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离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架(或基因)名称、基本名称组成。 孔隙结构分凝胶型和大孔型两种,凡具有物理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。离 子交换树脂(Amberlite XAD-16)是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化 合物。通常是球形颗粒物。离子交换树脂抛光 树脂一般用于**纯水处理系统末端,来保证系统出水水质能够 维持用水标准。一般出水水质都能达到18兆欧 以上,以及对TOC、SIO2都有一定的控制能力。抛光树脂出厂 的离子型态都是H、OH型装填后及可使用* 再生。一般用于半导体行业。 离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定 了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类,它们可分别与溶液中的阳离子和阴 离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类,阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 (或再 分出中强酸和中强碱性类)。 离子交换树脂的命名方式: 离子交换产 品的型号以三位阿拉伯数字组成,**位数字代表产品的分类,*二位数字代表骨架的差异,* 三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。**、*二位数字的意义,分类名称 强酸性 弱酸性 强 碱性 弱碱性 螯合性 两性 氧化还原性骨架名称 苯乙烯系丙烯酸系 醋酸系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯 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。 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的 强酸性基团,如磺酸基-SO3H,容易在溶液中离解出H+,故呈强酸性。树脂离解后, 本体所含的负电基团,如SO3-,能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的 阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强 ,在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。树脂在 使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复 原来状态,以供再次使用。如上述的阳离子树 脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再 与H+结合而恢复原来的组 成弱酸性阳离子树脂 这类树脂含弱酸性基团,如羧基-COOH,能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团,如 R-COO-(R为碳氢基团),能与溶液中的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸 性即离解性较弱,在低pH下难以离解和进行 离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5~14)起 作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。 强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性 基团,如季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH(R为碳氢基团),能在水中离解出OH-而 呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的 阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。这种树脂的离解 性很强,在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。 弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性 基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级 胺基)-NR2,它们在水中能离解出OH-而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合, 从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情 况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性 条件(如pH1~9)下工作。它可用Na2CO3 、NH4OH进行再生。 离子树脂的转型 以上是树脂的四种基本 类型。在实际使用上,常将这些树脂转变为其他离子型式运行,以适应各种需要。例 如常将强酸性阳离子树脂与NaCl作用,转变为 钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出Na+与溶液中的Ca2+、 Mg2+等阳离子交换吸附,除去这些离子。反应时没有放出H+,可避免溶液pH下降和由此产生的副作用 ( 如蔗糖转化和设备腐蚀等)。这种树脂以钠型 运行使用后,可用盐水再生(不用强酸)。