离子交换树脂基础知识(3)

2019-04-23 19:30

用的蒸馏法迅速被离子交换树脂所取代。在阴、阳离子树脂发展成功后,在单一离子交换塔内同时使用阴、阳离子树脂的研究,获得混床式处理方法的出现,这个特殊的处理方法可以完全除去水中存在的离子。采用混床技术,不仅可以大幅度提高纯水的品质,同时锅炉进水流量也大大提高。目前,离子交换树脂的最大消耗量是用在发电厂的纯水处理上,其次是原子能、半导体、电子工业等。使用离子交换树脂可制得超纯水,可以大幅度提高微小晶片的收率。 2、食品工业

离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业。例如:高果糖浆的制造是由玉米中萃取淀粉后,再经水解反应,产生葡萄糖和果糖,而后再经离子交换处理,可以生产高果糖浆。在葡萄糖转化成果糖的过程中,离子交换树脂可以成功地转化糖溶液完全去离子化。离子交换树脂应用在高果糖浆生产的消耗量仅次于水处理行业。 3、制药工业

离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要的作用。链霉素的开发成功即使突出的例子。羧酸性阳离子交换树脂不仅可从高浓度发酵液中吸附链霉素,同时可以去除杂质。因此可以说,离子交换树脂对高纯度抗菌素的大量生产是有很大贡献的。 4、合成化学和石油化学工业

在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、醇醛缩合、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱,同样可进行上述反应,且优点更多。如树脂可反复使用,产品容易分离,反应器不会被腐蚀,不污染环

境,反应容易控制等。大孔网状结构的强酸性离子交换树脂可应用于石油化学工业中非水溶液体系催化剂。 5、环境保护

离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前许多水溶液或非水溶液中含有的有毒离子或非离子物质已可用树脂进行回收使用。如除去电镀废液中的金属离子,回收电影制片废液里的有用物质,除去废水中的苯酚及其衍生物以及农药废水的处理等。 6、湿法冶金及其他

离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提炼铀及提取稀土金属和贵金属。

离子交换树脂已广泛用于水中痕量离子的富集和分析,以及生化物质的分离、分析等。配体交换树脂作为层析固定相,用于外消璇物的拆分。 七、离子交换树脂的合成

目前实际使用的离子交换树脂几乎都是具有一定程度的球形交联共聚物。优良的离子交换树脂应该具有以下特点:

1、 有一定的、比较均匀的粒度和规整的外形。 2、 有较高的交换容量。 3、 有较快的离子交换速度。 4、 有较好的化学稳定性和热稳定性。 5、 有较好的机械强度和抗摩擦性能。 6、 有较好的抗有机物污染性能和再生性能。

离子交换树脂的合成在方法上可分为加聚型和缩聚型。目前用量最

多的是加聚型离子交换树脂。其中又以交联聚苯乙烯系和交联聚丙烯酸系为主。绝大多数离子交换树脂的合成都是先以悬浮共聚的方法合成交联共聚球体,在通过一定的化学反应引入所需要的离子交换基团。只有少数离子交换树脂是由带功能基团的单体直接由共聚反应制得的。 1、 聚合车间生产胶体白球:

引发剂

苯乙烯 + 二乙烯苯 胶体白球(一次白球和二次白球) 悬浮聚合

交联度:交联剂的加入量占单体总量的百分数表示网状结构粗密的尺度,称为交联度。如×7白球,是指交联度为7的白球。×6.5白球为交联度为6.5的白球。

2、中试车间生产大孔白球:

引发剂

苯乙烯+二乙烯苯 + 致孔剂 大孔白球(D001、D301、D201) 悬浮聚合 3、 二乙烯苯车间生产二乙烯苯

催化剂+高温 粗馏塔 精馏塔 多乙苯 脱氢液 粗DVB DVB(50%等) 脱氢反应

4、 阳树脂车间生产阳树脂:(001×7系列、D001系列、、D113系列) 磺化反应 降温

白球 + 硫酸 + 二氯乙烷 蒸二氯乙烷 多级酸稀释

NaOH

水洗 转型 阳树脂(001×7系列、D001系列)

