1、離子交換樹脂技術及分類作者:漂萊特 來源:東北亞水網 發布時間:2011-09-06 17:15:23離子交換樹脂技術及分類一.離子交換樹脂分類強酸性陽離子樹脂 離子交換樹脂 , 鈉離子交換器 , 漂萊特樹脂這類樹脂含有大量的強酸性基團,如磺酸基 -SO3H ,容易在溶液中離解出 H+,故呈強酸性。樹脂 離解后,本體所含的負電基團,如 SO3-,能吸附結合溶液中的其他陽離子。這兩個反應使樹脂中的 H+與溶 液中的陽離子互相交換。 強酸性樹脂的離解能力很強, 在酸性或堿性溶液中均能離解和產生離子交換作用。樹脂在使用一段時間后,要進行再生處理,即用化學藥品使離子交換反應以相反方向進行,使樹 脂的宮

2、能基團回復原來狀態,以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理,此時樹脂放出 被吸附的陽離子,再與 H+結合而恢復原來的組成。強堿性陰離子樹脂這類樹脂含有強堿性基團, 如季胺基 (亦稱四級胺基 -NR3OH(R為碳氫基團 , 能在水中離解出 OH-而呈強堿性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合,從而產生陰離子交換作用。這種樹脂的離解性很強,在不同 pH 下都能正常工作。它用強堿 (如 NaOH 進行再生。弱堿性陰離子樹脂這類樹脂含有弱堿性基團, 如伯胺基 (亦稱一級胺基 -NH2、 仲胺基 (二級胺基 -NHR 、 或叔胺基 (三 級胺基 -NR2,它們在水中能離解出 OH

3、-而呈弱堿性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合, 從而產生陰離子交換作用。這種樹脂在多數情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附。它只能在中性或酸 性條件 (如 pH19 下工作。它可用 Na2CO3、 NH4OH 進行再生。離子樹脂的轉型 離子交換樹脂 , 鈉離子交換器 , 漂萊特樹脂以上是樹脂的四種基本類型。在實際使用上,常將這些樹脂轉變為其他離子型式運行,以適應各 種需要。例如常將強酸性陽離子樹脂與 NaCl 作用,轉變為鈉型樹脂再使用。工作時鈉型樹脂放出 Na+與溶 液中的 Ca2+Mg2+等陽離子交換吸附,除去這些離子。反應時沒有放出 H+,可避免溶液 pH 下降和由此產生

4、的副作用 (如蔗糖轉化和設備腐蝕等 。這種樹脂以鈉型運行使用后,可用鹽水再生 (不用強酸 。又如陰離 子樹脂可轉變為氯型再使用,工作時放出 Cl -而吸附交換其他陰離子,它的再生只需用食鹽水溶液。氯型 樹脂也可轉變為碳酸氫型 (HCO3-運行。 強酸性樹脂及強堿性樹脂在轉變為鈉型和氯型后, 就不再具有強酸 性及強堿性,但它們仍然有這些樹脂的其他典型性能,如離解性強和工作的 pH 范圍寬廣等。離子樹脂常分為凝膠型和大孔型兩類。凝膠型樹脂的高分子骨架,在干燥的情況下內部沒有毛細孔。它在吸水時潤脹,在大分子鏈節間 形成很微細的孔隙,通常稱為顯微孔 (micro-pore。濕潤樹脂的平均孔徑為 24n

5、m(210-6 410-6mm 。技術支持WWW.NAWATER.CN這類樹脂較適合用于吸附無機離子,它們的直徑較小,一般為 0.30.6nm 。這類樹脂不能吸附大 分子有機物質,因后者的尺寸較大,如蛋白質分子直徑為 520nm ,不能進入這類樹脂的顯微孔隙中。大孔型樹脂是在聚合反應時加入致孔劑, 形成多孔海綿狀構造的骨架, 內部有大量永久性的微孔, 再導入交換基團制成。它并存有微細孔和大網孔 (macro-pore,潤濕樹脂的孔徑達 100500nm ,其大小和 數量都可以在制造時控制。孔道的表面積可以增大到超過 1000m2/g。江蘇色可賽思樹脂有限公司整理這不

6、僅為離子交換提供了良好的接觸條件,縮短了離子擴散的路程,還增加了許多鏈節活性中心,通過分子間 的范德華引力 (van de Waals force產生分子吸附作用,能夠象活性炭那樣吸附各種非離子性物質,擴大 它的功能。一些不帶交換功能團的大孔型樹脂也能夠吸附、分離多種物質,例如化工廠廢水中的酚類物。 大孔樹脂內部的孔隙又多又大,表面積很大,活性中心多,離子擴散速度快,離子交換速度也快 很多,約比凝膠型樹脂快約十倍。使用時的作用快、效率高,所需處理時間縮短。大孔樹脂還有多種優點:耐溶脹,不易碎裂,耐氧化,耐磨損,耐熱及耐溫度變化,以及對有機大分子物質較易吸附和交換,因而 抗污染力強,并較容易再生

7、。二.離子交換樹脂的成分 離子交換樹脂 , 鈉離子交換器 , 漂萊特樹脂離子交換樹脂 (ionresin的基體 (matrix,制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸 (酯 兩大類,它們分別與交聯 劑二乙烯苯產生聚合反應,形成具有長分子主鏈及交聯橫鏈的網絡骨架結構的聚合物。苯乙烯系樹脂是先 使用的,丙烯酸系樹脂則用得較后。這兩類樹脂的吸附性能都很好,但有不同特點。丙烯酸系樹脂能交換吸附大多數離子型色素,脫 色容量大,而且吸附物較易洗脫,便于再生,在糖廠中可用作主要的脫色樹脂。苯乙烯系樹脂擅長吸附芳 香族物質,善于吸附糖汁中的多酚類色素 (包括帶負電的或不帶電的 ;但在再生時較難洗脫。因此,糖液 先用丙烯

