废砂浆回收中离子交换树脂的污染与复苏

废砂浆回收中离子交换树脂的污染与复苏

摘要:本文主要涉及到的时应用在聚乙二醇回收行业中的离子交换树脂污染,指出主要污染物为有机物。并且选择不同的复苏液进行复苏处理,复苏后树脂交换量大幅度提高。为离子交换树脂在聚乙二醇回收液中的使用和复苏提供了理论基础。

关键词:聚乙二醇离子交换树脂复苏液交换容量

线切割聚乙二醇的回收现在应用日益广泛,由于聚乙二醇在切割过程中会被氧化并带入大量的金属杂质离子,在回收过程想用简单的过滤方法很难将这些杂质完全去除。离子交换树脂能在液箱中与带相同电荷的离子进行交换反应,此交换反应是可逆的,即可用适当的电解质冲洗,使树脂恢复原有状态,可供再次利用。利用离子交换去除回收液中的杂质离子,可以提高回收液的品质。离子交换树脂现在被广泛应用于聚乙二醇回收行业。

虽然离子交换树脂的使用已经非常广泛,但其在聚乙二醇回收液中的应用鲜有报道。开封万盛新材结合近几年应用的实际情况,对离子交换树脂的污染原因进行了分析,并比较了不同的复苏的方法,成功解决了树脂受污染后产量下降,树脂破碎等问题。

1 树脂污染的原因和主要污染源分析

1.1 阴树脂污染原因及污染后特征

进水的各种大分子有机物是阴树脂污染的主要来源[1];因为阴树脂的结构和性能使其对大分子有机物存在不可逆反应。低分子量有机物被树脂吸附后,在再生时可以置换出来,因而不易污染树脂。此外,来自阳树脂的降解产物也会使阴树脂受到有机物污染。国外经验认为,氢型阳树脂含水量大于60%时,就会有相当数量的有机物释放到水中污染阴离子。被污染的强碱阴树脂可出现以下特征。

(1)外观颜色由开始的浅黄色,逐渐污染为淡棕色-深棕色-棕褐色-黑褐色,且树脂破碎严重。

(2)再生后的强碱阴树脂,其冲洗水量会明显增大。

(3)工作交换容量下降,树脂含水量下降,树脂上的交换基团发生变化,其中强碱基团减少,弱碱基团增多。

1.2 树脂受有机物污染的判断

浸泡后食盐水的颜色树脂被污染程度如表1所示。

1.3 阳树脂受铁污染的一般现象

阳树脂受铁污染时,树脂颜色明显变深,变暗。严重时变成暗褐色或黑色,再生困难,工作交换容量降低,制水量下降,且出水水质变差。铁污染程度的划分如表2所示。

2 复苏剂的选择和复苏对离子树脂交换容量的影响

2.1 受污染情况的判断

本文中主要选用了强碱性型阴离子交换树脂和强酸性阳离子交换树脂,从现场树脂罐中取出这两种树脂用上述标准判断,新的阴树脂为浅黄色,现在为深红色甚至黑色,新的阳树脂为淡黄色,现在为深黄色。用食盐水浸泡后,溶液为棕色。可以看出树脂有机物污染较为严重。用GB/T15337-1994测量铁离子含量,发现其中铁离子含量小于2.96×10-5,不是主要污染源。

2.2 复苏液的选择

根据文献报道,最终采取选择几种复苏液来做比较。碱性NaCl复苏法即4%NaO H+10%NaCl混合液,在这种盐碱溶液中加热复苏,树脂在盐和碱的交替作用下,树脂骨架上的有机物处于最佳的移动状态,不断地被洗脱下来。一般而言,盐碱法持续时间较短。但是比较经济实用,且用的较为广泛。

有机溶剂复苏法的理论依据是相似相容定理,即利用有机物易溶于有机溶剂的原理,用有机溶剂解析-萃取树脂上吸着的有机物。常用的溶剂有:乙醇,丙酮-β-2.酮-甲醇-乙醇-异丙醇-环氧乙烷-二甲基甲酰胺。为提高解吸效果,可配合酸碱等其它解析剂使用。

表面活性剂复苏法,常用的表面活性剂有:磺酸,苯磺酸,羧丙基磺

酸等等。

氧化剂复苏法是利用有机物的可氧化性来除去树脂中的有机物的,即用氧化剂破坏有机物的结构,使其变成小分子,从而从树脂骨架上脱落下来。常用的氧化剂有臭氧,次氯酸钠,次氯酸,次氯酸钙,高氯酸,硝酸,双氧水,过氧化钠,高锰酸钾,乙酸,氯气等等。最终选用了其中五种来做比较:(1)盐酸加双氧水,最后再加碱复苏溶液。(2)先用盐酸泡,再加碱复苏溶液。(3)乙醇加双氧水。(4)乙醇。(5)碱溶液。按照GB/T5760-2000测定其全交换容[2]的结果比较如表3所示。

在同一温度下,不同的复苏液,浸泡后呈现深浅不一的颜色,表明它们对有机物的洗脱能力不相同;对铁离子的洗脱能力也不相同。新树脂报道的理论交换容量为 3.8 mol/g,污染的树脂全交换容量 2.24 mol/g。

氧化型复苏液会影响树脂的机械强度,树脂比较容易破碎,建议使用浓度要控制好。在本次试验中,双氧水浓度为60 ml复苏液加三到五滴。

2.3 复苏前后动态交换容量的对比[3]

复苏前后动态交换容量的对比如表4所示。选用第一种复苏液复苏后的树脂进行动态交换容量实验。从这个实验中可以看出,复苏后的产量提高了50%。

3 结论

(1)经过处理后效果很好,树脂的颜色得到改善,交换能力也得到恢复,处理后树脂的全交换容量提高。

(2)工艺改进后避免了因废弃树脂而造成的污染,有利于环境的保护。

(3)由于树脂交换能力得以恢复,使树脂再生周期延长,耗盐量相对减少,原料用料下降40%。

(4)延长树脂使用寿命,树脂被污染后,特别是被铁污染后,会加速树脂分解。延长再生周期,减少再生次数,也可以延长树脂的使用寿命。

参考文献

[1] 田文华,郭安祥,马海燕.离子交换树脂污染原因分析及复苏效果[J].西北电力技术,2000,(5):4～7.

[2] GB/T5760-2000.

[3] 王凤英,罗书凯,侯凤,等.重污染阴离子交换树脂复苏实验研究[J].青岛大学学报:自然科学版,2003(2).