離子交換樹脂簡介第

1、離子交換樹脂簡介,2010.2.24,LGH,內(nèi)容包括,1 離子交換樹脂的概念 2離子交換樹脂的基本類型 3離子交換樹脂的工作原理 4離子交換樹脂的使用方法 5離子交換樹脂的污染處理及預(yù)防 6離子交換樹脂的選擇 7離子交換樹脂儲(chǔ)運(yùn)的 注意事項(xiàng) 8 離子交換樹脂的應(yīng)用,1 離子交換樹脂的概念,1.1離子交換樹脂的定義,1.2離子交換樹脂的理化性質(zhì),1.3離子交換樹脂的命名方式,1.4離子交換樹脂基體的組成,1.5離子交換樹脂基體的優(yōu)缺點(diǎn),1 離子交換樹脂的概念,1.1離子交換樹脂的定義,離子交換樹脂是一類帶有功能基的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，它由不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架、連接在骨架上的功能基團(tuán)和功

2、能基團(tuán)上帶有相反電荷的可交換離子三部分構(gòu)成。 離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂、 陰離子交換樹脂和兩性離子交換樹脂。,1.2離子交換樹脂的理化性質(zhì),離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。 大多數(shù)制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.31.2mm 范圍內(nèi)，大部分在0.40.6mm之間。 它們有較高的機(jī)械強(qiáng)度(堅(jiān)牢性)，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，在正常情況下有較長的使用壽命。,1.3離子交換樹脂的命名方式,離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱組成。 我國化工部規(guī)定，離子交換樹脂的型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。 第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類。 第二位數(shù)字代表不同的骨架結(jié)構(gòu)。

3、 第三位數(shù)字為順序號(hào)。 大孔樹脂在型號(hào)前加“D”。 凝膠型樹脂的交聯(lián)度值可在型號(hào)后用“”號(hào)連接阿拉伯?dāng)?shù)字表示。,1.3離子交換樹脂的命名方式,D D 大孔樹脂在名稱前加D 分類代號(hào)（陰、陽、酸、堿、強(qiáng)、弱） 骨架分類代號(hào) 順序號(hào) 凝膠型樹脂后加*并注明交聯(lián)度 如D0117，表示大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，其交聯(lián)度為7。,1.4離子交換樹脂基體的組成,離子交換樹脂的基體，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)兩大類。 苯乙烯系樹脂是先使用的，丙烯酸系樹脂則用得較后。,強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂,弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂,1.5離子交換樹脂的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1、無機(jī)離子的去除能力優(yōu)良； 2

4、、具再生能力； 3、裝置簡單。 缺點(diǎn)： 1、純化（交換）容量有一定的限制，水質(zhì)會(huì)發(fā)生起伏； 2、樹脂會(huì)造成有機(jī)物的溶出； 3、樹脂表面會(huì)有微生物的增殖； 4、樹脂的崩解碎片會(huì)造成水中微粒的增加； 5、樹脂的再生過程比較麻煩； 6、樹脂再生時(shí)會(huì)產(chǎn)生藥品（強(qiáng)酸、強(qiáng)堿）的廢液污染。,2 離子交換樹脂的基本類型,2.1按孔隙結(jié)構(gòu)分類,2.3按基體的種類分類,2.2按樹脂中化學(xué)活性基團(tuán)的種類分類,2 離子交換樹脂的基本類型,2.1按孔隙結(jié)構(gòu)分類,離子交換樹脂按孔隙結(jié)構(gòu)分凝膠型和大孔型兩種。,凝膠型樹脂,大孔型樹脂,2.1.1凝膠型樹脂,凝膠型樹脂的高分子骨架，在干燥的情況下內(nèi)部沒有毛細(xì)孔。它在吸水時(shí)潤脹

5、，在大分子鏈節(jié)間形成很微細(xì)的孔隙，通常稱為顯微孔。濕潤樹脂的平均孔徑為24nm(2106 4106mm)。,2.1.2大孔型樹脂,大孔樹脂內(nèi)部的孔隙又多又大，表面積很大，活性中心多，離子擴(kuò)散速度快，離子交換速度也快很多，約比凝膠型樹脂快約十倍。使用時(shí)的作用快、效率高，所需處理時(shí)間縮短。,大孔吸附樹脂,2.2按樹脂中化學(xué)活性基團(tuán)的種類分類,按化學(xué)活性基團(tuán)首先區(qū)分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類。 陽離子樹脂又分為強(qiáng)酸性和弱酸性兩類。 陰離子樹脂又分為強(qiáng)堿性和弱堿性兩類。,2.2.1強(qiáng)酸性陽離子樹脂,這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。 樹脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，

