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离子交换树脂的工作原理及优缺点分析将离子性官能基结合在树脂(有机高分子)上的材料,称之为 "离子交换树脂". 树脂表面带有磺酸 (sulfonic acid) 者,称为阳离子交换树脂,而带有四级氨离子的,则为阴离子交换树脂。由于离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子,所以经常使用于纯水、超纯水的制造程序中。
离子交换树脂使用一段时间后,吸附的杂质接近饱和状态,就要进行再生处理,用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去,使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中,为降低再生费用,要适当控制再生剂用量,使树脂的性能恢复到经济合理的再生水平,通常控制性能恢复程度为 70~80% .如果要达到更高的再生水平,则再生剂量要大量增加,再生剂的利用率则下降。
树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生比较困难,需用再生剂量比理论值高相当多;而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生,所用再生剂量只需稍多于理论值。此外,大孔型和交联度低的树脂较易再生,而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。
树脂在使用较长时间后,由于它所吸附的一部分杂质 ( 特别是大分子有机胶体物质 ) 不易被常规的再生处理所洗脱,逐渐积累而将树脂污染,使树脂效能降低。此时要用特殊的方法处理。例如:阳离子树脂受含氮的两性化合物污染,可用 4%NaOH 溶液处理,将它溶解而排掉;阴离子树脂受有机物污染,可提高碱盐溶液中的 NaOH 浓度至0.5~1.0%,以溶解有机物。
污染较严重的树脂,可用酸或碱性食盐溶液反复处理,如先用 10%NaCl +1%NaOH 碱盐溶液溶解有机物,再用 4%HCl 或分别用 10%NaOH 及 1%HCl 溶解无机物,随后再用 10%NaCl +1%NaOH 处理,在约 70℃下进行。
大孔弱碱性阴离子交换树脂的工业产品中,含有大量低聚合物和无反应单体,还含有铁,铅,铜等无机杂质,如果树脂与水,酸,碱或其他溶液接触,这些物质就会被导入溶液中,从而对出水水质产生影响,因此在使用新树脂之前需要对其进行处理。 用5%的稀盐酸除去,有机杂质是 用4%的稀氢氧化钠溶液除去,近中性洗即可。 用于医药配制的,应当浸泡在乙醇中处理。
阴离子交换树脂出水应该是呈中性的。但是如果前端的H+交换树脂有微量Na+泄漏,就会由于含有微量NaOH而呈弱碱性。强碱性阴离子交换树脂还可以用于除硅,但是在去除的过程中需要进水呈酸性,因为在酸性条件下,水中的硅酸化合物以硅酸分子的形态存在,才能与强碱性树脂进行交换反应。
粒径的大小关系到树脂的交换速度、交换能力、压力损失和反洗时树脂层展开高度等性能。粒径太小,树脂容易流失。适合的粒径范围(粒度)如:0.315~1.25毫米,在一般水处理设备中,有利于提高树脂的使用效果。
一般来说,湿树脂的体积要大于干树脂的体积。树脂在转型不同离子形态时,其体积也会发生变化。例如:732阳离子交换树脂,从钠型转成氢型,其体积增大约10%。所以,在设计使用设备的体积时,要考虑树脂的膨胀性。