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丙烯酸型離子交換樹脂的使用

發布時間: 2021-03-23 17:50:46

1. 大孔弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂用什麼解吸原理是什麼

這個問題太泛泛,離子交換樹脂是個很大的分類,不同種類的產品價格差異很大的,最便宜的是陽樹脂,001*7,5-6千元一噸吧。貴的有負載樹脂催化劑,可以幾十萬一立方米。

2. 離子交換樹脂的原理及應用是什麼

原理
離子交換樹脂是一種聚合物,帶有相應的功能基團。一般情況下,常規的鈉離子交換樹脂帶有大量的鈉離子。當水中的鈣鎂離子含量高時,離子交換樹脂可以釋放出鈉離子,功能基團與鈣鎂離子結合,這樣水中的鈣鎂離子含量降低,水的硬度下降。硬水就變為軟水,這是軟化水設備的工作過程。
當樹脂上的大量功能基團與鈣鎂離子結合後,樹脂的軟化能力下降,可以用氯化鈉溶液流過樹脂,此時溶液中的鈉離子含量高,功能基團會釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結合,這樣樹脂就恢復了交換能力,這個過程叫作「再生」。
由於實際工作的需要, 軟化水設備的標准工作流程主要包括:工作(有時叫做產水,下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個過程。不同軟化水設備的所有工序非常接近,只是由於實際工藝的不同或控制的需要,可能會有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎的軟化水設備都是在這五個流程的基礎上發展來的(其中,全自動軟化水設備會增加鹽水重注過程)。

反洗:工作一段時間後的設備,會在樹脂上部攔截很多由原水帶來的污物,把這些污物除去後,離子交換樹脂才能完全曝露出來,再生的效果才能得到保證。反洗過程就是水從樹脂的底部洗入,從頂部流出,這樣可以把頂部攔截下來的污物沖走。這個過程一般需要5-15分鍾左右。

吸鹽(再生):即將鹽水注入樹脂罐體的過程,傳統設備是採用鹽泵將鹽水注入,全自動的設備是採用專用的內置噴射器將鹽水吸入(只要進水有一定的壓力即可)。在實際工作過程中,鹽水以較慢的速度流過樹脂的再生效果比單純用鹽水浸泡樹脂的效果好,所以軟化水設備都是採用鹽水慢速流過樹脂的方法再生,這個過程一般需要30分鍾左右,實際時間受用鹽量的影響。

慢沖洗(置換):在用鹽水流過樹脂以後,用原水以同樣的流速慢慢將樹脂中的鹽全部沖洗干凈的過程叫慢沖洗,由於這個沖洗過程中仍有大量的功能基團上的鈣鎂離子被鈉離子交換,根據實際經驗,這個過程中是再生的主要過程,所以很多人將這個過程稱作置換。這個過程一般與吸鹽的時間相同,即30分鍾左右。

快沖洗:為了將殘留的鹽徹底沖洗干凈,要採用與實際工作接近的流速,用原水對樹脂進行沖洗,這個過程的最後出水應為達標的軟水。一般情況下,快沖洗過程為5-15分鍾。
應用
1)水處理
水處理領域離子交換樹脂的需求量很大,約占離子交換樹脂產量的90%,用於水中的各種陰陽離子的去除。目前,離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發電廠的純水處理上,其次是原子能、半導體、電子工業等。

2)食品工業
離子交換樹脂可用於製糖、味精、酒的精製、生物製品等工業裝置上。例如:高果糖漿的製造是由玉米中萃出澱粉後,再經水解反應,產生葡萄糖與果糖,而後經離子交換處理,可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業中的消耗量僅次於水處理。

3)制葯行業
制葯工業離子交換樹脂對發展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質量改良具有重要作用。鏈黴素的開發成功即是突出的例子。近年還在中葯提成等方面有所研究。

4)合成化學和石油化學工業
在有機合成中常用酸和鹼作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、鹼,同樣可進行上述反應,且優點更多。如樹脂可反復使用,產品容易分離,反應器不會被腐蝕,不污染環境,反應容易控制等。
甲基叔丁基醚(MTBE)的制備,就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑,由異丁烯與甲醇反應而成,代替了原有的可對環境造成嚴重污染的四乙基鉛。

