1、離子交換樹脂詳解經典之作第1頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五內容包括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防6離子交換樹脂的選擇7離子交換樹脂儲運的 注意事項8 離子交換樹脂的應用第2頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五1 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缺點 第3頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五1 離子交換樹脂的

2、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狀結構的高分子化合物，它由不溶性的三維空間網狀骨架、連接在骨架上的功能基團和功能基團上帶有相反電荷的可交換離子三部分構成。 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。第4頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五1.2離子交換樹脂的理化性質 離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。 大多數制成顆粒狀，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，大部分在0.40.6mm之間。 它們有較高的機械強度(堅牢性)，化學性質也很穩定，在正常情況下有較長的使用壽命。 第5頁，共51頁

3、，2022年，5月20日，10點49分，星期五1.3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。我國化工部規定，離子交換樹脂的型號由三位阿拉伯數字組成。 第一位數字代表產品的分類。 第二位數字代表不同的骨架結構。 第三位數字為順序號。 大孔樹脂在型號前加“D”。 凝膠型樹脂的交聯度值可在型號后用“”號連接阿拉伯數字表示。第6頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五1.3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（陰、陽、酸、堿、強、弱） 骨架分類代號 順序號 凝膠型樹脂后加*并注明交聯度 如D0117，表示大孔

4、強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，其交聯度為7。第7頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五1.4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 第8頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五1.5離子交換樹脂的優缺點優點： 1、無機離子的去除能力優良； 2、具再生能力； 3、裝置簡單。缺點： 1、純化（交換）容量有一定的限制，水質會發生起伏； 2、樹脂會造成有機物的溶出； 3、樹脂表面會有微生物的增殖； 4、樹脂的崩解

5、碎片會造成水中微粒的增加； 5、樹脂的再生過程比較麻煩； 6、樹脂再生時會產生藥品（強酸、強堿）的廢液污染。 第9頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五2 離子交換樹脂的基本類型 2.1按孔隙結構分類2.3按基體的種類分類2.2按樹脂中化學活性基團的種類分類第10頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五2 離子交換樹脂的基本類型 2.1按孔隙結構分類 離子交換樹脂按孔隙結構分凝膠型和大孔型兩種。凝膠型樹脂大孔型樹脂第11頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五2.1.1凝膠型樹脂 凝膠型樹脂的高分子骨架，在干燥的情況下內部沒有毛細孔。它在

6、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。濕潤樹脂的平均孔徑為24nm(2106 4106mm)。 第12頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五2.1.2大孔型樹脂 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。大孔吸附樹脂第13頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五2.2按樹脂中化學活性基團的種類分類 按化學活性基團首先區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酸性和弱酸性兩類。 陰離子樹脂又分為強堿性和弱堿性兩

7、類。第14頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五強酸性陽離子樹脂 這類樹脂含有大量的強酸性基團，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。 第15頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五弱酸性陽離子樹脂 這類樹脂含弱酸性基團，能在水中離解出H+ 而呈酸性。 樹脂離解后余下的負電基團，能與溶液中的其他陽離子吸附結合，從而產生陽離子交換作用。 這種樹脂的酸性即離解性較弱，

8、在低pH下難以離解和進行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH514)起作用。第16頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五強堿性陰離子樹脂 這類樹脂含有強堿性基團，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。 第17頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五2.2.4 弱堿性陰離子樹脂 這類樹脂含有弱堿性基團，它們在水中能離解出OH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。

9、 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。第18頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五離子樹脂的轉型 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下降和由此產生的副作用(如蔗糖轉化和設備腐蝕等)。第19頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五2.3按基體的種類分類 離子交換

10、樹脂還可以根據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第20頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五3 離子交換樹脂的工作原理樹脂在離子交換過程中發生的化學反應第21頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五3 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+ 進行交換，水中陽離子被轉移到樹脂上，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-進行交換，水中陰離子被轉移到樹脂上，而樹脂上的OH- 交換到水

11、中。而H+ 與OH- 相結合生成水，從而達到脫鹽的目的(見下頁圖) 。 第22頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五H2O 陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂H+ Na+ OH- Cl- NaCl H2O 離子交換原理示意圖 第23頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五4 離子交換樹脂的清洗4.1離子交換樹脂的預處理4.2離子交換樹脂的再生第24頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五4 離子交換樹脂的清洗4.1離子交換樹脂的預處理 在離子交換樹脂的工業產品中，常含有少量的有機低聚物及一些無機雜質。在使用初期會逐漸

12、溶解釋放，影響出水水質或產品質量。 因此，新樹脂在使用前必須進行預處理。第25頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五動態預處理 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、無細碎樹脂為止。陽樹脂預處理： 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PH值為7。 再用2%4%的NaOH溶液進行處理，再用2%4%的HCl溶液進行處理，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PH值為7。 再用2%4%的HCl溶液進行處理，再用2%4%NaOH進

13、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。第26頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五靜態預處理 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，再用水洗至中性，再用5%的HCl浸泡4-8小時后，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小時，再用水洗至中性，再用2%4%NaOH浸泡4-8小時后，用水洗至中性，待用。第27頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五4.2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：目的是松動樹

14、脂層，當出水澄清透明時止。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%。進酸時間為1小時。正洗：目的是洗凈再生物和殘余酸液。打開進水和上進 水閥門，打開下排閥門，當排水pH =6.5左右時，正洗結束，再生完畢。第28頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五4.2.2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：先打開進水和下進閥門，打開排氣閥門，水自下而上通過樹脂層，（用陽床的水）目的是松動樹脂，當出水澄清透明為止。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%。進堿時間為1.5小時。正洗：水自上而下通過

