离子交换树脂综合知识

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。