离子交换树脂综合知识
离子交换树脂
(2) 交换容量: ❖ 交换容量是表示树脂交换能力大小的量,
常以每克干树脂能交换的离子毫克当量数表示。 ❖ 用途不同,对交换容量要求也不同。
如:用于软化水的树脂,交换容量则以高为好; 而用作催化剂的树脂,交换容量则不宜过高。
❖ 一般说:加大交联度提高了机械强度,同时降低 了交换容量,甚至可失去交换能力。
用于:硬水软化、脱盐水、纯 水制备、稀有元素分离、分离 和提取氨基酸制糖、制药可作 为催化剂和脱水剂
❖ 2、阴离子交换树脂
❖ 〈1〉 强碱性(聚苯乙烯系)
交换基:
季胺N+X
P+ X
叔胺 N R
R
❖ 〈2〉 弱碱性(聚苯乙烯系) 交换基:氨基—NH2
.主要性能指标:
D201大孔强碱性阴离子
出厂形式:氯型
RSO3 Na + HCl Na型
❖ 苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂
CH2 CH + CH2 CH
CH2 CH DVB
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH2 CH CH2 CH
SO3H CH2 CH
SO3H
H 2 SO4 HSO3 Cl
SO3
❖ 实例:
将1克过氧化二苯甲酰(BPO)在冷时溶解于80克苯乙烯, 20克对二乙烯苯(DVB)中,在搅拌下加至含有悬浮剂(用 聚乙烯醇等时的浓度为0.01-0.5%;用碳酸钙、硅酸镁等 无机悬浮剂时的浓度为0.1-2.0%)的500ml去离子水中, 使之分散为所要的粒度,这时一旦分散成小粒子再也不会 变大,因此搅拌时,要注意,将在80℃下搅拌加热5-10小 时,所得球状聚合物过滤,水洗后,在100-125℃下干燥。
离子交换树脂原理
离子交换树脂原理
一、离子交换树脂基础介绍
离子交换树脂的全名称山分类名称、骨架(或基因)名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种,凡具有物理孔结构的称大孔型树脂,在全名称前加
“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”,分类属碱性的,在名称前加
“阴”。如:大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类,它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂乂分为强酸性和弱酸性两类,阴离子树脂乂分为强碱性和弱碱性两类(或再分出中强酸和中强碱性类)。
离子交换树脂的命名方式:
离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成,笫一位数字代表产品的分类,第二位数字代表骨架的差异,第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。第一、第二位数字的意义,见表8-1。
表8-1树脂型号中的一、二位数字的意义
代号0 1 2 3 4 5 6
分类名称强酸性弱酸性强碱性弱碱性螫合性两性氧化还原性
骨架名称苯乙烯系丙烯酸系醋酸系环氧系乙烯毗唳系嫌醛系氯乙烯系大孔树脂在型号前加“D”,凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“X”号连接阿拉伯数字表示。如D0UX7,表示大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂,其交联度为7。
离子交换树脂在国内外都有很多制造厂家和很多品种。国内制造厂有数十家,主要的有上海树脂有限公司、南开化工厂、浙江争光实业股份有限公司、晨光化工研究院树脂厂、江苏色可赛思树脂有限公司等;国外较著名的如美国Rohm & Hass 公司生产的Amberlite系列、Success公司生产Ionresin系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列,还有Ionac 系列、Allassion系列等。树脂的牌号多数由各制造厂或所在国自行规定。国外一些产品用字母C代表阳离子树脂(C 为cation的第一个字母),A代表阴离子树脂(A 为Anion的第一个字母),如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂,亦分别代表阳树脂和阴树脂。我国化工部规定(HG2-884-76),离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。第一位数字代表产品的分类:0代表强酸性,1代表弱酸性,2代表强碱性,3代表弱碱性,4代表螯合性,5代表两性,6代表氧化还原。第二位数字代表不同的骨架结构:0代表苯乙烯系,1代表丙烯酸系,2代表酚醛系,3代表环氧系等。第三位数字为顺序号,用以区别基体、交联基等的差异。此外大孔型树脂在数字前加字母D。因此,D001是大孔强酸性苯乙烯系树脂。
