离子交换树脂基本知识

一、离子交换树脂1离子交换树脂发展史2离子交换树脂的组成3离子交换树脂的分类4离子交换树脂的名称及命名方法5离子交换树脂的实际应用 6各种类型离子交换树脂常用再生剂及其用量7离子交换树脂性能降解原因8离子交换树脂使用前为什么要进行预处理 9离子交换树脂如何进行预处理10离子交换树脂贮存、运输应注意什么11离子交换树脂运转中的暂停注意事项12离子交换树脂在使用中的注意事项13树脂的污染、中毒与活化14判别离子交换树脂铁污染的程度15判别有机物污染的程度 二、催化剂使用注意事项或中毒(失活)原因分析原因之一：“阳离子”中毒原因之二：可水解的腈类和酰类物质中毒原因之三：催化剂孔道堵塞，使催化剂失活。原因之四：催化基因脱落，使催化剂失活。一、离子交换树脂1离子交换树脂发展史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。返回2离子交换树脂的组成离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，其结构由三部分组成：不溶性的三维空间网状骨架，连接在骨架上的功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。返回3离子交换树脂的分类按骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型两大类。按其所带的交换功能基的特性，可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和其他树脂。按功能基上酸或碱的强弱程度分为强酸阳离子交换树脂、弱酸阳离子交换树脂；强碱阴离子交换树脂、弱碱阴离子交换树脂。返回4离子交换树脂的名称及命名方法返回5离子交换树脂的实际应用1）水处理水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。2）食品工业离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。3）制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。 4）合成化学和石油化学工业在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。5）环境保护离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。 6）湿法冶金及其他离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。返回6各种类型离子交换树脂常用再生剂及其用量返回7离子交换树脂性能降解原因树脂在长期使用中，性能会逐渐下降，表现为出水（即产品）质量降低。影响树脂性能降解的因素很复杂，如树脂体积减少，交换能力下降，球粒裂纹增多，破碎流失等，造成上述现象的原因不外是：（1）胀缩内应力不均。在使用中树脂内部由于溶胀及收缩变化的不均匀，局部结构中应力不平衡，造成断链裂解。（2）氧化破坏。体系中的氧化剂，包括酸、碱、溶剂等对树脂骨架及功能基的破坏。（3）杂质污染。水中杂质堵塞了树脂的内部孔道，阻挡交换吸附。返回8离子交换树脂使用前为什么要进行预处理新树脂常含有反应溶剂、未参加反应的物质和少量低分子量的聚合物、铁、铅、铜等杂质。当树脂与水、酸、碱或其它溶液相接触时，上述可溶性杂质就会转入溶液中，在使用初期污染出水水质。因此，新树脂在投运前要进行预处理，转换为指定的离子型式。 返回9离子交换树脂如何进行预处理（1）阳离子交换树脂的预处理步骤首先用清水对树脂进行冲洗（最好为反洗）洗至出水清澈无混浊、无杂质为止。而后用45%的HCl和NaOH在交换柱中依次交替浸泡24小时，在酸碱之间用大量清水淋洗（最好用混合床高纯度去离子水进行淋洗）至出水接近中性，如此重复23次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理应用45%的HCl溶液进行，用量加倍效果更好。