8、酸樹脂進行粗脫色,再用苯乙烯樹脂進行精脫色,可充分發揮兩者的長處。樹脂的交聯度,即樹脂基體聚合時所用二乙烯苯的百分數,對樹脂的性質有很大影響。通常,交 聯度高的樹脂聚合得比較緊密,堅牢而耐用,密度較高,內部空隙較少,對離子的選擇性較強;而交聯度 低的樹脂孔隙較大,脫色能力較強,反應速度較快,但在工作時的膨脹性較大,機械強度稍低,比較脆而 易碎。 工業應用的離子樹脂的交聯度一般不低于 4%;用于脫色的樹脂的交聯度一般不高于 8%; 單純用于吸 附無機離子的樹脂,其交聯度可較高。 鍋爐軟化水設備 , 全自動軟化水設備 , 軟化水處理設備除上述苯乙烯系和丙烯酸系這兩大系列以外,離子交換樹脂還可由其他

9、有機單體聚合制成。如酚 醛系 (FP、環氧系 (EPA、乙烯吡啶系 (VP、脲醛系 (UA等。三.離子交換除鹽離子交換是一種特殊的固體吸附過程,它是由離子交換劑的電解質溶液中進行的。一般的離子交 換劑是一種不溶于水的固體顆粒狀物質,即離子交換樹脂。它能夠從電解質溶液中吸取某種陽離子或者陰 離子,而把自身所含的另外一種帶相同電荷符號的離子等量地換出來,并釋放到溶液中去,這就是所謂的 離子交換。按照所交換離子的種類,離子交換劑可分為陽離子交換劑和陰離子交換劑兩大類。技術支持WWW.NAWATER.CN復床是用陽、陰兩種不同的離子交換的交換器的串聯方式,如強酸性陽離子交換樹

10、脂和強堿性陰 離子交換樹脂串聯的方式。這種陽床和陰床串聯組成的設備稱為復床,水先經過陽床除去金屬離子,形成 酸性水,然后通過陰床除去酸根離子。通過復床的水可除去水中大部分的無機鹽。混合離子交換器, 簡稱混床 , 是將陰陽樹脂按一定比例裝置填在同一交換器中,運行前將它們混 合均勻。此時被處理水在通過混合離子交換床后,所產生的 H + 和 OH - 離子立即生成溶解度很低的水, 很少形成陽離子或陰離子交換時的反離子。可以使交換反應進行很徹底,故水質好,所以混合床串聯在反 滲透或一級復床除鹽系統后面,用于純水或高純水的制備主要用于深度去除水中幾乎所有的離子(溶解固 體。離子交換樹脂的離子交換容量四.

11、離子交換樹脂的吸附選擇性離子交換樹脂對溶液中的不同離子有不同的親和力,對它們的吸附有選擇性。各種離子受樹脂交 換吸附作用的強弱程度有一般的規律,但不同的樹脂可能略有差異。主要規律如下:(1 對陽離子的吸附高價離子通常被優先吸附,而低價離子的吸附較弱。在同價的同類離子中,直徑較大的離子的被 吸附較強。一些陽離子被吸附的順序如下:Fe3+ Al3+ Pb2+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+(2 對陰離子的吸附強堿性陰離子樹脂對無機酸根的吸附的一般順序為:SO42- NO3- Cl- HCO3- OH-弱堿性陰離子樹脂對陰離子的吸附的一般順序如下:OH- 檸檬酸根 3- SO42- 酒石酸根

12、 2- 草酸根 2- PO43- NO2- Cl- 醋酸根 - HCO3-吸附樹脂(3 對有色物的吸附糖液脫色常使用強堿性陰離子樹脂,它對擬黑色素 (還原糖與氨基酸反應產物 和還原糖的堿性分 解產物的吸附較強,而對焦糖色素的吸附較弱。這被認為是由于前兩者通常帶負電,而焦糖的電荷很弱。通常,交聯度高的樹脂對離子的選擇性較強,大孔結構樹脂的選擇性小于凝膠型樹脂。這種選擇 性在稀溶液中較大,在濃溶液中較小。離子交換樹脂 , 鈉離子交換器 , 漂萊特樹脂技術支持WWW.NAWATER.CN離子交換樹脂進行離子交換反應的性能,表現在它的“離子交換容量”,即每克干樹脂或每毫升濕樹

13、脂 所能交換的離子的毫克當量數, meq/g(干 或 meq/mL(濕 ;當離子為一價時,毫克當量數即是毫克分子數 (對二價或多價離子,前者為后者乘離子價數 。它又有“總交換容量”、“工作 交換容量”和“再生交換容量”等三種表示方式。1、總交換容量,表示每單位數量 (重量或體積 樹脂能進行離子交換反應的化學基團的總量。2、工作交換容量,表示樹脂在某一定條件下的離子交換能力,它與樹脂種類和總交換容量,以及 具體工作條件如溶液的組成、流速、溫度等因素有關。3、再生交換容量,表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量 , 表明樹脂中原有 化學基團再生復原的程度。通常, 再生交換容量為總交換容量的 5090%(一般控制 7080%, 而工作交換容量為再生交換容 量的 3090%(對再生樹脂而言 ,后一比率亦稱為樹脂的利用率。在實際使用中,離子交換樹脂的交換容量包括了吸附容量,但后者所占的比例因樹脂結構不同而 異。現仍未能分別進行計算