又如阴离子树脂可 转变为氯型再使用,工作时放出Cl-而吸附交 换其他阴离子,它的再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转 变为碳酸氢型(HCO3-)运行。强酸性树脂及 强碱性树脂在转变为钠型和氯型后,就不再具有强酸性及强碱 性,但它们仍然有这些树脂的其他典型性能, 如离解性强和工作的pH范围宽广等。 离子树脂常分为凝胶型和大孔型两类。 凝胶型树脂的高分子骨架,在干燥的情况下内部没有毛细孔。它在吸水时润胀,在大分子链节间形成很微细 的孔隙,通常称为显微孔(micro-pore)。湿润树脂的平均孔径为2~4nm(2×10-6 ~4×10-6mm)。 这类树脂较适合用于吸附无机离子,它们的直径较小,一般为0.3~0.6nm。这类树脂不能吸附大分子**物 质,因后者的尺寸较大,如蛋白质分子直径为5~20nm,不能进入这类树脂的显微孔隙中。 大孔型树脂是在聚合反应时加入致孔剂,形成多孔海绵状构造的骨架,内部有大量*性的微孔,再导入交 换基团制成。它并存有微细孔和大网孔(macro-pore),润湿树脂的孔径达100~500nm,其大小和数量 都可以在制造时控制。孔道的表面积可以增大 到**过1000m2/g。江苏色可赛思树脂有限公司整理这不仅为 离子交换提供了良好的接触条件,缩短了离子 扩散的路程,还增加了许多链节活性中心,通过分子间的范德 华引力(van de Waals force)产生分子吸附作用,能够象活性炭那样吸附各种非离子性物质,扩大它的功 能。一些不带交换功能团的大孔型树脂也能够吸附、分离多种物质,例如化工厂废水中的酚类物。 大孔树脂内部的孔隙又多又大,表面积很大,活性中心多,离子扩散速度快,离子交换速度也快很多,约比 凝胶型树脂快约十倍。使用时的作用快、效率 高,所需处理时间缩短。大孔树脂还有多种优点:耐溶胀,不 易碎裂,耐氧化,耐磨损,耐热及耐温度变化,以及对**大分子物质较易吸附和交换,因而抗污染力强, 并较容易再生。 离子交换树脂进行离子交换反应的性能,表现在它的“离子交换容量”,即每克干树脂或 每毫升湿树脂 所能交换的离子的毫克当量数,meq/g(干) 或 meq/mL(湿);当离子为一价时,毫克当量数即是毫克 分子数(对二价或多价离子,前者为后者乘离子价数)。它又有“总交换容量”、“工作交换容量”和“再 生交换容量”等三种表示方式。 1、总交换容量,表示每单位数量(重量或体积) 树脂能进行离子交换反应的化学基团的总量。 2、工作交换容量,表示树脂在某一定条件下的离子交换能力, 它与树脂种类和总交换容量,以及具体工作 条件如溶液的组成、流速、温度等因素有关。 3、再生交换容量,表示在一定的再生剂量条件下所取得的再生树脂的交换容量,表明树脂中原有化学基团 再生复原的程度。 通常,再生交换容量 为总交换容量的50~90%(一般控制70~80%),而工作交换容量为再生交换容量的 30~90%(对再生树脂而言),后一比率亦称为树脂的利用率。 在实际使用中,离子交换树脂的交换容量包括了吸附容量,但后者所占的比例因树脂结构不同而异。现仍 未能分别进行计算,在具体设计中,需凭经验 数据进行修正,并在实际运行时复核之。 离子树脂交换容量的测定一般以无机离子进行。这些离子尺寸较小 ,能自由扩散到树脂体内,与它内部的 全部交换基团起反应。而在实际应用时,溶液 中常含有高分子**物,它们的尺寸较大,难以进入树脂的 显微孔中,因而实际的交换容量会低于用无机 离子测出的数值。这种情况与树脂的类型、孔的结构尺寸及 所处理的物质有关。 离子交换树脂再生方式之顺流再生 顺流 再生时原水与再生液流过交换剂层的方向相同。因此在再生液流过交换剂层时首先接触到的是交换剂层 上部完全失效的已包含上部交换剂层被置换出来的离子,影响交换剂层下部的再主度(再生度指离子交换剂层 中已再生离子量与全部交换容量的比值),造成处理水质降低、再生剂耗量增加。顺流再生离子交换设备简单 工作可靠,但受原水水质组分影响大,再生效果换容量不能得到充分利用。而再生后,下部再生度较低,为 了提高出水质量和工作交换容量,必须增加再 生剂的耗量。 离子交换树脂再生方式之逆流再生 原水从交换器上部进人与再生液的方向相反,逆流再生(也称对流再生)过程中交换剂层的离子分布状态。与 顺流再生比较,采用逆流再生提高了再生剂利 用率,降低再生剂耗量30%-50%提高出水质量;降低清洗水耗 量30%~50%降低再生废液排放量与排放浓度 ,排放再生废液中酸、碱浓度小于1%,图3-7为氢离子交换逆 流再生废液流出曲线。 1)水处理 水处理领域离子交换树脂的需 求量很大,约占离子交换树脂产量的90%,用于水中的各种阴阳离子的去除。 目前,离子交换树脂的较大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上,其次是原子能、半导体、电子工业等。 2)食品工业 离子交换树脂 可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如:高果糖浆的制造是由玉米中 萃出淀粉后,再经水解反应,产生葡萄糖与果 糖,而后经离子交换处理,可以生成高果糖浆。离子交换树 脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。 3)制药行业 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作用。链霉素的开发成 功即是**的例子。近年还在中药提成等方面 有所研究。 4)合成化学和石油化学工业 在**合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、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。 甲基叔丁基醚(MTBE)的制备,就是用大孔 牌号 NM60SG 离子型 核子级抛光树脂 酸碱性 中性 外观 金黄圆球型 含量≥ 90(%) 颗粒尺度 0.47mm 溶解性 不溶 用途 纯水、**纯水设备 CAS 标准