压水反应堆水处理系统
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浓硫酸作用下完成的
? 强碱性阴离子交换树脂 向白球上引进 季铵基团则要先经氯甲基化 , 然后再 用叔胺(R 3N)处理
离子交换树脂的主要物理性能
外形和颗度
离子交换树脂是一种半透明的网状球形物质 , 颜 色有白、黄、黑和赤褐色数种 . 树脂的颜色与性能 关系不大. 在使用过程中 , 随着树脂渐趋饱和 , 颜色 往往逐渐加深 .
离子交换树脂的选择性
? 离子电荷
在低浓度水溶液中 , 交换离子的电荷越大 , 越易被
树脂吸附, 对阳离子有下列顺序 :
Th 4+＞A13+＞Ca 2+＞Na+
对阴离子则有：
PO
43-＞SO
24
＞NO
3
但在高浓度水溶液中 , 选择性差别缩小 , 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势” , 这就是树脂 的再生原理 .
树脂的机械强度与交联度有关 , 交联度越大, 机械 强度越好. 在实际操作条件下树脂会磨损破碎 , 年损 耗率一般为3-7%. 为防止破碎树脂颗粒流出 , 在净化 树脂床后, 设有高效率过滤器 .
wenku.baidu.com
离子交换机理
若将含有M±离子的溶液在一定的温度下 , 以一 定的速度通过结构为 R-A ±型树脂床, 并测量进、 出口溶液浓度的变化 , M±离子能被相当彻底地去 除,以后树脂逐渐饱和 , 交换能力下降 , 直至完全失 效.这一离子交换过程表示为 : RA? ? M ? ? RM ? ? A?
树脂颗粒大小 对树脂的交换能力、净化效率、 水流通过树脂层的压力降 以及水流分布的均匀程度 都有一定影响。树脂颗粒越小，离子在其内的扩散 路程越短，交换过程就越迅速、越充分。但 颗粒过 小将引起树脂床压降剧增，逆洗时容易流失。
常用树脂的粒度在 16-50目之间，相应的颗粒直 径为0.3-1.2 毫米.
强酸性阳离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺
序为:
H?
?
Li?
?
Na ?
?
NH
? 4
?
K?
强碱性阴离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺 序为: OH ? ? HCO3? ? CO32? ? SO42? ? Cl ? ? NO3?
热稳定性和机械强度
温度对树脂机械强度和交换容量有很大影响 , 温 度过高易使交换基团分解 , 温度过低树脂的强度降 低.当水温达到零度时 , 其内部水分的冻结能将树脂 胀裂, 因此不可将树脂存放在冰点温度以下 .
对pH 值变化不敏感。 在反应堆运行中 , 冷却剂中硼 酸的浓度变化很大 , pH 值随之变化. 强酸(碱)性树脂 在很宽pH 值范围内都具有良好的离子交换作用 .
稳定性好, 耐热性能、耐辐照性能都较强 , 机械强度 高, 树脂的磨损率低 .
溶胀性和含水率
树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结构 的空隙中，这时交换基团发生离解，形成水合离子， 使树脂交联网孔增大，树脂体积也因此增大，这种 现象称为树脂的溶胀 .
溶胀率: 溶胀前、后树脂的体积比，即树脂层体积 变化的百分比。
树脂溶胀性和含水率均与交联度有关， 交联度越大 , 溶胀性越小， 含水率也越低。 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关， 交换基团的电离度越大，或交换离子的水合度以及 水合离子的半径越大， 树脂的溶胀率也越高。
离子交换的净化效率和去污因子 净化效率定义： 流经树脂床后溶液中杂质被去除 的份额, 常用百分数表示 .
C1和C2分别为树脂床进出口溶液中核素浓度 , 或进 出口料液的比放放射性 .
去污因子定义： 树脂床进出料液中特定核素的浓 度或放射性强度之比 .
2 核级离子交换树脂性能
核工业应用的离子交换树脂在性能上的要求 : 出水水质纯度高 。无论从补给水的纯度 , 还是从废 水处理的放射性物质去除的程度考虑 , 都必须优于商 用树脂. 通常采用核级强酸和强碱性树脂 , 它们具备 交换速度快、交换能力强、对选择性低的离子，如 硅酸根, 铯离子等也有较好的去除效果 .
I ? ? Br ? ? Cl ? ? F ?
但随着温度或浓度增高 , 同价离子交换“势”的差 别逐渐缩小, 甚至出现反常 . 因此, 分离溶液浓度不 宜太高, 但树脂再生溶液浓度却应稍高些 .