5)環境保護
離子交換樹脂已應用在許多非常受關注的環境保護問題上。目前,許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質,這些可用樹脂進行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子,回收電影製片廢液里的有用物質等。

6)濕法冶金及其他
離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。

其他補充:
離子交換技術有相當長的歷史,某些天然物質如泡沸石和用煤經過磺化製得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是,隨著現代有機合成工業技術的迅速發展,研究製成了許多種性能優良的離子交換樹脂,並開發了多種新的應用方法,離子交換技術迅速發展,在許多行業特別是高新科技產業和科研領域中廣泛應用。近年國內外生產的樹脂品種達數百種,年產量數十萬噸。
在工業應用中,離子交換樹脂的優點主要是處理能力大,脫色范圍廣,脫色容量高,能除去各種不同的離子,可以反復再生使用,工作壽命長,運行費用較低(雖然一次投入費用較大)。以離子交換樹脂為基礎的多種新技術,如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等,各具獨特的功能,可以進行各種特殊的工作,是其他方法難以做到的。離子交換技術的開發和應用還在迅速發展之中。
離子交換樹脂的應用,是近年國內外製糖工業的一個重點研究課題,是糖業現代化的重要標志。膜分離技術在糖業的應用也受到廣泛的研究。

離子交換樹脂都是用有機合成方法製成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸(酯),通過聚合反應生成具有三維空間立體網路結構的骨架,再在骨架上導入不同類型的化學活性基團(通常為酸性或鹼性基團)而製成。
離子交換樹脂不溶於水和一般溶劑。大多數製成顆粒狀,也有一些製成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3~1.2mm 范圍內,大部分在0.4~0.6mm之間。它們有較高的機械強度(堅牢性),化學性質也很穩定,在正常情況下有較長的使用壽命。
離子交換樹脂中含有一種(或幾種)化學活性基團,它即是交換官能團,在水溶液中能離解出某些陽離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH-或Cl-),同時吸附溶液中原來存有的其他陽離子或陰離子。即樹脂中的離子與溶液中的離子互相交換,從而將溶液中的離子分離出來。

離子交換樹脂的品種很多,因化學組成和結構不同而具有不同的功能和特性,適應於不同的用途。應用樹脂要根據工藝要求和物料的性質選用適當的類型和品種。

3. 大孔弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂用什麼解吸原理是什麼

弱酸性陽離子交換樹脂,再生時一般使用適當濃度的HCl溶液或NaCl溶液

弱酸陽樹脂使用時,料版液中的金屬權陽離子與樹脂上的H離子(Na離子)發生交換,從而達到脫除料液中陽離子的作用
所以再生時,要使用酸或鹽,使H離子(Na離子)將樹脂交換上的金屬陽離子重新交換下來,用於下一周期使用。

4. 離子交換樹脂如何概述

離子抄交換樹脂的結構是怎樣的?

離子交換樹脂主要由高分子骨架和活性基團兩部分組成。

(1)高分子骨架 高分子骨架也稱母體結構。它是具有網狀結構,不溶於酸或鹼的高分子化合物。高分子骨架按其聚合單體,可以分為苯乙烯型和丙烯酸型等。

(2)活性基團 活性基團是由牢固地結合在高分子骨架上不能自由移動的官能團離子和可以自由移動的可交換離子兩部分組成的:


  1. 官能團離子。官能團離子決定著離子交換樹脂的「酸性」或「鹼性」和交換能力的強弱。

  2. 官能團是強酸性的,就叫強酸性離子交換樹脂。官能團離子是強酸性的,就叫強鹼性離子交換樹脂。

  3. 同樣,按官能團離子的性質,還有弱酸的、弱鹼和其他類型的離子交換樹脂

  4. 可交換離子現代交換理論,把離子交換樹脂看作是一種膠體型物質,高分子骨架是「膠核」,活性基團則作為高分子骨架的「雙電層」。其中官能團和部分交換離子組成「吸附層」,另一部分可交換離子組成「擴散層」。由於可交換離子是可以自由移動的,因而可以與水中同符號的離子發生交換反應。


