大孔阳离子交换树脂的反应与再生问题剖析

第第页大孔阳离子交换树脂的反应与再生问题剖析大孔阳离子交换树脂的反应与再生问题剖析产品名称：D001大孔型强酸性阳离子交换树脂产品简介：D001是在大孔结构的苯乙烯二乙烯苯共聚体上带有磺酸基（SO3H）的阳离子交换树脂。重要用于纯水、高纯水制备及凝结水净化，废水处理和重金属的回收,有机催化反应等领域。理化性能指标：指标名称指标执行标准：GB/136592023外观：灰色至褐色不透亮球状颗粒出厂型式：Na+含水量：4550质量全交换容量mmol/g：≥4.35体积全交换容量mmol/ml：≥1.80湿视密度g/ml：0.770.85湿真密度g/ml：1.251.28范围粒度：（0.3151.25mm）≥95下限粒度：（0.315mm）≤1有效粒径mm：0.4000.8200均一系数：≤1.70磨后圆球率：≥90使用参考指标：指标名称指标pH范围114高使用温度℃Na:120H:100转型膨胀率（Na+H+）≤58工作交换容量mmol/L≥1100运行流速m/h1530一、树脂的运输和贮存：离子交换树脂内含有肯定量的水份，在运输及贮存过程中应尽量保持这部分水份。假如贮存过程中树脂脱了水，应先用浓食盐水（810）浸泡12小时，再渐渐稀释，不得直接放于水中，以免树脂急剧膨胀而碎裂。树脂在贮存或运输过程中，应保持在540℃的温度环境中，避开过冷或过热，影响质量。若冬季没有保温设备时，可将树脂贮存在食盐水中，食盐水的温度可依据气温而定。二、新树脂的予处理：新树脂常含有溶剂、未参加聚合反应的物质和少量低聚合物，还可能吸着铁、铝、铜等重金属离子。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。所以，新树脂在投运前要进行预处理。１、阳树脂的预处理阳树脂的预处理步骤如下：首先使用饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的两倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡1820小时，然后放尽食盐水，用清水漂洗净，使排出水不带黄色；其次再用24NaOH溶液，其量与上相同，在其中浸泡24小时（或小流量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止；后用5HCL溶液，其量亦与上述相同，浸泡48小时，放尽酸液，用清水漂流至中性待用。２、阴树脂的预处理其预处理方法中的第一步与阳树脂预处理方法中的第一步相同；而后用5HCL浸泡48小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；而后用24NaOH溶液浸泡48小时后，放尽碱液，用清水洗至中性待用。大孔阳离子交换树脂的反应与再生问题剖析一、交换本领氢型阳离子交换树脂在水中可解离出氢离子（H+），当碰到金属离子或其它阳离子，就发生相互交换作用，但交换后的树脂，就不再是氢型树脂了。例如，当水中的阳离子如钙离子、镁离子的浓度相当大时，磺酸型的阳离子交换树脂中的氢离子，可和钙、镁离子进行交换，而形成钙型或镁型的阳离子交换树脂，如下式：2RSO3H+Ca2+→（RSO3）2Ca+2H+（钙型强酸性阳离子树脂）2RSO3H+Mg2+→（RSO3）2Mg+2H+（镁型强酸性阳离子交换树脂）氢型阳离子交换树脂的交换本领与被交换的阳离子的价数有紧密关系。在常温下，低浓度水溶液中，交换本领随离子价数加添而加添，即价数越高的阳离子被交换的倾向越大。此外，若价数相同，离子半径越大的阳离子被交换的倾向也越大。假如以自来水中常常显现阳离子列为参考对象。