离子交换树脂的交换容量与净化效率
离子交换树脂的交换容量： 单位体积或重量树脂 能够交换的离子数量 . 在树脂网状结构中， 交换基 团的密度越高 , 交换容量就越大 .
总交换容量 指树脂完全失效、全部交换基团都起作用时的交 换能力. 可用单位体积或重量的离子交换剂中交换 基团的总数表示 ,单位一般为毫克当量 /毫升湿树脂 .
工作交换容量 又称穿透容量, 在动态条件下单位体积或重量树脂 中能够参加交换反应的基团数 , 单位也为毫克当量 /毫升湿树脂 .
工作交换容量除了与交换过程的物理化学条件有 关外, 还取决于出水的水质要求 . 出水水质越高 , 工 作交换容量越低 . 工作交换容量与总交换容量之比称为 离子交换树 脂的利用率 .
向聚合体骨架上引进各种交换基团 , 可以得到不同 性能的离子交换树脂 , 根据交换基团的酸碱性强弱 , 这 些树脂分别称为强酸 (碱)性树脂或弱酸 (碱)性树脂. 其 中强酸和强碱性树脂已在核工业中广泛应用 .
离子交换基团的引入
? 强酸性阳离子交换树脂 白球的磺化反应是在加热条件下 , 在二氯乙烷和
? 离子半径与水合作用 低浓度水溶液中 , 相同电荷的离子 , 水合半径越小 , 或离子的水合能越小 , 就越容易被交换吸附 . 原子 序数越大, 水合能越小 , 越易吸附 . 选择性吸附顺序 :
Cs ? ? Rb? ? K ? ? Na ? ? Li?
Ra 2? ? Ba2? ? Sr 2? ? Ca 2? ? Mg 2? ? Be2?
压水堆水处理系统
1 离子交换树脂基础知识
离子交换树脂的结构 最常用的有机合成离子交换树脂的本体 (又称骨
架)由苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高分子化合物 .
通过加入适量表面活性剂并连续搅拌 , 可得到一定 颗粒度的聚合体小球 , 通常称为白球. 这是一种三度空 间的网状结构聚合体 , 其中苯乙烯的长链被二乙烯苯 “交联”成一个整体 . 聚合物中二乙烯苯的百分含量称 为交联度. 一般商品树脂的交联度为 8-10%.
? 强碱性阴离子交换树脂 向白球上引进 季铵基团则要先经氯甲基化 , 然后再 用叔胺(R 3N)处理
离子交换树脂的主要物理性能
外形和颗度
离子交换树脂是一种半透明的网状球形物质 , 颜 色有白、黄、黑和赤褐色数种 . 树脂的颜色与性能 关系不大. 在使用过程中 , 随着树脂渐趋饱和 , 颜色 往往逐渐加深 .
离子交换树脂的选择性
? 离子电荷
在低浓度水溶液中 , 交换离子的电荷越大 , 越易被
树脂吸附, 对阳离子有下列顺序 :
Th 4+＞A13+＞Ca 2+＞Na+
对阴离子则有：
PO
43-＞SO
24
＞NO
3
但在高浓度水溶液中 , 选择性差别缩小 , 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势” , 这就是树脂 的再生原理 .
树脂的机械强度与交联度有关 , 交联度越大, 机械 强度越好. 在实际操作条件下树脂会磨损破碎 , 年损 耗率一般为3-7%. 为防止破碎树脂颗粒流出 , 在净化 树脂床后, 设有高效率过滤器 .
wenku.baidu.com
离子交换机理
若将含有M±离子的溶液在一定的温度下 , 以一 定的速度通过结构为 R-A ±型树脂床, 并测量进、 出口溶液浓度的变化 , M±离子能被相当彻底地去 除,以后树脂逐渐饱和 , 交换能力下降 , 直至完全失 效.这一离子交换过程表示为 : RA? ? M ? ? RM ? ? A?
树脂颗粒大小 对树脂的交换能力、净化效率、 水流通过树脂层的压力降 以及水流分布的均匀程度 都有一定影响。树脂颗粒越小，离子在其内的扩散 路程越短，交换过程就越迅速、越充分。但 颗粒过 小将引起树脂床压降剧增，逆洗时容易流失。
常用树脂的粒度在 16-50目之间，相应的颗粒直 径为0.3-1.2 毫米.
强酸性阳离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺
序为:
H?
?
Li?
?
Na ?
?
NH
? 4
?
K?
强碱性阴离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺 序为: OH ? ? HCO3? ? CO32? ? SO42? ? Cl ? ? NO3?