离子交换树脂基础知识
树脂wenku.baidu.com交换
磺酸型强酸性阳树脂(R-SO3H)与含有低浓度NaCl的水溶液接触
SO3-对Na+的亲合力大于H+ 完全交换后的树脂为R-SO3Na 交换后的溶液呈酸性
树脂的再生
离子交换后的Na型树脂(R-SO3Na)与含有高浓度(如5%)的HCl溶接触
高浓度的H+将树脂上的Na+置换出来 完全置换后的树脂为R-SO3H
混床的树脂选择
混床树脂的水力分离
混床的树脂失效后,要先进行阴阳树脂分离,分别进行再生和清洗。 树脂的分离利用反洗水将树脂悬浮起来,维持一段时间,停止时因树脂 密度不同靠重力分层。
反洗开始时:流速逐步加大到10m/h左右 反洗时树脂层的膨胀率:50%~70% 反洗持续时间:10~15min
压缩空气搅拌混床树脂
树脂粒度
有效粒径d90
树脂的密度
阳树脂、阴树脂的密度
阳树脂的密度>阴树脂的密度 不同离子型的阳树脂密度排序:K+>Na+>Ca2+>NH4+>H+ 不同离子型的阴树脂密度排序:OH-<Cl-<CO32-<HCO3-<NO3-<SO42H+型阳树脂与SO42-型阴树脂的密度差别不大
树脂的交换容量
在树脂再生和清洗完成后,在投入使用前利用压缩空气将分层的树 脂重新混合均匀。
离子交换树脂结构
离子交换树脂结构
一、介绍离子交换树脂
离子交换树脂是一种能够通过吸附或释放离子的高分子材料。它们通常被用于水处理、食品加工、制药和化学工艺中,以去除杂质或提取纯化物质。离子交换树脂具有高效的分离和净化能力,因此在许多领域都有广泛的应用。
二、离子交换树脂结构
1. 基本结构
离子交换树脂通常由两个部分组成:基质和功能基团。基质是一个高分子骨架,可以是有机或无机材料。功能基团则是与基质共价键结合的活性官能团,它们决定了该树脂对哪种离子具有选择性。
2. 功能基团
常见的功能基团包括磺酸、羧酸、胺等。这些官能团可以吸附或释放带电粒子,如阳离子或阴离子。
3. 离解度
离解度指的是一个离子交换树脂中活性官能团的数量与总官能团数目之比。离解度越高,交换树脂的交换能力就越强。
4. 孔径大小
孔径大小是指离子交换树脂中孔隙的大小。这对于树脂的选择性和交换速率都有影响。大孔径树脂可以更快地进行离子交换,但选择性较低;小孔径树脂则具有更高的选择性,但交换速率较慢。
5. 粒径
粒径是指离子交换树脂颗粒的大小。较小的颗粒可以提高树脂与溶液之间的接触面积,从而增加交换速率和效率。
三、离子交换树脂分类
1. 按基质材料分类
离子交换树脂可以分为有机和无机两种类型。有机基质通常由合成聚合物制成,如聚苯乙烯或丙烯酸酯等;无机基质则通常由硅胶或陶瓷等材料制成。
2. 按功能基团分类
离子交换树脂可以按其功能基团进行分类,如强酸型、弱酸型、强碱型和弱碱型等。其中,强酸型树脂具有对阴离子的高选择性,而强碱型树脂则具有对阳离子的高选择性。
3. 按交换能力分类
离子交换树脂结构及交换原理
一.氢型与钠型阳离子交换树脂是什么?
氢型阳离子交换树脂(有时简称氢型树脂)是一种人造有机聚合物产品。最常用的原料是:苯乙烯或丙烯酸(酯),先经过聚合反应生成具有三度空间立体网状结构的聚合物骨架(树脂母体),再于骨架上导入不同的「化学活性基」而成。由于它的活性基,如磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)等,都含有活性氢离子,可在水中解离出来,用于与其它阳离子进行交换,所以特别在阳离子树脂名称之前再冠上“氢型”两字,以与同一系统的“钠型”种类有所区别。不过“钠型”可以利用强酸处理成为“氢型”,“氢型”也可以用氢氧化钠或食盐水溶液处理成为“钠型”,即二者可以互相转换。氢型阳离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。和其它离子交换树脂一般,常被制成颗粒状,外观看起来有些像鱼卵,粒径大约在0.3-1.2 mm之间,但大部分在0.4-0.6 mm范围内。化学性质相当稳定,摸起来硬而有弹性,机械强度也足够承受相当压力,颜色由白色至近乎黑色都有,颜色浅时呈透明状,深时呈半透明状,都有光鲜亮丽的树脂光泽。氢型阳离子交换树脂最常应用的地方,就是硬水的软化,即让硬水流过树脂层,把硬水中的硬度离子,如钙、镁等离子吸收在树脂中,就变成不带硬度离子的软水了,这也是阳离子交换树脂最初被制造的主要目的,但它在工业上应用没有「钠型」来的多,因为在软化过程中,它会直接释出氢离子,使水质呈酸性,可能会因此腐蚀相关金属设备。依需要的不同,它也可以应用到水质预处理工艺中,用作软化水质及降低pH值之用。
二离子交换树脂的结构
离子交换树脂的内部结构,如2.1所示。由三部分组成,分别是:
离子交换树脂基础知识
离子交换树脂的基础知识
一、离子交换树脂发展简史
