离子交换树脂在水预处理中的应用
摘 要：离子交换树脂(ion exchange resin)是水处理领域新开发的一种新
型树脂，由于其在给水预处理中的良好效果，成为研究的热点。文章对Ion Exchange Resin的基本物化性能、工艺性能与其它水处理工艺的联合应用情况作了简要综述。离子交换树脂的良好吸附性，是离子交换树脂有别于传统树脂的最大特点,并且这两个特点使此种树脂在给水预处理中得以有效应用。离子交换树脂在水处理领域已经得到了广泛应用，文章介绍了离子交换树脂以及其在废水处理中的一些应用实例。比如其在含汞废水，含铜废水，有机废水等的处理中的应用。离子交换树脂法处理废水具有可深度净化、处理效率高和能实现多种金属综合回收的优点，在水处理领域必将得到更为深入的应用。
关键词： 离子交换树脂，联合应用，经济性，废水处理，环境工程
一、离子交换树脂的理化性能和工艺性能
（一）离子交换树脂
1．子交换树脂的基本介绍
离子交换树脂（ ion exchange resin）是一种在交联聚合物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料。不溶于酸、碱溶液及各种有机溶剂，结构上属于既不溶解、也不熔融的多孔性固体高分子物质。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换，按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。
2．离子交换树脂的基本分类
依据离子交换树脂所带活性基团的性质，离子交换树脂课分为阳离子交换树脂( cation exchange resin)和阴离子交换树脂(anion exchange resin)两大类。能与水中阳离子进行交换反应的称为阳离子交换树脂;能与水中的阴离子进行交换反应的称为阴离子交换树脂。根据活性基团上Hˉ和OHˉ电离的强弱程度，又可以分为强酸性阳离子交换树脂（strongly acidic cation exchange resin）和弱酸性阳离子交换树脂（weakly acidic action exchange resin），以及强碱性阴离子交换树脂（strongly basic anion exchange resin）和弱碱性阴离子交换树脂（weakly basic anion exchange resin）。
（1）强酸性阳离子交换树脂其功能基大都含有磺酸基（—SO3H）
（2）弱酸性阳离子交换树脂其功能基团为：羧基（—COOH）、苯酚基（—C6H4OH）和磷酸基—CHPO(OH) 2等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换（有时也称为中等酸性阳离子交换树脂）。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为2R—SO3H＋Ca2+——（R—SO3）2Ca＋2H+ 。这也是硬水软化的原理。
（3）强碱性阴离子交换树脂有两种功能基：Ⅰ型强碱基团[-CH 2N（CH3）3OH]（季铵基）；Ⅱ型强碱基团-CH 2N（CH3）2(C2H4OH)OH(季铵基)。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为
1
R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-
（4）弱碱性阴离子交换树脂 其功能基分为：伯氨基（—CH2NH2）、仲氨基（—CH2NHR）、叔氨基（—CH2NR2）等碱性基团。（常用产品中R为—CH3）
此外，按活性基团性质还可以分为螯合、两性和氧化还原性等树脂。按合成离子交换树脂的单体种类不同可分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。如苯乙烯系离子交换树脂是由苯乙烯聚合成球状聚苯乙烯后，再引入交换基团而成。苯乙烯系树脂以苯乙烯作为主要原料生产的各种树脂。丙烯酸系树脂以丙烯酸衍生物为主要原料生产的各种树脂。酚醛系以苯酚和醛为主要原料生产的树脂。环氧系树脂以环氧氯丙烷和各种铵为主要原料生产的各种树脂。乙烯吡啶系树脂以乙烯基吡啶为主要原料生产的树脂。
3．按离子交换树脂孔结构和外状分类 （1）凝胶型树脂
这种树脂呈透明的凝胶状结构，所以称为凝胶型树脂（gelresin）。凝胶型树脂的网孔通常很小，平均孔径为1~2nm，且大小不一，在干的状态下，这些网孔并不存在，只有在浸入水中时显现出来。
（2）大孔型树脂
由于在整个树脂内部无论干或湿、收缩或溶胀状态都存在着比凝胶型树脂更大、更多的孔（孔径一般在20~100nm以上），故称其为大孔型树脂（macroporosityresin）
（3）孔型树脂
2
均孔型树脂的网孔较均匀，孔径约数十纳米。 （4）凝胶均粒树脂
在树脂骨架聚合时，采用新型复合分散体系，使形成的树脂粒径比较均匀，这种树脂就称为超凝胶均粒树脂，其机械强度可与大孔型树脂相比，交换容量等化学性能与凝胶型树脂相当，所以，这种树脂特别适用于运行压力、流速较高的中压凝结水处理系统。
4．按用途分类
（1）业级指供一般工业用的树脂
（2）食品级指供食品工业用的树脂，这种树脂必须经过一定处理，以防止食品受到污染
（3）析级指供化学分析用的树脂。这种树脂要经过一定处理，使杂质含量符合分析要求
（4）核等级指供核工业用的树脂。这种树脂也要经特定处理，尽量降低树脂中残存的金属杂质和某些侵蚀性阴离子的含量，以提高树脂的耐辐射性能和减少树脂浸出物对核系统设备的腐蚀影响。
（5）层床专用指用于双层床、三层床的树脂，有时也包括浮床的树脂。其密度和粒度均有特殊要求。
（6）床专用指用于混床的树脂，其粒径的配合有特殊 5．离子交换树脂的命名方式
离子交换树脂产品的型号是根据国家标准GB 1631——79《离子交换产品分类、命名及型号》而制定的。现介绍如下：
（1）全称
行业标准《离子交换树脂产品分类命名及型号》（HG 2-884-76）中规定的命名原则为：离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称依次排列组成。基本名称为离子交换树脂。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理
3
孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的在名称前加“阴”。如：大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
（2）型号
离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号，用以区别活性基因、交联剂等的差异。代号数字的意义见下表：
表1分类代号（第一位数字）
代号 0 1 弱酸性 2 强碱性 3 弱碱性 4 螯合性 5 两性 6 氧化还原性 分类名称 强酸性
表2骨架代号（第二位数字）
代号 0 1 2 3 环氧系 4 乙烯吡啶系 5 脲醛系 6 氯乙烯系 骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系
大孔树脂在型号前加―D‖，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。如D011×7，表示大孔强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交联度为7。
国外一些产品用字母C代表阳离子树脂（C为cation的第一个字母），A代表阴离子树脂（A为Anion的第一个字母），如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。
专用树脂一般附有说明，在树脂型号后加设备要求的符号。例如：在水处理中浮床、层床、混床等专用树脂，在其型号后面分别加FC、SC、MB等符号。
6．离子交换树脂的物理性能 (1)外观
离子交换树脂的外观包括：颗粒的形状、颜色、完整性以及树脂中的异样颗粒和杂质等。目前各种产品标准外观指标见表3。
表3水处理用离子交换树脂外观
4