6、如SO3，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。 強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。,2.2.2弱酸性陽離子樹脂,這類樹脂含弱酸性基團(tuán)，能在水中離解出H+ 而呈酸性。 樹脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，能與溶液中的其他陽離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽離子交換作用。 這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH514)起作用。,2.2.3強(qiáng)堿性陰離子樹脂,這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，能在水 中離解出OH而呈強(qiáng)堿性。這種樹脂的 正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合， 從而產(chǎn)生陰離子交

7、換作用。 這種樹脂的離解性很強(qiáng)，在不同 pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿(如NaOH) 進(jìn)行再生。,2.2.4 弱堿性陰離子樹脂,這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，它們 在水中能離解出OH而呈弱堿性。這 種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離 子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作 用。 這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶液 中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在 中性或酸性條件(如pH19)下工作。,2.2.5離子樹脂的轉(zhuǎn)型,以上是樹脂的四種基本類型。在實(shí)際使用上，常將這些樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌x子型式運(yùn)行，以適應(yīng)各種需要。 例如常將強(qiáng)酸性陽離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂再使用。工作時(shí)鈉型樹脂放出Na+，與溶液中的Ca2+、Mg2

8、+等陽離子交換吸附，除去這些離子。反應(yīng)時(shí)沒有放出H+，可避免溶液pH下降和由此產(chǎn)生的副作用(如蔗糖轉(zhuǎn)化和設(shè)備腐蝕等)。,2.3按基體的種類分類,離子交換樹脂還可以根據(jù)其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。,苯乙烯系樹脂,丙烯酸系樹脂,3 離子交換樹脂的工作原理,樹脂在離子交換過程中 發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),3 離子交換樹脂的工作原理,在離子交換過程中，水中的陽離子（如Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等）與陽離子交換樹脂上的H+ 進(jìn)行交換，水中陽離子被轉(zhuǎn)移到樹脂上，而樹脂上的H+交換到水中。 水中的陰離子（如Cl-、HCO3-等）與陰離子交換樹脂上的OH-進(jìn)行交換，水中陰離子被轉(zhuǎn)移到

9、樹脂上，而樹脂上的OH- 交換到水中。而H+ 與OH- 相結(jié)合生成水，從而達(dá)到脫鹽的目的(見下頁圖) 。,H2O,H2O,離子交換原理示意圖,4 離子交換樹脂的清洗,4.1離子交換樹脂的預(yù)處理,4.2離子交換樹脂的再生,4 離子交換樹脂的清洗,4.1離子交換樹脂的預(yù)處理,在離子交換樹脂的工業(yè)產(chǎn)品中，常含有少量的有機(jī)低聚物及一些無機(jī)雜質(zhì)。在使用初期會(huì)逐漸溶解釋放，影響出水水質(zhì)或產(chǎn)品質(zhì)量。 因此，新樹脂在使用前必須進(jìn)行預(yù)處理。,4.1.1動(dòng)態(tài)預(yù)處理,樹脂裝入交換器后，用去離子水反洗陰、陽樹脂層，直至出水清澈、無氣味、無細(xì)碎樹脂為止。 陽樹脂預(yù)處理： 將樹脂裝柱后，先用飽和食鹽水浸泡，用去離子水沖洗

10、至出水清澈，檢測(cè)PH值為7。 再用2%4%的NaOH溶液進(jìn)行處理，再用2%4%的HCl溶液進(jìn)行處理，并以該酸液浸泡，排去酸液，用去離子水沖洗至出水呈中性。 陰樹脂預(yù)處理： 將樹脂裝柱后，先用飽和食鹽水浸泡，用去離子水沖洗至出水清澈，檢測(cè)PH值為7。 再用2%4%的HCl溶液進(jìn)行處理，再用2%4%NaOH進(jìn)行處理，全部通入后，浸泡，排去堿液，用去離子水沖洗至出水呈中性。,4.1.2靜態(tài)預(yù)處理,陽樹脂的處理： 將樹脂用水洗至清水后，用2%4%NaOH浸泡4-8小時(shí)，再用水洗至中性，再用5%的HCl浸泡4-8小時(shí)后，用水洗至中性，待用。 陰樹脂的處理： 將樹脂用水洗至清水后，用5%的HCl浸泡4-8