如果離子交換樹脂上的可交換離子為陽離子,就叫H型陽離子交換樹脂。同樣,如果可交換離子為陰離子,就叫OH型陰離子交換樹脂。其餘可依此類推

5. 如何選擇離子交換樹脂

在選擇離子交換樹脂的時候需要注意以下問題

顆粒尺寸:
樹脂一般是顆粒狀的固體,離子交換樹脂顆粒的尺寸是非常重要的一個因素,樹脂顆粒太大,反應速度就比較慢一些,樹脂顆粒小,反應的速度就快一些,但是樹脂的顆粒太小,液體通過時的阻力就會增大,所以一般樹脂的尺寸都是經過嚴格的篩選之後,才能夠確定,一般樹脂的顆粒尺寸在0.4-06mm左右。

交聯度:
樹脂中含交聯劑的重量稱為離子交換樹脂的交聯度,一般以百分比表示。樹脂的交聯度與樹脂的再生、密度、選擇性、耐用性都是息息相關的,交聯度越高,樹脂的再生就比較困難、密度就越高、選擇性更強、耐用性也好一些,交聯度越低則相反。一般樹脂的交聯度在4-14%之間,交聯度為7%左右的性能是比較理想的。

耐熱性:
樹脂無論是儲存還是使用,都需要考慮到溫度的問題,不同的樹脂因為使用的材質不同,具有不同的耐溫性,一般超純水設備樹脂可耐100℃或更高些的溫度,而H型應在100~120℃下使用。苯乙烯系陰樹脂、強鹼性陰離子交換樹脂的使用溫度不超過50~60℃,弱鹼性陰離子交換樹脂可在80℃下使用,丙烯酸系強鹼性陰樹脂的使用溫度應低於38℃。

交換容量:
離子交換樹脂的交換容量,簡單來說就是樹脂能夠交換多少離子,一般單位是meq/g(干樹脂)或 meq/mL(濕樹脂),交換容量可以分為三種,分別是「總交換容量」、「工作交換容量」和「再生交換容量」

價格:
進口離子交換樹脂的價格要比國產樹脂要高一些,除了製造成本以外,價格裡面還包含了進出口關稅、運費等因素,所以在價格上要比國內的樹脂高一些,而且市場也會對樹脂的價格造成影響,例如之前的中美貿易戰,就會對美國進口的樹脂有一定的影響,價格會有一定上調。

6. 什麼叫離子交換樹脂

什麼是離子交換樹脂?

離子交換是一種可逆的化學反應,其中從溶液中除去溶解的離子並用相同或類似電荷的其他離子替換。離子交換樹脂本身不是化學反應物,而是促進離子交換反應的物理介質。樹脂本身由形成烴網路的有機聚合物組成。整個聚合物基質是離子交換位點,其中帶正電離子(陽離子)或帶負電離子(陰離子)的所謂「官能團」固定在聚合物網路上。這些官能團容易吸引相反電荷的離子。


離子交換樹脂基質通過在稱為聚合的過程中使烴鏈彼此交聯而形成。交聯使樹脂聚合物具有更強,更有彈性的結構和更大的容量(按體積計)。雖然大多數IX樹脂的化學組成是聚苯乙烯,但某些類型是由丙烯酸(丙烯腈或丙烯酸甲酯)製造的。然後樹脂聚合物經歷一種或多種化學處理以將官能團結合到位於整個基質中的離子交換位點。這些官能團賦予離子交換樹脂其分離能力,並且從一種樹脂到下一種樹脂會有很大差異。最常見的成分包括:

1.強酸陽離子交換樹脂

由聚苯乙烯基質和磺酸鹽(SO 3 -)官能團組成,其中帶有鈉離子(Na 2+)用於軟化應用,或氫離子(H +)用於脫礦質

2.弱酸陽離子交換樹脂

樹脂由丙烯酸聚合物組成,該聚合物已用硫酸或苛性鈉水解以產生羧酸官能團。由於它們對氫離子(H +)的高親和力,弱酸陽離子交換樹脂通常用於選擇性地除去與鹼度相關的陽離子。

3.強鹼陰離子交換樹脂

通常由經過氯甲基化和胺化的聚苯乙烯基質組成,以將陰離子固定到交換位點。1型強鹼陰離子交換樹脂是通過應用三甲胺生產的,其產生氯離子(Cl -),而2型強鹼陰離子交換樹脂通過應用二甲基乙醇胺生產,其產生氫氧根離子(OH -)。