放尽酸液，用清水淋洗至中性即可待用。（2）阴离子交换树脂的预处理步骤首先用清水对树脂进行冲洗（最好为反洗），洗至出水清澈无混浊、无杂质为止。而后用4 5%的NaOH和HCl在交换柱中依次交替浸泡2 4小时，在碱酸之间用大量清水淋洗（最好用混合床高纯度去离子水进行淋洗）至出水接近中性，如此重复23次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理应用45%的NaOH溶液进行，用量加倍效果更好。放尽碱液，用清水淋洗至中性即可待用。（3）应用于医药、食品行业的树脂，预处理最好先用乙醇浸泡，而后再用酸碱进行交替处理，大量清水淋洗至中性待用。（4）各种树脂因品种、用途不一，预处理的方法也有区别，预处理时的酸碱浓度及接触时间等，可具体参考各型号树脂的介绍。（5）预处理中最后一次通过交换柱的是酸还是碱，决定于使用时所要求的离子型式。（6）为了保证所要求的离子型式的彻底转换，所用的酸、碱应是过量的。返回10离子交换树脂贮存、运输应注意什么（1）离子交换树脂内含有一定量的水份，在贮存和运输过程中应保持这部分水份。离子交换树脂在贮存中若出现脱水，使用前应先将其浸入浓度为10%左右的食盐溶液中，使其缓慢充分膨胀后，再用清水逐渐稀释。切忌将脱水的树脂直接浸入水中，以免树脂体积急剧膨胀而破碎。 （2）离子交换树脂暂不使用时，应以下述离子型式贮存：阳离子交换树脂为钠（Na）型；阴离子交换树脂为氯（Cl）型；弱碱阴离子交换树脂为游离胺型。（3）离子交换树脂在贮存过程中应防止铁锈、油污、强氧化剂，有机物的污染，以免发生氧化降解、中毒等事故。（4）离子交换树脂在贮存及运输过程中，应尽量保持540的温度环境，避免过冷或过热造成树脂被冻裂或加速微生物繁殖而影响产品质量，降低产品性能。（5）在冬季如没有保温装置，也可将树脂贮存在食盐水中，食盐水的浓度可根据气温而定，避免结冰。 返回11离子交换树脂运转中的暂停注意事项在通液或解吸的过程中，为了保持数据的稳定，应尽量避免中途停车。至于反洗、再生、淋洗等其它辅助性操作，则随时都可以停车，但要注意管道闸门关闭，不让液体流干，避免树脂露出液面，否则，不但将气泡引入树脂层，影响后续工作，而且还会使树脂氧化变质。返回12离子交换树脂在使用中的注意事项（1）避免干燥、热，避免以硝酸根的型式贮存；（2）要检验好酸浓度、树脂量、温度、通液时间、流速等情况；（3）避免污染物引入；（4）警报系统要经常检查，阀门管道要可靠； （5）使用的再生剂等材料要稳定；（6）停车时设备要开口，树脂按规定要求存放。返回13树脂的污染、中毒与活化离子交换树脂在长期的使用过程中易受悬浮物质、胶体物质、有机物、细菌和金属的污染，使离子交换能力下降，甚至报废。对此，根据不同情况，对离子交换树脂采取针对性的活化方法。一般金属污染和胶体物质污染，可用稀酸液浸泡、淋洗的方法进行活化。其它也可采用灭菌法、酸碱交替处理法进行活化。返回14判别离子交换树脂铁污染的程度 15判别有机物污染的程度返回二、催化剂使用注意事项或中毒（失活原因分析）原因之一：“阳离子”中毒1、阳离子的组成：C4原料中的金属离子和碱性氮化物、氨气和有机胺。2、阳离子的来源：上游原料水洗不彻底而带来的钠离子、钙离子；设备管道或阀门所产生的可溶性的铁离子、铬离子；FCC分子筛中的微量铝离子和硅离子；C4中的氨、甲胺等碱性化合物也属于阳离子的范畴。3、中毒原理和形式：这些阳离子和催化剂中的SO3OH产生离子交换而使催化剂“中毒”。反应式如下：SO3OH+M+（Na+、Ca2+、Fe3+、Cr4+、Al4+、NH4+、CH3NH2+)中毒形式：“一层一层”地中毒，即：先接触物料的先中毒，后接触物料暂不中毒。返回原因之二：可水解的腈类和酰胺类物质中毒1.其来源：在催化裂化中，C4、C5原料通常含有乙腈、丙腈。蒸气裂解C4料原中，偶尔会带有上游的丁二烯之抽提用的DMF.2.中毒原理：如乙腈：CH3CH2CN+H2OCH3CH2C-NH2产物胺会使催化剂中毒。3.中毒形式：扩散型。此类物质使催化剂的形式与以上不同，将中毒范围扩散到催化剂整体各个角落。返回原因之三：催化剂孔道堵