热稳定性和机械强度
温度对树脂机械强度和交换容量有很大影响 , 温 度过高易使交换基团分解 , 温度过低树脂的强度降 低.当水温达到零度时 , 其内部水分的冻结能将树脂 胀裂, 因此不可将树脂存放在冰点温度以下 .
对pH 值变化不敏感。 在反应堆运行中 , 冷却剂中硼 酸的浓度变化很大 , pH 值随之变化. 强酸(碱)性树脂 在很宽pH 值范围内都具有良好的离子交换作用 .
稳定性好, 耐热性能、耐辐照性能都较强 , 机械强度 高, 树脂的磨损率低 .
溶胀性和含水率
树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结构 的空隙中，这时交换基团发生离解，形成水合离子， 使树脂交联网孔增大，树脂体积也因此增大，这种 现象称为树脂的溶胀 .
溶胀率: 溶胀前、后树脂的体积比，即树脂层体积 变化的百分比。
树脂溶胀性和含水率均与交联度有关， 交联度越大 , 溶胀性越小， 含水率也越低。 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关， 交换基团的电离度越大，或交换离子的水合度以及 水合离子的半径越大， 树脂的溶胀率也越高。
离子交换的净化效率和去污因子 净化效率定义： 流经树脂床后溶液中杂质被去除 的份额, 常用百分数表示 .
C1和C2分别为树脂床进出口溶液中核素浓度 , 或进 出口料液的比放放射性 .
去污因子定义： 树脂床进出料液中特定核素的浓 度或放射性强度之比 .
2 核级离子交换树脂性能
核工业应用的离子交换树脂在性能上的要求 : 出水水质纯度高 。无论从补给水的纯度 , 还是从废 水处理的放射性物质去除的程度考虑 , 都必须优于商 用树脂. 通常采用核级强酸和强碱性树脂 , 它们具备 交换速度快、交换能力强、对选择性低的离子，如 硅酸根, 铯离子等也有较好的去除效果 .
I ? ? Br ? ? Cl ? ? F ?
但随着温度或浓度增高 , 同价离子交换“势”的差 别逐渐缩小, 甚至出现反常 . 因此, 分离溶液浓度不 宜太高, 但树脂再生溶液浓度却应稍高些 .
离子交换树脂的交换容量与净化效率
离子交换树脂的交换容量： 单位体积或重量树脂 能够交换的离子数量 . 在树脂网状结构中， 交换基 团的密度越高 , 交换容量就越大 .
总交换容量 指树脂完全失效、全部交换基团都起作用时的交 换能力. 可用单位体积或重量的离子交换剂中交换 基团的总数表示 ,单位一般为毫克当量 /毫升湿树脂 .
工作交换容量 又称穿透容量, 在动态条件下单位体积或重量树脂 中能够参加交换反应的基团数 , 单位也为毫克当量 /毫升湿树脂 .
工作交换容量除了与交换过程的物理化学条件有 关外, 还取决于出水的水质要求 . 出水水质越高 , 工 作交换容量越低 . 工作交换容量与总交换容量之比称为 离子交换树 脂的利用率 .
向聚合体骨架上引进各种交换基团 , 可以得到不同 性能的离子交换树脂 , 根据交换基团的酸碱性强弱 , 这 些树脂分别称为强酸 (碱)性树脂或弱酸 (碱)性树脂. 其 中强酸和强碱性树脂已在核工业中广泛应用 .
离子交换基团的引入
? 强酸性阳离子交换树脂 白球的磺化反应是在加热条件下 , 在二氯乙烷和
? 离子半径与水合作用 低浓度水溶液中 , 相同电荷的离子 , 水合半径越小 , 或离子的水合能越小 , 就越容易被交换吸附 . 原子 序数越大, 水合能越小 , 越易吸附 . 选择性吸附顺序 :
Cs ? ? Rb? ? K ? ? Na ? ? Li?
Ra 2? ? Ba2? ? Sr 2? ? Ca 2? ? Mg 2? ? Be2?
压水堆水处理系统
1 离子交换树脂基础知识
离子交换树脂的结构 最常用的有机合成离子交换树脂的本体 (又称骨
架)由苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高分子化合物 .
通过加入适量表面活性剂并连续搅拌 , 可得到一定 颗粒度的聚合体小球 , 通常称为白球. 这是一种三度空 间的网状结构聚合体 , 其中苯乙烯的长链被二乙烯苯 “交联”成一个整体 . 聚合物中二乙烯苯的百分含量称 为交联度. 一般商品树脂的交联度为 8-10%.