水解反应 水洗 D113白球 + 硫酸 D113树脂 高温

5、阴树脂车间生产阴树脂:(201×7系列、D201系列、301系列等)

氯化反应 甲醇 三甲胺 白球 + 氯甲醚 + 氯化锌 氯球 抽滤 膨胀 胺化反应

加食盐水 调酸 水洗 阴离子树脂(201×7系列、

D201系列) 八、离子交换树脂的质量指标 1、粒度

迄今为止,绝大多数树脂都是做成球状颗粒状颗粒型。颗粒直径范围通常为0. 315-1.25mm之间。在生产中常用“目数”来表示树脂的颗粒大小。一般商品树脂给出的是粒度的范围。如001×7树脂的粒度为0.315-1.25≥95%。另一种较为适合相互比较粒度的方法是采用有效粒径和均一系数两项指标来表示。所谓有效粒度是指颗粒总量的10%通过,90%保留的筛孔孔径。均匀系数是指通过60%球粒的筛孔孔径与通过10%球粒的筛孔孔径的比值。均匀系数值反映树脂粒度的分布情况,其值越小表示粒度分布越均匀。

离子交换树脂颗粒大小的选择取决于使用的场合。在一般水处理中,树脂粒度与交换过程的水力学行为和离子交换动力学有紧密的联系。粒度越小,水流阻力愈大,流速降低,但离子较换速度加快,这是由于离子在粒内扩散控制作用降低的结果。树脂颗粒的大小,对树脂的交换能力、树脂层中水流分布均匀程度,水流通过树脂层的压力降,以及交换和反洗时树脂的流失等都有很大影响。 2、含水量

含水量是离子交换树脂的重要性能指标之一,主要由树脂的骨架结构,如交联度和功能基的数量所决定。树脂的含水量是指吸收平衡时树脂所含水

量的百分数。树脂的含水量与交联度有关,交联度愈小,内部空隙就大,含水量就愈大。因此,含水量可以间接的反映树脂内部交联度的大小。

不同盐型的树脂含水量也不同。一般地说,强酸性阳离子交换树脂含水量的顺序为:H+>Na+>NH+4>K+。强碱性阴离子交换树脂含水量的顺序为:OH->HCO3->SO42-。离子交换树脂的含水量范围一般为30%-70%。 3、 离子树脂交换容量

离子交换树脂的交换容量是树脂质量的重要指标之一,其定义为一定数量(克或毫升)的离子交换树脂所带的可交换的离子的数量。一般用每克(或每毫升)树脂所含的可交换的离子的毫克当量或每千克树脂的克当量数来表示。离子交换容量有重量交换量和体积交换量两种。 4、密度

树脂的湿视密度指树脂在水中膨胀时,(即工作状态)的堆积密度。 湿视密度=湿树脂重量/树脂所占体积(g/ml)

在实际使用中,常用此值来估算交换柱一定体积树脂层所需装填湿树脂的重量。

湿真密度是指在水中充分膨胀后(即按产品要求的含水率的商品树脂),树脂颗粒本身的密度。

湿真密度=树脂湿重/树脂本身所占的体积 ????(2) 树脂的湿真密度,对交换柱反洗的大小以及混合床再生前分层的好坏影响很大。 5、溶解性

离子交换树脂是一种不溶物质,它不溶于酸、碱及任何有机溶剂,对一般氧化还原剂比较稳定。

6、耐热性

温度过高或过低,对树脂的强度和交换量都有很大的影响。温度过低,易使树脂机械强度降低,当水温小于或等于0℃时,树脂易结冰,并由于内部水分的膨胀而使树脂破碎。从而影响树脂的使用寿命。温度过高易使树脂基团分解,从而影响树脂的交换容量的使用。 7、耐磨性

树脂的耐磨性直接影响树脂的使用寿命,树脂使用一定时间后,会因磨损而流失消耗,因此每年应补充一定量,一般为10%左右。一般用渗磨圆球率和磨后圆球率表示。圆球率越高,树脂的耐磨性越高,磨后圆球率高不一定渗磨圆球率高,渗磨圆球率高时磨后圆球率一般都高。

2010.5.28


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