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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。
再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用,并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。例如:钠型强酸性阳树脂可用 10%NaCl 溶液再生,用药量为其交换容量的 2 倍 (用NaCl 量为117g/ l 树脂 );氢型强酸性树脂用强酸再生,用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此,宜先通入 1~2% 的稀硫酸再生。
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。
由于离子交换作用是可逆的,因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤,可恢复到原状态而重复使用,这一过程称为。阳离子交换树脂可用稀盐酸、稀硫酸等溶液淋洗;阴离子交换树脂可用氢氧化钠等溶液处理,进行再生。
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。
普通的阴离子交换树脂对阴离子的交换次序是:SO42->NO3->HCO3-,对硝酸盐没有选择性,交换水中硫酸根,造成树脂再生频繁,产水中氯离子含量增高,出水水质稳定性差,树脂交换容量低甚至在使用过程中会出现“雪崩”现象(树脂产水硝酸盐含量突然爆表或进水含量)。
密度:通常用湿真密度和湿视密度来表示。当树脂在水中充分膨胀的情况下:树脂的重量与其占有的(不包括树脂间空隙)体积之比叫湿真密度(又称湿真比重)。在使用中如有两种不同种类的树脂混合,可利用湿真密度的不同进行分成。树脂的重量与其占有的(包括树脂间隙空间)体积之比叫湿视密度。当用户设计某交换器时,可根据该交换器的装填体积和采用树脂的湿视密度,计算出需要装填树脂的重量。