15、樹脂層，目的是洗凈再生產物和殘余堿液。打開進水和上進閥門，打開下排閥門，當排水pH=7.5左右時正洗結束，再生完畢。第29頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五離子交換樹脂再生示意圖第30頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五4.2.3離子交換樹脂再生 的注意事項 進完酸或堿時一定要把酸堿經過的管道沖洗干凈，以防存酸存堿，影響電導率。 把再生泵沖洗干凈，以備下次使用。 第31頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五5 離子交換樹脂的 污染處理及預防5.1懸浮物污堵的處理及預防 5.2鐵中毒的處理及預防 5.3油污染的處理及預防 第32頁

16、，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五5 離子交換樹脂的 污染處理及預防 在化學水處理系統中,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,影響出水質量。 由于樹脂的結構未遭到破壞,可以通過適當的處理,恢復其交換性能.同時應對樹脂在使用過程中易出現污染的情況進行分析,采取合理的措施。 第33頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五5.1 懸浮物污堵的處理及預防 現象：原水中的懸浮物會堵塞樹脂層中的孔隙，從而增大其水流阻力，增大運行壓降，也會覆蓋在樹脂顆粒的表面，因而降

17、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和時間或使用壓縮空氣擦洗等方法。預防：為防止懸浮物的污堵，主要是加強對原水的預處理，以降低水中懸浮物的含量。第34頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五5.2鐵中毒的處理及預防 現象：陽、陰樹脂都可能發生鐵的污染。 被污染樹脂的外觀為深棕色，嚴重時可以變為黑色。一般情況下，每100g樹脂中的含鐵量超過150mg時，就應進行處理。鐵的存在會加速陰樹脂的降解。鐵中毒后的離子交換樹脂第35頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五處理：常用的清洗方法是用10%HCl溶液，在進行此方法前，必

18、須檢查交換器設備的耐腐蝕性能，否則須用加抑制劑的鹽酸。防止樹脂發生鐵污染的措施有： 1、減少陽離子進水的含鐵量。對含鐵量高的地下水應先經過曝氣處理及錳砂過濾除鐵。對含鐵量高的地表水或使用鐵鹽作為凝聚劑時，應添加堿性藥劑，如NaOH，提高水的pH值，防止鐵離子帶入陽床。2、對輸送高含鐵量原水的管道及貯槽應考慮采取必要的防腐措施，以減少原水的鐵含量。5.2 鐵中毒的處理及預防 第36頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五現象：礦物油對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

19、的離子交換樹脂第37頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五處理： 1、用NaOH溶液循環清洗使用38-40C的8%-9%NaOH溶液，從堿箱（約10m3）經過陰床、陽床后，再回到堿箱循環清洗（具體時間由小型試驗確定），并補充NaOH溶液，保持溶液濃度，利用NaOH對礦物油的乳化作用，清除油污。2、用溶劑清洗可以使用石油醚或200號溶劑汽油對樹脂進行清洗，清洗過程中要嚴密防火。預防礦物油的來源主要要做好以下幾各方面：1、防止滲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，當油壓高于蒸汽壓力時，防止重油（或原油）漏入蒸汽，經過凝氣器進入凝結水除鹽系統。5.3

20、油的污染及處理 第38頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五6 離子交換樹脂的選擇6.1離子交換樹脂的吸附性對它的工作和性能的影響 6.3離子交換樹脂的物理性質對它的工作和性能的影響 6.2離子交換樹脂的顆粒尺寸對它的工作和性能的影響 第39頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五6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、顆粒尺寸和有關的物理性質等方面來選擇。 第40頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五6.1離子交換樹脂的吸附性 對它的工作和性能的影響 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。

21、對離子的吸附： 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。第41頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五對有色物的吸附 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。離子交換樹脂吸附色素前后的比較第42頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五6.2離子交換樹脂的顆粒尺寸 對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。樹脂顆粒較細者，反應速度較大，但細顆粒對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

22、，這種影響更顯著。因此，樹脂顆粒的大小應選擇適當。如果樹脂粒徑在0.2mm(約為70目)以下，會明顯增大流體通過的阻力，降低流量和生產能力。 第43頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五6.3離子交換樹脂的物理性質 對它的工作和性能的影響 樹脂在干燥時的密度稱為真密度。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度和交換基團的性質有關。通常，交聯度高的樹脂的密度較高，強酸性或強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 離子交換樹脂應為不溶性物質。但樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質，及樹脂分解生成的物質，會在工作運行時溶解出來。樹脂的溶解性 第44頁，共51頁，2022年，5月20日，10點49分，星期五樹脂的膨脹度 離子交換樹脂含有大量親水基團，與水接觸即吸水膨脹，增大樹脂的體積。通常，交聯度低的樹脂的膨脹度較大。 在設計離子交換裝置時，必須考慮樹脂的膨脹度，以適應生產運行時樹脂中的離子轉換發生的樹脂體積變化。 樹脂的耐用性 樹脂顆粒使用時有轉移、磨擦、膨脹和收縮等變化，長期使用后會有少量損耗和破碎，故樹脂要有較高的機械強度和耐磨性。 如大孔樹脂，具有較高的交聯度者，結