4.弱鹼陰離子交換樹脂

通常由經過氯甲基化的聚苯乙烯基質組成,然後用二甲胺胺化。弱鹼陰離子交換樹脂

的獨特之處在於它們不具有可交換的離子,因此用作酸吸收劑以除去與強無機酸相關的陰離子。

5.螯合樹脂

螯合樹脂是最常見的特種樹脂類型,用於選擇性去除某些金屬和其他物質。在大多數情況下,樹脂基質由聚苯乙烯組成,盡管多種物質用於官能團,包括硫醇,三乙基銨和氨基膦等。

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7. 各種型號離子交換樹脂

離子交換樹脂有很多不同的型號,各種可以歸類為不同的系列。

◇食品級樹脂系列

1、C100EFG用於軟化水,脫鹽水,純水和高純水制備,污水處理,味精製造,醫葯提純,化工催化,稀有金屬分離等方面也有應用。

2、C104Plus還可用於從水溶液中選擇性地回收過渡金屬。弱酸性陽樹脂被越來越多地應用於廢水處理、降低環境污染等一些特殊應用領域。

3、C-107E軟化水樹脂應用於水處理中去除碳酸鹽類,在較短的接觸時間里對鹼土金屬具有很強的攝取能力。樹脂主要應用於水的軟化和脫鹽。C-107E軟化水樹脂也可以用於選擇性地回收水溶液中的過渡金屬。

4、SR1LNa食品級樹脂是一種顆粒均勻,凝膠型強酸性陽離子交換樹脂。它具有極佳的物理、化學及熱穩定性。SR1LNa 系根據離子交換樹脂在生產過程中不得使用含氯溶劑的特殊規范下所開發出來的,因此適合使用於飲用水軟化及相關食品加工(如蔗汁除鈣處理等)的應用上。SR1LNa食品級樹脂具有最佳物性和化學特質,符合飲用水業界的最嚴謹要求。非常適用於居家、政府、食品飲料行業水處理軟化。