11、小時(shí)，再用水洗至中性，再用2%4%NaOH浸泡4-8小時(shí)后，用水洗至中性，待用。,4.2離子交換樹脂的再生,4.2.1陽離子交換器再生,采用順流和逆流方式均可，最好采用逆流法 。 反洗：目的是松動(dòng)樹脂層，當(dāng)出水澄清透明時(shí)止。 配酸液（HCl）：再生液的用量為樹脂體積的5倍，再生液濃度為4%-6%。進(jìn)酸時(shí)間為1小時(shí)。 正洗：目的是洗凈再生物和殘余酸液。打開進(jìn)水和上進(jìn) 水閥門，打開下排閥門，當(dāng)排水pH =6.5左右時(shí)，正洗結(jié)束，再生完畢。,4.2.2陰離子交換器再生,采用順流和逆流方式均可，最好采用逆流法 。 反洗：先打開進(jìn)水和下進(jìn)閥門，打開排氣閥門，水自下而上通過樹脂層，（用陽床的水）目的是松動(dòng)

12、樹脂，當(dāng)出水澄清透明為止。 配堿液（NaOH）：再生液的用量為樹脂體積的5倍，再生液的濃度為4-6%。進(jìn)堿時(shí)間為1.5小時(shí)。 正洗：水自上而下通過樹脂層，目的是洗凈再生產(chǎn)物和殘余堿液。打開進(jìn)水和上進(jìn)閥門，打開下排閥門，當(dāng)排水pH=7.5左右時(shí)正洗結(jié)束，再生完畢。,離子交換樹脂再生示意圖,4.2.3離子交換樹脂再生 的注意事項(xiàng),進(jìn)完酸或堿時(shí)一定要把酸堿經(jīng)過的管道沖洗干凈，以防存酸存堿，影響電導(dǎo)率。 把再生泵沖洗干凈，以備下次使用。,5 離子交換樹脂的 污染處理及預(yù)防,5.1懸浮物污堵的處理及預(yù)防,5.2鐵中毒的處理及預(yù)防,5.3油污染的處理及預(yù)防,5 離子交換樹脂的 污染處理及預(yù)防,在化學(xué)水處理

13、系統(tǒng)中,由于多種原因,陰、陽離子交換樹脂都存在著被污染的問題,尤其是鈣、鐵、有機(jī)物的污染。污染后的樹脂性能下降、工作交換容量降低、離子泄露量增加,影響出水質(zhì)量。 由于樹脂的結(jié)構(gòu)未遭到破壞,可以通過適當(dāng)?shù)奶幚?恢復(fù)其交換性能.同時(shí)應(yīng)對(duì)樹脂在使用過程中易出現(xiàn)污染的情況進(jìn)行分析,采取合理的措施。,5.1 懸浮物污堵的處理及預(yù)防,現(xiàn)象：原水中的懸浮物會(huì)堵塞樹脂層中的孔隙，從而增大其水流阻力，增大運(yùn)行壓降，也會(huì)覆蓋在樹脂顆粒的表面，因而降低樹脂的工作交換容量。 處理：為清除積聚在樹脂層中的懸浮物，可采用增加反洗次數(shù)和時(shí)間或使用壓縮空氣擦洗等方法。 預(yù)防：為防止懸浮物的污堵，主要是加強(qiáng)對(duì)原水的預(yù)處理，以降

14、低水中懸浮物的含量。,5.2鐵中毒的處理及預(yù)防,現(xiàn)象：陽、陰樹脂都可能發(fā)生鐵的污染。 被污染樹脂的外觀為深棕色，嚴(yán)重時(shí)可以變?yōu)楹谏?。一般情況下，每100g樹脂中的含鐵量超過150mg時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行處理。鐵的存在會(huì)加速陰樹脂的降解。,鐵中毒后的離子交換樹脂,處理：常用的清洗方法是用10%HCl溶液，在進(jìn)行此方法前，必須檢查交換器設(shè)備的耐腐蝕性能，否則須用加抑制劑的鹽酸。 防止樹脂發(fā)生鐵污染的措施有： 1、減少陽離子進(jìn)水的含鐵量。對(duì)含鐵量高的地下水應(yīng)先經(jīng)過曝氣處理及錳砂過濾除鐵。對(duì)含鐵量高的地表水或使用鐵鹽作為凝聚劑時(shí)，應(yīng)添加堿性藥劑，如NaOH，提高水的pH值，防止鐵離子帶入陽床。2、對(duì)輸送高含鐵

