益科普|離子交換樹脂工藝技術介紹

第一節 離子交換劑


1、 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:

● 不溶性的三維空間網狀骨架

● 連接在骨架上的功能基團

● 功能集團上帶有相反電荷的可交換離子


2、 分類

● 按母體材質分為:無機和有機

● 按結構特征分為:大孔、等孔、凝膠型

● 按化學活性基團性質(交換基或官能團):陽離子交換樹脂(弱酸性、強酸性)、陰離子交換樹脂(弱堿性、強堿性)。


實際使用上,常將這些樹脂轉變為其他離子形式運行,以適應各種需要。例如常將強酸性陽離子樹脂與氯化鈉作用,轉變成鈉型樹脂再使用。工作時,鈉型樹脂放出鈉離子,與溶液中的鈣離子、鎂離子等陽離子交換吸附,除去這些離子。反應式沒有放出氫離子,可避免容易PH下降和由此產生的副作用,如設備腐蝕。


● 按基體種類分為:苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。


3、 理化性質

離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。它們具有較高的機械強度,化學性質穩定,在正常情況下有較長的使用壽命。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0.3~1.2mm以內,大部分在0.4~0.6mm之間。


4、 化學性能

● 再生:離子交換反應的可逆性交換的逆反應。 

● 酸堿性:樹脂在水中電離出H+OH-,表現出酸堿性。樹脂的酸堿性受Ph影響。

● 選擇性:樹脂對水中某種離子能優先交換的性能稱為選擇性,選擇性大小用選擇性系數來表征。交換順序:優先高化合價的,其次原子序數大的

● 強酸性陽離子交換樹脂:

Fe2+Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+

● 弱酸性陽離子交換樹脂:

H+> Fe2+> Al3+> Ca2+> Mg2+>K+>Na+

● 強堿性陰離子交換樹脂:

SO42->NO3->Cl->OH->F->HCO3->HSIO3-

● 弱酸性陰離子交換樹脂:

OH-> SO42->NO3->Cl->OH->F->HCO3->HSIO3-

● 交換容量:表示樹脂的交換能力。通常用EVmmol/ml濕樹脂)表示,也可用EWmmol/g干樹脂)表示。




第二節 原理


利用離子交換樹脂作為吸附劑,將溶液中的待分離組分,依據其電荷差異,依靠庫侖力吸附在樹脂上,然后利用合適的洗脫劑將吸附質從樹脂上洗脫下來,達到分離的目的。

● 陽離子交換劑:對陽離子具有交換能力,活性基團為酸性(帶負電)。


● 陰離子交換劑:對陰離子具有交換能力,活性基團為堿性(帶正電)



 

第三節 實際應用


在實際應用中根據原水水質、出水要求、生產能力等來確定合適的離子交換工藝。

1、 原水水質

 

2、 出水水質

● 軟化---強酸性陽樹脂或與弱酸性陽樹脂組合。

● 除鹽一定選用強型樹脂,或與弱型樹脂組合。


3、 水處理設備類型

● 移動床、流動床---耐磨、強度高的樹脂

● 混床---選用濕真密度相差大的樹脂


4、 應用范圍

● 化工行業工藝用水:化工產品制造用水、化妝品用水、化工循環水等。

● 電子工業用超純水:集成思路、顯示管、硅晶片等電子元器件沖洗水。

● 食品工業用水:飲用純凈水、飲料、啤酒等。

● 電力行業鍋爐補給水:火力發電廠鍋爐等。

● 生活飲用水:住宅小區分質供水、軟水機等。




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