5、HCR-S/S 是通過食品級軟化樹脂,主要應用於飲用水以及食品行業的水質軟化樹脂。其生產過程中使用特殊的歐洲工藝,沒有使用對人體有害的溶劑。

HCR-S/S衛生級軟化樹脂可以用於衛生要求比較高的食品、飲料、醫葯等行業的水質軟化等。

◇強酸性陽離子交換樹脂系列

1、C100, 強酸苯乙烯系樹脂, 高交換容量,軟化除鹽樹脂。

2、C100E, 強酸苯乙烯系樹脂, 特別適用於家用或工業軟化水的制備。

3、C120E, 強酸苯乙烯系樹脂, 專為硬水軟化設計,特別適用於小型家用。

4、C100×10, 強酸苯乙烯系樹脂, 抗氧化性能優越,在混床中和陰離子有良好分離性能。

5、C150, 大孔強酸苯乙烯系樹脂, 優良的耐磨和抗滲透沖擊性能,適用於凝結水處理,連續交換及特殊應用。

6、C160, 大孔強酸苯乙烯系樹脂, 極高的交聯度,高交換容量,專為Quentin工序提供,用於處理工業廢水,具有極好的抗氧化性能。

◇弱酸性陽離子交換樹脂系列

1、C104E, 大孔弱酸丙烯酸系樹脂,高交換容量,良好的動力學特性。

2、C105, 弱酸丙烯酸系樹脂, 高交換容量,能除去暫時的硬度和鹼度,並提供E極產品。

3、C106, 大孔弱酸丙烯酸系樹脂, 極好的抗滲透沖擊性能,供特殊用途,用於氨化凝結水和抗生素固定。

4、C107E, 大孔弱酸丙烯酸系樹脂, 專為家用小型筒型交換器設計。

5、C115E, 弱酸甲基丙烯酸系樹脂, 適用於特殊應用(制葯,抗生素的固定)和Carix工序。

◇強鹼性陰離子交換樹脂系列

1、A400, 強鹼苯乙烯系樹脂, 高效除鹽時有良好的動力學特性。

2、A600, 強鹼苯乙烯系樹脂, 用於制備高純水,有良好的除硅能力。

4、A200, 強鹼苯乙烯系樹脂, 高機械強度,適用於在逆流再生中除硅和鹽。

5、A500, 大孔強鹼苯乙烯系樹脂, 高交工作換容量,極高的機械強度和抗滲透性能,適用於凝結水處理和連續的交換系統,良好的除硅能力。

6、A500P, 大孔強鹼苯乙烯系樹脂, 用於處去有機雜質和糖汁脫色。

7、A510, 大孔強鹼苯乙烯系樹脂, 高交工作換容量,極高的機械強度和耐滲透性能,適用於除鹽,流化床和連續的交換系統。

8、A850, 強鹼丙烯酸系樹脂, 高機械強度,易除去有機物,能反復使用,耐有機物污染,適用於除去水中的鹽和糖汁脫色。

9、A870, 強鹼丙烯酸系樹脂, 高交換容量,易除去有機物,能反復使用,耐有機物污染,適用於水脫鹽。

◇弱鹼性陰離子交換樹脂系列

1、A100, 大孔弱鹼苯乙烯系樹脂, 抗有機物污染,良好的耐滲透性能,選擇性去除水和蔗糖中的鹽。

2、A103S, 大孔弱鹼苯乙烯系樹脂, 葡萄糖和其它有機溶液除鹽,脫色時有較高的交換容量,同樣適用於乳清去除灰分。

3、A105, 大孔弱鹼苯乙烯系樹脂, 具有傑出的抗滲透沖擊和有機物污染性能。特別適合於連續交換系統。

4、A830, 大孔弱酸丙烯酸系樹脂, 高交換容量,適用於海水中除去硫酸鹽,廢水中和。

5、A845, 弱酸丙烯酸系樹脂, 高交工作換容量,去除有機物或有機溶液(糖汁,凝膠)中的鹽。

◇漂萊特混床樹脂系列

1、MB400,混床拋光樹脂, 生產高純無硅脫鹽水,電導率可達小於0.1uS/cm。

2、MB400QR,混床樹脂,生產高純無硅脫鹽水,電導率可達小於0.1uS/cm。

3、MB35,混床樹脂,生產高純無硅脫鹽水,電導率可達小於0.1uS/cm。

4、MB37,混床樹脂, 不可再生的圓筒裝置,可提供<0.1uS/cm的純水。

8. 離子交換樹脂有哪些類型,各有什麼用途及如何使用

類型:
離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和兩性離子交換樹脂。若帶有酸性功能基,能與溶液中的陽離子進行交換,稱為陽離子交換樹脂;若帶有鹼性功能基,能與陰離子進行交換,則稱為陰離子交換樹脂。兩性樹脂是一類在同一樹脂中存在著陰、陽兩種基團的離子交換樹脂,包括強酸-弱鹼型、弱酸-強鹼型和弱酸-弱鹼型。
使用方法:
1、熱水洗滌
准備使用的新樹脂先用熱水反復清洗。陽樹脂可用70~80℃的熱水,陰樹脂(特別是強鹼陰樹脂)的耐熱性較差,可用50~60℃的熱水。開始浸洗時,每隔15分鍾左右換水一次,浸洗時要不是攪拌,換水4~5次後,可隔30分鍾左右換水一次,總共換水7~8次,浸泡至洗滌水不帶褐色,泡沫很少時為止。
2、酸、鹼處理
樹脂用熱水洗滌後裝填進柱,再用酸、鹼處理。陽樹脂用1mol/1HCL緩緩流過樹脂層,用量約為樹脂體積的2~3倍,約2小時流完,用水稍淋洗後,再用1mol/1NaOH流過樹脂層,用量和流速同前。鹼流完後,用水淋洗至出水ph9左右,再用1mol/1HCL或0.5mol/1H2SO4將樹脂轉成H+型,用量為樹脂體積的3~4倍,流速與前同。酸流完後,用水淋洗至出水ph6以上時,即可投入運行。