离子交换树脂二、交换容量离子交换树脂进行离子的交换反应的性能，重要由交换容量表现出来。所谓交换容量是指每克干树脂所能交换离子的毫克当量数，以mol/g为单位。当离子为一价时（如K+），其毫克当量数即为其毫克分子数，对于二价（如Ca2+）或更多价离子（如Fe3+），其毫克当量数即为其毫克分子数乘以其离子价数。交换容量又分为总交换容量、操作交换容量和再生容量等三种表示方法。总交换容量表示每克干树脂所能进行离子交换反应的化学基总量，属于理论性计量。操作交换容量表示每克干树脂在某肯定条件下的离子交换本领，属于操作性计量，它与树脂种类、总交换容量，以及实在操作条件（如接触时间、温度）等因素有关，可用于显示操作效率。再生容量表示每克干树脂在肯定的再生剂量条件下，所取得的再生树脂之交换容量，可用于显示树脂再生效率。由于树脂的结构不同（重要是活性基数目不同），强酸性与弱酸性阳离子交换树脂的交换容量也不相同。一般而言，弱酸性的活性基数目通常多于于强酸性，故总交换容量较高约7.0～10.5mol/g，相形之下，强酸性仅约3.2～4.5mol/g而已，但在实际应用中，弱酸性的操作交换容量却不肯定高于强酸性，例如，pH值低于5时，弱酸性的操作交换容量为零，根本无交换作用。在pH值为6.5时，两者的操作交换容量相像；但在碱性溶液中，弱酸性远高于强酸性。在再生容量方面，弱酸性则通常高于强酸性，故弱酸性的使用寿命会更长一些。离子交换树脂三、再生离子相对浓度高处与低处对树脂的交换性质会产生很大的影响。当水溶液中氢离子的浓度相当大时，钙型或镁型的阳离子交换树脂中的钙离子或镁离子，可与氢离子进行交换，重新成为氢型阳离子交换树脂。换言之，交换反应也可以反方向进行。由于离子交换过程是可逆的，因此当交换树脂交换了肯定量的离子后，可用相对浓度较高的氢离子再取代下来，使之一再重复被循环使用，这种作用称为再生。其反应式如下：（RSO3）2Ca+2H+→2RSO3H+Ca2+（RCOO）2Ca+2H+→2RCOOH+Ca2+当氢型树脂中的氢离子，都被其它硬度离子交换后，这些树脂就没有软化水质作用，此时之状态称为饱和状态。再生操作重要目的就是将已经达到饱和状态的树脂，利用再生剂洗出所交换来的阳离子，让树脂重新再回复到原有的交换容量，或所期望的容量程度，或原有的树脂型态等。无论是强酸性或弱酸性阳离子交换树脂，都可以使用稀硫酸或稀盐酸作为再生剂，但一般认为以稀硫酸作为再生剂，效果可能会好一些。由于树脂若吸附有机物的话，稀硫酸较稀盐酸更能解析出有机物，所以一般工艺多采纳稀硫酸为再生剂。不过实际应用时，可能由于硫酸的取得较为困难，所以多使用盐酸作为再生剂居多。离子交换树脂四、影响再生特性的重要因素氢型树脂的再生特性与它的类型和结构有紧密关系，强酸性氢型树脂的再生比较困难，需要的再生酸液的剂量比理论值高很多，而且必需较长的接触时间。相形之下，弱酸性氢型树脂的再生则比较简单，需要的再生酸液的剂量仅比理论值高一些，也不需要长的接触时间。一般认为，在硫酸或盐酸的用量为其总交换容量的二倍时，每次再生树脂与再生酸液浸泡接触时间是：强酸性约30～60分；弱酸性约30～45分。此外，氢型树脂的再生特性也与它们的「交联度」有关。所谓交联度乃是定量树脂中所含的交联剂（如苯乙烯）的质量百分率。通常交联度低的树脂，其特征是聚合密度较低，内部空隙较多，网孔大，对水的溶胀性好，但对离子选择较弱，交换反应速度快，较易再生，因此每次再生树脂与再生酸液浸泡接触时间较短。反之，交联度高的树脂，则需要较长再生酸液与树脂接触的时间。无论强酸性或弱酸性氢型树脂的「交联度」均可以在制造时掌控。由于氢型树脂的网孔不仅供给了良好的离子交换条件，而且也像活性碳一般，能产生分子吸附作用，也可能吸附各种有机物，因此简单受到有机物污染，而影响其操作效率，也使得其再生操作发生困难。