离子交换剂是一类能发生离子交换的物质,分为无机离子交换剂和有机离子交换剂。有机离子交换剂又称离子交换树脂。无机离子交换剂(如沸石)早在一百多年前就已发现并应用,人类就已经会利用沙砾净水。而有机离子交换树脂是在1933年由英国人亚当斯(Hdams)和霍姆斯(Holms)首先用人工方法制造酚醛类型的阳、阴离子交换树脂。
在第二次世界大战期间,德国首先进行工业规模的生产。战后英、美、苏、日等国的发展很快。1945年美国人迪阿莱里坞(D’Alelio)发表了关于聚苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂及聚丙烯酸型弱酸性阳离子交换树脂的制备方法。后来聚苯乙烯阴离子交换树脂、氧化还原树脂以及螯合树脂等也相继出现,在应用技术及其范围上也日益广大。到了上世纪五十年代后期,各种大孔型的树脂又相继发展起来,在生产及科学研究中,离子交换树脂起着越来越重要的作用。
解放前,我国的离子交换树脂的科研和生产完全空白,解放后,从五十年代初期开始,我国在北京、上海和天津的一些科研单位和高等学校分别开始了离子交换树脂的研究。1953年酚醛磺化树脂产生,1958年凝胶型苯乙烯树脂投入生产,1959年南开大学何炳林用苯乙烯做致孔剂合成孔径大、强度高和交换速度快的大孔型交联聚苯乙烯离子交换树脂。60年代我国生产了大孔型苯乙烯系、丙烯酸系离子交换树脂。到70年代中、后期又合成了多种吸附树脂、碳化树脂,并已先后投入生产。
经过50年的努力,我国的离子交换树脂的生产和工业应用得到了飞速
的发展,生产的品种已超过六十种,产品的种类和产量日益增多,质量不断提高,并广泛应用于工农业生产、国防建设、医药卫生、交通运输及科学研究等部门,在我国的建设中起着越来越重要的作用。
离子交换树脂原理及使用方法
离子交换树脂原理及使用方法
离子交换树脂是一种重要的固相吸附材料,广泛应用于水处理、制药、食品工业等领域。它的工作原理是通过静电作用,将溶液中的离子与树脂上的离子交换,从而实现对溶液中特定离子的去除或富集。
离子交换树脂的基本结构是一种聚合物,它的分子链上带有一些功能性基团,这些基团能够与离子发生化学反应。树脂的功能性基团可以是阴离子基团,如氨基、羟基等,也可以是阳离子基团,如胺基、硫酸基等。树脂的选择要根据需要去除或富集的离子种类来确定。
离子交换树脂的使用方法一般分为两步,即吸附和洗脱。首先,将树脂装填在柱子或者固定在其他介质上,形成一个固定床。然后,将需要处理的溶液通过固定床,溶液中的离子会与树脂上的离子发生交换作用,被吸附在树脂上。这样,溶液中的目标离子就被去除或者富集到树脂上了。
吸附完毕后,需要对树脂进行洗脱,将吸附在树脂上的离子从树脂上解吸下来。常用的洗脱方法有酸洗和盐洗。酸洗是指用酸性溶液对树脂进行洗脱,通过与树脂上的离子发生反应,将其解离下来。盐洗是指用盐溶液对树脂进行洗脱,通过与树脂上的离子发生交换,将其替换下来。洗脱后的溶液中就含有高浓度的目标离子,可以进
一步利用。
离子交换树脂的选择和运用需要根据具体的应用需求来确定。不同的树脂具有不同的特性,对不同的离子有不同的选择性。在选择树脂时,需要考虑离子的浓度、溶液的pH值、温度等因素。同时,还需要根据溶液的体积和流速等参数来确定树脂的装填方式和床层高度,以确保充分的吸附和洗脱效果。
离子交换树脂的使用在水处理中有着广泛的应用。例如,可利用阴离子交换树脂去除水中的硝酸盐、磷酸盐等无机离子,或者利用阳离子交换树脂去除水中的重金属离子。在制药和食品工业中,离子交换树脂也常用于纯化和富集目标物质。此外,离子交换树脂还可以应用于环境保护、化学分析等领域。
离子交换树脂及原理
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化学性能
热稳定性 表示受热作用下树脂保持理化性能不变的能力。 强碱性树脂:强碱基团受热分解,降低交换容量。 弱碱性树脂:弱碱基团受热发生脱落现象,稳定性较强碱性高。 强酸性树脂:最高使用温度为100-120℃,再高则发生脱落现象。 弱酸性树脂:稳定性更高一些,达200℃,且短时间内容量损失小。 热稳定性大小顺序为: 弱酸性>强酸性>弱碱性>Ⅰ型强碱性>Ⅱ型强碱性
弱酸性阳离子交换树脂:
H+ > Fe2+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+
强碱性阴离子交换树脂:
SO42->NO3->Cl->OH->F->HCO3->HSiO3弱酸性阴离子交换树脂:
OH-> SO42->NO3->Cl->HCO3->HSiO3-
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化学性能
交换容量 单位质量或单位体积的树脂所能交换离子的摩尔数。表示离子交换树脂的交
物理性能
外观(颜色、形状)、粒度、密度、
含水率、转型膨胀率、耐磨性