9. 離子交換樹脂的基本類型

1.離子交換樹脂的基本類型
(1)  強酸性陽離子樹脂
這類樹脂含有大量的強酸性基團,如磺酸基-SO3H,容易在溶液中離解出H+,故呈強酸性。樹脂離解後,本體所含的負電基團,如SO3-,能吸附結合溶液中的其他陽離子。這兩個反應使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強,在酸性或鹼性溶液中均能離解和產生離子交換作用。
樹脂在使用一段時間後,要進行再生處理,即用化學葯品使離子交換反應以相反方向進行,使樹脂的官能基團回復原來狀態,以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理,此時樹脂放出被吸附的陽離子,再與H+結合而恢復原來的組成。
(2)  弱酸性陽離子樹脂
這類樹脂含弱酸性基團,如羧基-COOH,能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解後餘下的負電基團,如R-COO-(R為碳氫基團),能與溶液中的其他陽離子吸附結合,從而產生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱,在低pH下難以離解和進行離子交換,只能在鹼性、中性或微酸性溶液中(如pH5~14)起作用。這類樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)。
(3) 強鹼性陰離子樹脂
這類樹脂含有強鹼性基團,如季胺基(亦稱四級胺基)-NR3OH(R為碳氫基團),能在水中離解出OH-而呈強鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合,從而產生陰離子交換作用。
這種樹脂的離解性很強,在不同pH下都能正常工作。它用強鹼(如NaOH)進行再生。
(4) 弱鹼性陰離子樹脂
這類樹脂含有弱鹼性基團,如伯胺基(亦稱一級胺基)-NH2、仲胺基(二級胺基)-NHR、或叔胺基(三級胺基)-NR2,它們在水中能離解出OH-而呈弱鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合,從而產生陰離子交換作用。這種樹脂在多數情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH1~9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進行再生。
(5)  離子樹脂的轉型
以上是樹脂的四種基本類型。在實際使用上,常將這些樹脂轉變為其他離子型式運行,以適應各種需要。例如常將強酸性陽離子樹脂與NaCl作用,轉變為鈉型樹脂再使用。工作時鈉型樹脂放出Na+與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽離子交換吸附,除去這些離子。反應時沒有放出H+,可避免溶液pH下降和由此產生的副作用(如蔗糖轉化和設備腐蝕等)。這種樹脂以鈉型運行使用後,可用鹽水再生(不用強酸)。又如陰離子樹脂可轉變為氯型再使用,工作時放出Cl-而吸附交換其他陰離子,它的再生只需用食鹽水溶液。氯型樹脂也可轉變為碳酸氫型(HCO3-)運行。強酸性樹脂及強鹼性樹脂在轉變為鈉型和氯型後,就不再具有強酸性及強鹼性,但它們仍然有這些樹脂的其他典型性能,如離解性強和工作的pH范圍寬廣等。
2、離子交換樹脂基體的組成
離子交換樹脂的基體(matrix),製造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)兩大類,它們分別與交聯劑二乙烯苯產生聚合反應,形成具有長分子主鏈及交聯橫鏈的網路骨架結構的聚合物。苯乙烯系樹脂是先使用的,丙烯酸系樹脂則用得較後。
這兩類樹脂的吸附性能都很好,但有不同特點。丙烯酸系樹脂能交換吸附大多數離子型色素,脫色容量大,而且吸附物較易洗脫,便於再生,在糖廠中可用作主要的脫色樹脂。苯乙烯系樹脂擅長吸附芳香族物質,善於吸附糖汁中的多酚類色素(包括帶負電的或不帶電的);但在再生時較難洗脫。因此,糖液先用丙烯酸樹脂進行粗脫色,再用苯乙烯樹脂進行精脫色,可充分發揮兩者的長處。