15、量原水的管道及貯槽應(yīng)考慮采取必要的防腐措施，以減少原水的鐵含量。,5.2 鐵中毒的處理及預(yù)防,現(xiàn)象：礦物油對(duì)樹脂的污染主要是吸附于骨架上或被覆于樹脂顆粒的表面，造成樹脂微孔的污堵，致使樹脂交換容量降低，周期制水量明顯減少。,5.3 油的污染及處理,油污染后的離子交換樹脂,處理： 1、用NaOH溶液循環(huán)清洗使用38-40C的8%-9%NaOH溶液，從堿箱（約10m3）經(jīng)過陰床、陽床后，再回到堿箱循環(huán)清洗（具體時(shí)間由小型試驗(yàn)確定），并補(bǔ)充NaOH溶液，保持溶液濃度，利用NaOH對(duì)礦物油的乳化作用，清除油污。2、用溶劑清洗可以使用石油醚或200號(hào)溶劑汽油對(duì)樹脂進(jìn)行清洗，清洗過程中要嚴(yán)密防火。 預(yù)防礦

16、物油的來源主要要做好以下幾各方面： 1、防止?jié)B入地下的礦物油隨原水帶入交換器。 2、燃油鍋爐使用蒸汽霧化燃油，當(dāng)油壓高于蒸汽壓力時(shí)，防止重油（或原油）漏入蒸汽，經(jīng)過凝氣器進(jìn)入凝結(jié)水除鹽系統(tǒng)。,5.3 油的污染及處理,6 離子交換樹脂的選擇,6.1離子交換樹脂的吸附性 對(duì)它的工作和性能的影響,6.3離子交換樹脂的物理性質(zhì) 對(duì)它的工作和性能的影響,6.2離子交換樹脂的顆粒尺寸 對(duì)它的工作和性能的影響,6離子交換樹脂的選擇,購買離子交換樹脂可以從它的吸附性、顆粒尺寸和有關(guān)的物理性質(zhì)等方面來選擇。,6.1離子交換樹脂的吸附性 對(duì)它的工作和性能的影響,離子交換樹脂對(duì)溶液中的不同離子有不同的親和力，對(duì)它們

17、的吸附有選擇性。 對(duì)離子的吸附： 各種離子受樹脂交換吸附作用的強(qiáng)弱程度有一般的規(guī)律，但不同的樹脂可能略有差異。,對(duì)有色物的吸附 糖液脫色常使用強(qiáng)堿性陰離子樹脂。 它對(duì)擬黑色素(還原糖與氨基酸反應(yīng)產(chǎn)物)和還原糖的堿性分解產(chǎn)物的吸附較強(qiáng)，而對(duì)焦糖色素的吸附較弱。,離子交換樹脂吸附色素前后的比較,6.2離子交換樹脂的顆粒尺寸 對(duì)它的工作和性能的影響,離子交換樹脂通常制成珠狀的小顆粒，它的尺寸也很重要。樹脂顆粒較細(xì)者，反應(yīng)速度較大，但細(xì)顆粒對(duì)液體通過的阻力較大，需要較高的工作壓力；特別是濃糖液粘度高，這種影響更顯著。因此，樹脂顆粒的大小應(yīng)選擇適當(dāng)。如果樹脂粒徑在0.2mm(約為70目)以下，會(huì)明顯增大

18、流體通過的阻力，降低流量和生產(chǎn)能力。,6.3離子交換樹脂的物理性質(zhì) 對(duì)它的工作和性能的影響,樹脂在干燥時(shí)的密度稱為真密度。濕樹脂每單位體積(連顆粒間空隙)的重量稱為視密度。樹脂的密度與它的交聯(lián)度和交換基團(tuán)的性質(zhì)有關(guān)。通常，交聯(lián)度高的樹脂的密度較高，強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性樹脂的密度高于弱酸或弱堿性者，而大孔型樹脂的密度則較低。,樹脂的密度,離子交換樹脂應(yīng)為不溶性物質(zhì)。但樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質(zhì)，及樹脂分解生成的物質(zhì)，會(huì)在工作運(yùn)行時(shí)溶解出來。,樹脂的溶解性,樹脂的膨脹度,離子交換樹脂含有大量親水基團(tuán)，與水接觸即吸水膨脹，增大樹脂的體積。通常，交聯(lián)度低的樹脂的膨脹度較大。 在設(shè)計(jì)離子交換裝置時(shí)，必須考慮樹脂的膨脹度，以適應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)樹脂中的離子轉(zhuǎn)換發(fā)生的樹脂體積變化。,樹脂的耐用性,樹脂顆粒使用時(shí)有轉(zhuǎn)移、磨擦、膨脹和收