化学性能
酸碱性、选择性、交换容量、热稳定性
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7
物理性能
外观
颜色:组成不同,颜色各异,苯乙烯呈黄色。交联多 的、杂质多的颜色深些。
形状:球形,圆球率达90%以上,则水流阻力小。容 量大。
粒度
离子交换树脂基本知识
一、离子交换树脂
1.离子交换树脂发展史
2.离子交换树脂的组成
3.离子交换树脂的分类
4.离子交换树脂的名称及命名方法
5.离子交换树脂的实际应用
6.各种类型离子交换树脂常用再生剂及其用量7.离子交换树脂性能降解原因
8.离子交换树脂使用前为什么要进行预处理9.离子交换树脂如何进行预处理
10.离子交换树脂贮存、运输应注意什么11.离子交换树脂运转中的暂停注意事项12.离子交换树脂在使用中的注意事项13.树脂的污染、中毒与活化
14.判别离子交换树脂铁污染的程度15.判别有机物污染的程度
二、催化剂使用注意事项或中毒(失活)原因分析
原因之一:“阳离子”中毒
原因之二:可水解的腈类和酰类物质中毒
原因之三:催化剂孔道堵塞,使催化剂失活。
原因之四:催化基因脱落,使催化剂失活。
一、离子交换树脂
1.离子交换树脂发展史
离子交换剂是一类能发生离子交换的物质,分为无机离子交换剂(如沸石)和有机离子交换剂。有机离子交换剂又称离子交换树脂。
在第二次世界大战中,美国获得了化学与物理性能较缩聚型离子交换树脂稳定而且经济的苯乙烯系和丙烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创了当今离子交换树脂制造方法的基础。
我国在1950年以后开始离子交换树脂的研究,1958年,离子交换树脂在国内正式投入工业化生产。目前,我国离子交换树脂生产的品种已超过60种,质量不断提高,在我国的经济建设中起着重要的作用。返回<<
2.离子交换树脂的组成
离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物,其结构由三部分组成:不溶性的三维空间网状骨架,连接在骨架上的功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。返回<<
离子交换树脂综合知识
离子交换树脂综合知识
1
树脂的储存和运输
1、离子交换树脂在长期储存中,或需在停用设备内长期存放,强型树脂(强酸性和强碱性树脂)应转为盐型,弱型树脂(弱酸性和弱碱性树脂)可转为相应的氢型或游离胺型,也可转变为盐型,以保持树脂性能的稳定。然后浸泡在洁净的水中。停用设备若须将水排去,则应密封,以防树脂中水份散失。
2、离子交换树脂内含有一定的平衡水份,在储存和运输中应保持湿润,防止脱水。树脂应储存在室内或加遮盖,环境温度以5°C-40°C为宜。袋装树脂应避免直接日晒,远离锅炉、取暖器等加热装置,避免脱水。
若发现树脂已有脱水现象,切勿将树脂直接放于水中,以免干树脂遇水急剧溶胀而破碎。应根据其脱水程度,用10%左右的食盐水慢慢加入到树脂中,浸泡数小时后用洁净水逐步稀释。
3、当环境温度在0°C或以下时,为防止树脂因内部水份结冰而崩裂,应做好保温措施,或根据气温条件,将树脂存于相应浓度的食盐水中,防止冰冻。若发现树脂已被冻,则应让其缓慢自然解冻,切不可用机械力施于树脂。
食盐溶液浓度与冰点的关系如下表:
4、长期停用而放置在交换器内的树脂,为防止微生物(如藻类、细菌等)对树脂的不可逆污染,树脂在停用前须彻底反洗,以除去运行时积聚的悬浮物质,并注意定期冲洗和换水。或彻底反洗后采用以下措施:
阴树脂:用3倍树脂体积的10%NaCl+2%NaOH混合液分两次通过树脂层,每次静止浸泡数小时,然后将其排去。如有必要,在重新启动前用2倍树脂体积的0.2%过氧化氢(H2O2)溶液淋洗树脂层。
阳树脂:在阳离子交换器及管系内可充入0.5%的甲醛溶液,并在停用期间保持此浓度。也可用食盐水浸泡。在设备重新启动前用0.2%过氧化氢或0.5%甲醛溶液淋洗。
离子交换树脂及原理ppt课件
树脂的命名 (GB1631-1979)
代号 0 1 2
3 4 5 6
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性
弱碱性 螯合性 两性 氧化还原性
代号 0 1 2
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系
3
环氧系
4 乙烯吡啶系
5
脲醛系
6 氯乙烯系
二、离子交换树脂的性能
物理性能 外观(颜色、形状)、粒度、密度、 含水率、转型膨胀率、耐磨性
范围1.5-9.0nm (平均2-4nm)
对有机物的吸附能力
吸附能力低, 易被污染和老化
比表面积(mL/g)(干燥态) <0.1
细孔容积(mL/g)(干燥态) 0
外观
透明球状颗粒
加工工艺
苯乙烯+二乙烯苯
大孔型离子交换数值
