阴离子交换树脂采用高纯碱、工业碱再生比较

阴离子交换树脂采用高纯碱、工业碱再生比较

常州工程职业技术学院精细0530 俞建华 2005000334

摘要：再生用碱的质量对阴离子交换树脂的再生性能有很大的影响,我国国内很少采用高纯碱再生阴离子交换树脂。用高纯碱再生阴离子交换树脂的经验表明，不仅除盐水系统的周期制水量提高了16％，年再生费用也减少了约50％，同时电厂热力系统水汽品质还有了明显的改善。

关键字：离子交换纯碱再生阴树脂原理

The Use of High-Purity Alkali for Regeneration of

Anion Resin

Changzhou project Vocational Technical College Fine chemicals 0530 yujianhua 2005000334

Abstract：The quality of the alkali for regeneration has an important impact on the regeneration of anion resin.High-purity alkali is not usually used in China for the regeneration of anion resin．Experience shows that the use of high-purity alkali for the regeneration of anion resin not only increases the periodical water production of the demineralized water system by 16％ but also annually reduces the cost for regeneration by about 50％, while the quality of the water and steam in the thermodynamic systems of power plants are obviously improved．

Keywords: feed water treatment；ion exchange；high-purity alkali；regeneration；anion resin；steam

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。

一、离子交换树脂简介

离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。

离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0.1~1mm，其离子交换能力依其交换能力特征可分：

（1）强酸型阳离子交换树脂：主要含有强酸性的反应基如磺酸基（－SO3H），此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。

（2）弱酸型阳离子交换树脂：具有较弱的反应基如羧基（－COOH基），此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+，对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换。

（3）强碱型阴离子交换树脂：主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之－N+(CH3)3，在氢氧形式下，－N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出，以进行交换，强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除。

（4）弱碱型阴离子交换树脂：具有较弱的反应基如氨基，仅能去除强酸中的阴离子如SO42-，Cl－或NO3－，对于HCO3－，CO32－或SiO42－则无法去除。

不论是离子交换树脂或是沸石，都有其一定的可交换基浓度，称为离子交换容量(ion exchange capacity)。对阳离子交换树脂而言，大约在200~500meq/100g。因为阳离子交换为一化学反应，故必须遵守质量平衡定律。平衡定律中K值的大小代表离子的相对趋势，K值愈大，离子愈易被交换，因此离子交换树脂倾向于交换下列离子（1）具有高电荷，（2）具有较小的水合体积的离子，（3）具较大极性之离子，（4）与交换基反应较强的离子，（5）不易与其它离子形成错合物的离子。对具有强反应基的强酸性阳离子交换树脂（如含磺酸基，-SO3H）而言，交换趋势可以由下列顺序表示：

Ba2+＞Pb2+＞Sr2+＞Ca2+＞Ni2+＞Cd2+＞Cu2+＞Co2+＞Zn2+＞Mg2+＞Ag+＞Cs+＞K+＞NH4+＞Na+＞H+

如果是弱反应基的弱酸性阳离子交换树脂，H+离子的位置是反应基的强度向左移动。

对具有强反应基的强碱性阴离子交换树脂而言，交换趋势可以由下列顺序表示：

SO42-＞I－＞NO3－＞CrO42-＞Br－＞Cl－＞OH－

如果是弱反应基的弱碱性阴离子交换树脂，OH－离子的位置是反应基的强度向左移动。

离子交换的方法常用于水或废水的处理中，常见的实例如（1）硬水软化处理：是环境工程上最常见的用途之一，将水中形成硬度的钙、镁等离子与离子交换树脂上的钠离子进行交换，以软化水质；（2）除矿：利用离子交换法去除水中所有的阳离子及阴离子；（3）去除、回收废水中的重金属，例如电镀工厂之废水中所含有的锌、铜、镉等，都具有回收的价值。

当离子交换树脂达到饱和后，阳离子交换树脂可以利用强的无机酸如盐酸或硫酸再生，阴离子交换树脂则可以利用强碱如氢氧化钠予以再生。然儿离子交换树脂再生后的性能受再生剂纯度的影响。在我国，在再生阴离子交换树脂时，许多电厂仍习惯采用隔膜法生产的工业用氢氧化钠，其中的杂质成分如氯离子、氯酸根、铁离子以及碱中含有的沉积物、油等有机物等均会对树脂冉生后的性能产生很大的影响。

而影响液碱冉生后阴离子交换树脂性能的正是这些离子，这势必会对冉生后树脂的性能产生极大的影响。

二．杂质对再生后性能的影响[1]

1 Cl—的影响

1．1 对阴离子交换树脂再生的影响

再生度表示的是树脂中再生基占全部基的百分数，它是一个比值。失效度表示的是树脂中失效基占全部基团的百分数。用式子表示如下(为表示方便，把失效树脂表示为氯型树脂RC1，R表示树脂基)：

XOH l=[ROH]／([ROH]+[RC1]) (1)

XCL =[RC1]／([RC1]+[ROH]) (2)

式中，XOH为阴离子交换树脂冉生度；XCL为阴离子交换树脂失效度；[ROH]为氢氧型树脂的浓度；[RC1]为失效树脂的浓度。由阴离子交换树脂的交换平衡式：

R0H +C1-===== RC1+0H-