo)入活性基團(tuán)再成膜；成膜與導(dǎo)入活性基團(tuán)同時(shí)進(jìn)行。上述的三條路線會(huì)因具體的工藝不同而不同，特別是對(duì)于前兩種方法涉及基膜的制備或者利用荷電材料來成膜，所采用的具體方法同一般的非荷電膜，可參見有關(guān)專著。以下根據(jù)不同的具體情況予以介紹。2.2 非均相離子交換膜的制備方法與均相離子交換膜不同，非均相

8、離子交換膜是指膜主體相和固定基團(tuán)不以化學(xué)鍵結(jié)合，這類膜一般電化學(xué)性能不好，但由于價(jià)格便宜，在初級(jí)水處理中應(yīng)用較廣。其制備方法一般遵循以下幾條路線。熱壓法：離子交換樹脂粉與惰性聚合物黏結(jié)劑混合，然后在適當(dāng)?shù)膲毫途酆衔镘浕瘻囟雀浇鼰釅撼尚?。熔融擠出法：離子交換樹脂粉與惰性聚合物黏結(jié)劑混合，通過加入塑化劑或者加熱使其成為半流動(dòng)狀態(tài)，然后擠出成膜。流涎法：樹脂粉與聚合物溶液混合然后利用常規(guī)的流涎方法通過蒸發(fā)溶劑成膜。流涎聚合法：離子交換樹脂分散在部分聚合的聚合物溶液中流涎成膜然后再進(jìn)行后聚合。目前，市場上的異相膜主要采用熱壓成型法，詳細(xì)步驟同塑料加工基本一樣。先將粉狀（ Al3+ Pb2+ Ca2+

9、 Mg2+ K+ Na+ H+ ()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)椋?SO42 NO3 Cl 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 ()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，在濃溶液中較小。 6、

10、離子交換樹脂的物理性質(zhì) 離子交換樹脂的顆粒尺寸和有關(guān)的物理性質(zhì)對(duì)它的工作和性能有很大影響。 ()樹脂顆粒尺寸 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(duì)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(huì)明顯增大流體通過的阻力，降低流量和生產(chǎn)能力。 樹脂顆粒大小的測定通常用濕篩法，將樹脂在充分吸水膨脹后進(jìn)行篩分，累計(jì)其在20、30、40、50目篩網(wǎng)上的留存量，以90%粒子可以通過其相對(duì)應(yīng)的篩孔直徑，稱為樹脂的“有效粒徑”。多數(shù)通用的樹脂產(chǎn)品的有

11、效粒徑在0.40.6mm之間。 樹脂顆粒是否均勻以均勻系數(shù)表示。它是在測定樹脂的“有效粒徑”坐標(biāo)圖上取累計(jì)留存量為40%粒子，相對(duì)應(yīng)的篩孔直徑與有效粒徑的比例。如一種樹脂(IR-120)的有效粒徑為0.40.6mm，它在20目篩、30目篩及40目篩上留存粒子分別為：18.3%、41.1%、及31.3%，則計(jì)算得均勻系數(shù)為2.0。 ()樹脂的密度 樹脂在干燥時(shí)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。例如，苯乙烯系凝膠型強(qiáng)酸陽

12、離子樹脂的真密度為1.26g/mL，視密度為0.85g/mL；而丙烯酸系凝膠型弱酸陽離子樹脂的真密度為1.19g/mL，視密度為0.75g/mL。 ()樹脂的溶解性 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(huì)在工作運(yùn)行時(shí)溶解出來。交聯(lián)度較低和含活性基團(tuán)多的樹脂，溶解傾向較大。 ()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。當(dāng)樹脂中的離子變換時(shí)，如陽離子樹脂由H+轉(zhuǎn)為Na+，陰樹脂由Cl轉(zhuǎn)為OH，都因離子直徑增大而發(fā)生膨脹，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(shí)，必須考慮樹脂的膨脹度，以適應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)

13、行時(shí)樹脂中的離子轉(zhuǎn)換發(fā)生的樹脂體積變化。 ()耐用性 樹脂顆粒使用時(shí)有轉(zhuǎn)移、磨擦、膨脹和收縮等變化，長期使用后會(huì)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。通常，交聯(lián)度低的樹脂較易碎裂，但樹脂的耐用性更主要地決定于交聯(lián)結(jié)構(gòu)的均勻程度及其強(qiáng)度。如大孔樹脂，具有較高的交聯(lián)度者，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能耐反復(fù)再生。 7、離子交換樹脂的品種 離子交換樹脂在國內(nèi)外都有很多制造廠家和很多品種。國內(nèi)制造廠有數(shù)十家，主要的有上海樹脂廠、南開大學(xué)化工廠、晨光化工研究院樹脂廠、南京樹脂廠等；國外較著名的如美國Rohm & Hass公司生產(chǎn)的Amberlite系列、Dow化學(xué)公司的Dowex系列、法國Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列，還有Ionac系列、Allassion系列等。樹脂的牌號(hào)多數(shù)由各制造廠或所在國自行規(guī)定。國外一些產(chǎn)品用字母C代表陽離子樹脂(C為cation的第一個(gè)字母)，A代表陰離子樹脂(A為Anion的第一個(gè)字母)，如Amberlite的IRC和IRA分別為陽樹脂和陰樹脂，亦分別代表陽樹脂和陰樹脂。我國化工部規(guī)定(HG2-884-76)，離子交換