范围10-500nm (平均20-100nm) 吸附能力高
0.1-0.4 <0.2 半透明至不透明球状颗粒 苯乙烯+二乙烯苯+致孔剂
有关。 反映离子交换树脂的交联度和网眼中的孔隙率。含水率愈大,孔
隙率愈大,其交联度愈小。 可了解树脂性能的变化。冬季应注意防冻。 一般在40-60%。
物理性能
转型膨胀率 离子交换树脂从一种单一离子型转为另一种单一离子型时体积的
变化的百分率. 树脂在交换和再生时,体积均会发生变化。 经长时间不断地胀缩,树脂会发生老化现象,从而影响树脂的使
离子交换树脂的种类和性能
离子交换树脂的种类和性能
1.阴离子交换树脂:
阴离子交换树脂能吸附溶液中的阴离子。常用的阴离子交换树脂有三种类型:强酸型、强碱型和弱碱型。
-强酸型树脂,如固体硫酸和聚苯乙烯磺酸型树脂,能够在酸性条件下吸附和释放阴离子,具有较高的吸附容量和离子选择性。
-强碱型树脂,如四乙基溴化铵凝胶型树脂和胺基聚合物树脂,能够在碱性条件下吸附和释放阴离子,具有较高的吸附容量和离子选择性。
-弱碱型树脂,如丙烯酸型树脂和聚乙烯亚胺树脂,对酸性和碱性条件下的阴离子都有吸附能力,但相对选择性较弱。
2.阳离子交换树脂:
阳离子交换树脂能吸附溶液中的阳离子。常用的阳离子交换树脂有两种类型:强酸型和强碱型。
-强酸型树脂,如聚苯乙烯磺酸型树脂和马来酸酯型树脂,能够在酸性条件下吸附和释放阳离子,具有较高的吸附容量和离子选择性。
-强碱型树脂,如四乙基溴化铵凝胶型树脂和胺基聚合物树脂,能够在碱性条件下吸附和释放阳离子,具有较高的吸附容量和离子选择性。
- 吸附容量:树脂能够吸附的离子量,一般以等效氢离子交换量(eq/L)来表示。吸附容量越大,说明树脂能够处理的溶液浓度越高。
-选择性:树脂在吸附离子时的选择性,即特定离子与树脂的相对亲和力。选择性越高,树脂对特定离子的吸附能力越强。
-交换速度:树脂对离子的吸附和释放速度,一般与树脂的孔径和内部扩散有关。交换速度越快,树脂的处理效率越高。
-耐热性:树脂在高温条件下的稳定性。一些特殊用途的树脂需要能够耐受较高温度的操作和再生条件。
-耐化学性:树脂对酸碱溶液和有机溶剂等的稳定性。树脂需能够在不同的化学环境中稳定工作,而不受化学物质的破坏。
第三章 离子交换树脂及离子交换基本原理
3.5树脂的污染与复苏
在化学水处理系统中,由于多种原因,阴、阳离子 交换树脂都存在着被污染的问题,尤其是钙、铁、有 机物的污染。污染后的树脂性能下降、工作交换容 量降低、离子泄露量增加,影响出水质量。
由于树脂的结构未遭到破坏,可以通过适当的处 理,恢复其交换性能.同时应对树脂在使用过程中易 出现污染的情况进行分析,采取合理的措施。
只能在中性或酸性条件下工作。
3.1 离子交换基本原理
离子交换树脂的基本性能 (1)外观
不透明或透明、半透明的球状颗粒。 颜色:乳白、淡黄、棕褐色等。
(2)粒度 树脂的粒度关系到离子交换速度、树脂床中液流分布均 匀性和液流压强降,以及反洗时树脂流失等 。通常树 脂床使用的树脂,其颗粒粒径约0.3~1.2mm。特殊用途 的细磨树脂,其半径可小至0.04mm
3.2 离子交换基本原理
离子交换平衡
离子交换为可逆反应。一价对一价的离子交换反应通式为:
R-A++B+
离子交换树脂知识详解
1、离子交换树脂的基本类型
(1) 强酸性阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团,如磺酸基-SO3H,容易在溶液中离解出H+,故呈强酸性。树脂离解后,本体所含的负电基团,如SO3-,能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强,在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。
树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成。
(2) 弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团,如羧基-COOH,能在水中离解出H+而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团,如R-COO-(R为碳氢基团),能与溶液中的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱,在低pH下难以离解和进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5~14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
(3)强碱性阴离子树脂
这类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH(R 为碳氢基团),能在水中离解出OH-而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。这种树
脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。
(4) 弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2,它们在水中能离解出OH-而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH 1~9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
离子交换树脂原理介绍及优缺点分析
离子交换树脂原理介绍及优缺点分析
1、离子交换树脂工艺原理
离子交换树脂的原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程:离子交换树脂作用环境中的水溶液中,含有的金属阳离子(Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基(—SO
3
H)、羧基(—COOH)或苯酚基(—
C 6H
4
OH)等酸性基团,在水中易生成H+离子)上的H+ 进行离子交换,使得溶液中
的阳离子被转移到树脂上,而树脂上的H+交换到水中,(即为阳离子交换树脂原理)
离子交换树脂对水中离子的吸附具有很强的选择性,通常用于水处理的离子交换树脂主要用于水中Ca2+的去除。如需去除重金属则需选择相应的专用树脂,如除砷则需使用除砷树脂,除铬则需使用除铬树脂。目前市场上除砷、除六价铬的专用树脂价格高。
2、树脂再生
当离子交换树脂吸附饱和后需对吸附饱和的离子交换树脂进行脱附处理,该过程即为树脂再生过程。其具体步骤可分为:药液浸泡、正洗、反洗。药液的使用需要根据树脂的类型进行相应的选择。一般而言,酸性树脂选择HCl、H2SO4溶液,碱性树脂选择NaOH溶液。
3、树脂工艺优缺点
优点:相对于反渗透树脂,无需进行额外增压,吨水运行成本较低;
缺点:
1、选择性强针对不同的重金属需要选择相应的树脂,且专用树脂价格高,投资大;
2、树脂更换周期较短,正常情况下每3年更换一次,维护成本高;
3、用于处理重金属的树脂,在到达使用年限后属于危废,后续处置费用高;
4、树脂的再生废液为强酸/强碱性溶液,需要进一步处理;
5、对运营维护团队的专业要求高。
离子交换树脂的结构、原理及再生介绍
离子交换树脂的结构、原理及再生介绍
一、离子交换树脂的结构
离子交换树脂的内部结构,如下图所示。由三部分组成,分别是:
1、高分子骨。由交联的高分子聚合物组成;
2、离子交换基团。它连在高分子骨架上,带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团;
3、孔。它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。
在交联结构的高分子基体(骨架)上,以化学键结合着许多交换基团。这些交换基团也是由两部分组成:固定部分和活动部分。
交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上,不能自由移动,所以称为固定离子;交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子,称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子,在一定条件下,它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。
二、离子交换的基本原理
1、离子交换的选择性定义:
离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一,有些离子易被交换树脂吸附,但吸着后要置换下来就比较困难;而另一些离子很难被吸着,但被置换下来却比较容易,这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。
离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说,离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子,则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中,原子序数较大的离子其水合半径较小,阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说,它对一些离子的选择性顺序为:Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应,但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的,而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。
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离子交换树脂综合知识
【电厂化学】2007-07-31 09:07:41 阅读1184 评论0 字号:大中小订阅
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树脂的储存和运输
1、离子交换树脂在长期储存中,或需在停用设备内长期存放,强型树脂(强酸性和强碱性树脂)应转为盐型,弱型树脂(弱酸性和弱碱性树脂)可转为相应的氢型或游离胺型,也可转变为盐型,以保持树脂性能的稳定。然后浸泡在洁净的水中。停用设备若须将水排去,则应密封,以防树脂中水份散失。
2、离子交换树脂内含有一定的平衡水份,在储存和运输中应保持湿润,防止脱水。树脂应储存在室内或加遮盖,环境温度以5°C-40°C为宜。袋装树脂应避免直接日晒,远离锅炉、取暖器等加热装置,避免脱水。
若发现树脂已有脱水现象,切勿将树脂直接放于水中,以免干树脂遇水急剧溶胀而破碎。应根据其脱水程度,用10%左右的食盐水慢慢加入到树脂中,浸泡数小时后用洁净水逐步稀释。
3、当环境温度在0°C或以下时,为防止树脂因内部水份结冰而崩裂,应做好保温措施,或根据气温条件,将树脂存于相应浓度的食盐水中,防止冰冻。若发现树脂已被冻,则应让其缓慢自然解冻,切不可用机械力施于树脂。
食盐溶液浓度与冰点的关系如下表:
4、长期停用而放置在交换器内的树脂,为防止微生物(如藻类、细菌等)对树脂的不可逆污染,树脂在停用前须彻底反洗,以除去运行时积聚的悬浮物质,并注意定期冲洗和换水。或彻底反洗后采用以下措施:
阴树脂:用3倍树脂体积的10%NaCl+2%NaOH混合液分两次通过树脂层,每次静止浸泡数小时,然后将其排去。如有必要,在重新启动前用2倍树脂体积的0.2%过氧化氢(H2O2)溶液淋洗树脂层。
阳树脂:在阳离子交换器及管系内可充入0.5%的甲醛溶液,并在停用期间保持此浓度。也可用食盐水浸泡。在设备重新启动前用0.2%过氧化氢或0.5%甲醛溶液淋洗。
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树脂的预处理
在离子交换树脂的工业产品中,常含有少量的有机低聚物及一些无机杂质。在使用初期会逐渐溶解释放,影响出水水质或产品质量。因此,新树脂在使用前必须进行预处理,具体方法如下:
1、树脂装入交换器后,用洁净水反洗树脂层,展开率为50-70%,直至出水清晰、无气味、无细碎树脂为止。
2、用约2倍树脂体积的4-5%HCl溶液,以2m/h的流速通过树脂层。全部通入后,浸泡4-8小时,
排去酸液,用洁净水冲洗至出水呈中性,冲洗流速为10-20m/h。
3、用约2倍树脂体积的2-5%NaOH溶液,按上面进HCl溶液的方法通入和浸泡。排去碱液,用洁净水冲洗至出水呈中性,冲洗流速同上。
酸、碱溶液若能重复进行2-3次,则效果更佳。
经预处理后的树脂,在第一次投入运行时应适当增加再生剂用量,以保证树脂获得充分的再生。
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有机物的污染及处理
一、强碱阴树脂遭受有机物污染的特征:
1、树脂被污染后,颜色变深,从淡黄色变为深棕色,直至黑色。
2、树脂的工作交换容量降低,阴床的周期制水量明显下降。
3、有机酸漏入出水中,使出水的电导率增大。
4、出水的pH值降低。正常运行情况下,阴床出水的pH值一般在7-8范围内(因有NaOH漏过),树脂遭受污染后,因有机酸的漏过,可使出水的pH值降至5.4-5.7。
5、SiO2含量增大。水中所含有机酸(富维酸和腐殖酸)的解离常数大于H2SiO3,因此,附着在树脂上的有机物可以抑制树脂对H2SiO3的交换或排代出已吸着的H2SiO3,造成阴床SiO2过早漏过。
6、清洗水用量增加。因为吸着在树脂上的有机物含有大量的-COOH基团,树脂再生时变为-COONa,在清洗过程中,这些Na+不断被阴床进水中的矿物酸排代出来,增加了清洗阴床的时间和用水量。
二、有机物污染对强碱阴树脂的影响
1、强碱阴树脂对有机物的吸着力。天然水中的有机物(以富维酸和腐殖酸为代表)经过H+交换及除碳后,因pH值的降低,有机物几乎全部以分子状态存在于阴床进水中。因为腐殖酸分子量大,疏水性强,与强碱阴树脂的苯乙烯-二乙烯苯聚合的骨架具有较强的吸附能力-范德华力,同时,这些大分子的有机酸都含有多个羧酸基团,与OH型强碱阴树脂的季胺基官能团也具有较强的化学亲和力,因此使有机酸被强碱树脂牢固地吸着于颗粒表面。
强碱阴树脂的骨架改为亲水性的丙烯酸与二乙烯苯的聚合物,减少了骨架对有机酸吸附的范德华力,会使有机酸的吸着率略有降低。
如将OH型强碱阴树脂改为Cl型,则因改变了有机酸与强碱阴树脂的OH之间的酸碱中和反应,使化学亲和力下降,树脂对有机物的吸着率也会降低。这种基团型态对有机物吸着的影响大于骨架材质的影响。
2、有机物的再生洗脱。新的凝胶型强碱阴树脂的对有机物的吸着率很高(95%),洗脱率却很低(15%)。随着运行周期的增加,吸着率基本不变,洗脱率虽从15%上升到60%以上。但是,到树脂工作交换容量开始降低时,洗脱率也只有60%,这说明有机物仍不断地在树脂上积聚,它会进一步降低树脂的工作交换容量,并使出水质量恶化。
3、有机物特性的影响。分子量比较大的腐殖酸,一方面由于分子量大,亲水性较差,另一方面因为所含的-COOH较少,所以它们主要是以范德华力吸附于树脂的骨架上,难于洗脱。富维酸则因分子量小,含有的-COOH多,所以多以化学亲和力与树脂的多个交换基团相结合,再生过程中较容易被洗脱。
对天然水中的有机物根据其在水中的溶解度,可以分为悬浮的、胶体的和溶解的三种。对于以物理吸附作用附着于树脂表面的悬浮有机物,可以使用加强过滤或对污染的树脂进行空气擦洗、超声波清洗等方法去除。胶体的有机物一般是带有负电荷的,它们的粒径在0.2-1.0nm之间,对树脂的污染既是物理性的,又是化学性的,可通过混凝澄清或超过滤的方法去除。溶解性的有机物是污染强
碱阴树脂的主要成分,它们以范德华力和化学亲和力吸着于强碱阴树脂,洗脱率低,最终影响树脂的工作交换容量和出水质量。
4、对树脂工作交换容量的影响。由于强碱阴树脂上有机物的不断积聚,一方面部分交换基团被占据,再生时不能洗脱,减少了树脂的交换容量;另一方面这些有机物会在运行中不断溶解,并因有机酸的酸性比H2SiO3强,而抵制强碱阴树脂对H2SiO3的吸收,造成H2SiO3过早地在出水中漏过。因为阴床的失效终点是用SiO2的漏过量确定的,所以H2SiO3过早的漏过必然会使树脂的工作交换容量降低。后者只降低树脂的工作交换容量,而全交换容量不变。
5、对出水质量的影响。被有机物污染的强碱阴树脂,因为附着有许多大分子的有机酸,它们所含的部分被水中的矿质酸所排代,这就造成出水电导率的升高。这一作用,一方面增加了清洗水的用量和清洗时间,另一方面有机酸溶入出水中也会造成出水质量的降低。
树脂上附着的有机酸,也会逐渐溶于出水中,使出水的pH值降低,SiO2含量增大。
三、防止强碱树脂遭受有机物污染的方法
1、添加氧化剂。添加氧化剂是除去天然水中有机物的常用方法,它能起到较好的杀菌和灭藻的作用。常用的氧化剂有氯气和臭氧。游离氯在水中分解为次氯酸,能降低天然水中80%左右的COD,但是过量的氧化剂会对凝胶型苯乙烯系强碱树脂造成损害。在采用添加氧化剂方法去除COD时,必须去除残余的氧化剂,常用的方法为活性炭过滤。
2、混凝-澄清过滤。当天然水中有悬浮的和胶体的有机物时,使用混凝澄清和过滤的方法去除是很有效的。使用混凝澄清的方法还可去除粒径在2-10mm的杂质,对粒径为0.2-1mm的腐殖物,大约可以去除60-80%。
3、活性炭过滤。活性炭可以用于吸附多种物质,包括无机、有机的胶体和溶解的高分子有机物等,同时,还可以除去水中的游离氯和氯胺等。
4、有机物清除器。包括Cl型有机物清除器和OH型有机物清除器。
5、选择抗污染的树脂。包括选用大孔型树脂、均孔树脂、大孔型弱碱阴树脂以及丙烯酸系强碱树脂。
6、丙烯酸系强碱树脂的特点有:
(1)交换容量高,交换速度快;
(2)物理稳定性好,使用寿命长;
(3)能有效地去除天然水中的有机物,并在再生过程中能很好地洗脱。
丙烯酸系强碱树脂除了含有强碱基团外,尚含有一定量的弱碱叔胺基团,所以具有较高的交换容量,一般可达800-1100mol/m3R。当进水中弱酸阴离子/总阴离子的比值大于20%时,其工作交换容量有一定的下降,这是由于该树脂含有一定的弱碱基团的结果。当水中的游离矿质酸(简称FMA)含量超过90%时,使用丙烯酸系强碱树脂可以相当于弱、强型树脂联合应用工艺的串联系统或双室浮床的效果;FMA含量为80-90%时,可相当于双层床的效果;FMA含量在67-80%以下时,可降低再生剂用量,以保持经济的比耗。
丙烯酸系强碱树脂具有弹性和多孔结构,从Cl型变为OH型时,其体积膨胀率只在7%左右,明显地小于苯乙烯系同等交联度的强碱树脂和弱碱树脂。在工业设备中运行两年(共580个周期),没有发现树脂颗粒的破碎现象。
由于丙烯酸系强碱树脂的骨架与官能团是由酰胺键连接的,因此降低了这种的树脂的热稳定性,其使用温度为30°C,最高不超过35°C。
丙烯酸系强碱树脂对有机物具有良好的吸附和解析能力,不易被有机物所污染。
四、强碱阴树脂的复苏
1、复苏液的选择。对强碱树脂吸着的,不能用正常再生方法交换出来的杂质,定期地进行一些有针对性的处理,以提高树脂交换性能的方法,称为树脂的复苏。复苏的方法要根据污染树脂的杂质性质进行选择,如铁的污染可用HCl清洗,吸着的有机物可用碱性氯化钠溶液洗去等。