樹脂的交聯度,即樹脂基體聚合時所用二乙烯苯的百分數,對樹脂的性質有很大影響。通常,交聯度高的樹脂聚合得比較緊密,堅牢而耐用,密度較高,內部空隙較少,對離子的選擇性較強;而交聯度低的樹脂孔隙較大,脫色能力較強,反應速度較快,但在工作時的膨脹性較大,機械強度稍低,比較脆而易碎。工業應用的離子樹脂的交聯度一般不低於4%;用於脫色的樹脂的交聯度一般不高於8%;單純用於吸附無機離子的樹脂,其交聯度可較高。
除上述苯乙烯系和丙烯酸系這兩大系列以外,離子交換樹脂還可由其他有機單體聚合製成。如酚醛系(FP)、環氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等。
3、離子交換樹脂的物理結構
離子樹脂常分為凝膠型和大孔型兩類。
凝膠型樹脂的高分子骨架,在乾燥的情況下內部沒有毛細孔。它在吸水時潤脹,在大分子鏈節間形成很微細的孔隙,通常稱為顯微孔(micro-pore)。濕潤樹脂的平均孔徑為2~4nm(2×10-6 ~4×10-6mm)。
這類樹脂較適合用於吸附無機離子,它們的直徑較小,一般為0.3~0.6nm。這類樹脂不能吸附大分子有機物質,因後者的尺寸較大,如蛋白質分子直徑為5~20nm,不能進入這類樹脂的顯微孔隙中。
大孔型樹脂是在聚合反應時加入致孔劑,形成多孔海綿狀構造的骨架,內部有大量永久性的微孔,再導入交換基團製成。它並存有微細孔和大網孔(macro-pore),潤濕樹脂的孔徑達100~500nm,其大小和數量都可以在製造時控制。孔道的表面積可以增大到超過1000m2/g。這不僅為離子交換提供了良好的接觸條件,縮短了離子擴散的路程,還增加了許多鏈節活性中心,通過分子間的范德華引力(van de Waal's force)產生分子吸附作用,能夠象活性炭那樣吸附各種非離子性物質,擴大它的功能。一些不帶交換功能團的大孔型樹脂也能夠吸附、分離多種物質,例如化工廠廢水中的酚類物。
大孔樹脂內部的孔隙又多又大,表面積很大,活性中心多,離子擴散速度快,離子交換速度也快很多,約比凝膠型樹脂快約十倍。使用時的作用快、效率高,所需處理時間縮短。大孔樹脂還有多種優點:耐溶脹,不易碎裂,耐氧化,耐磨損,耐熱及耐溫度變化,以及對有機大分子物質較易吸附和交換,因而抗污染力強,並較容易再生。
4、離子交換樹脂的離子交換容量
離子交換樹脂進行離子交換反應的性能,表現在它的「離子交換容量」,即每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當量數,meq/g(干)或 meq/mL(濕);當離子為一價時,毫克當量數即是毫克分子數(對二價或多價離子,前者為後者乘離子價數)。它又有「總交換容量」、「工作交換容量」和「再生交換容量」等三種表示方式。
1、總交換容量,表示每單位數量(重量或體積)樹脂能進行離子交換反應的化學基團的總量。
2、工作交換容量,表示樹脂在某一定條件下的離子交換能力,它與樹脂種類和總交換容量,以及具體工作條件如溶液的組成、流速、溫度等因素有關。
3、再生交換容量,表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量,表明樹脂中原有化學基團再生復原的程度。
通常,再生交換容量為總交換容量的50~90%(一般控制70~80%),而工作交換容量為再生交換容量的30~90%(對再生樹脂而言),後一比率亦稱為樹脂的利用率。
在實際使用中,離子交換樹脂的交換容量包括了吸附容量,但後者所佔的比例因樹脂結構不同而異。現仍未能分別進行計算,在具體設計中,需憑經驗數據進行修正,並在實際運行時復核之。
離子樹脂交換容量的測定一般以無機離子進行。這些離子尺寸較小,能自由擴散到樹脂體內,與它內部的全部交換基團起反應。而在實際應用時,溶液中常含有高分子有機物,它們的尺寸較大,難以進入樹脂的顯微孔中,因而實際的交換容量會低於用無機離子測出的數值。這種情況與樹脂的類型、孔的結構尺寸及所處理的物質有關。
5、離子交換樹脂的吸附選擇性
離子交換樹脂對溶液中的不同離子有不同的親和力,對它們的吸附有選擇性。各種離子受樹脂交換吸附作用的強弱程度有一般的規律,但不同的樹脂可能略有差異。主要規律如下:
(1)  對陽離子的吸附
高價離子通常被優先吸附,而低價離子的吸附較弱。在同價的同類離子中,直徑較大的離子的被吸附較強。一些陽離子被吸附的順序如下:
Fe3+  > Al3+  > Pb2+  > Ca2+  > Mg2+  > K+  > Na+  > H+
(2)  對陰離子的吸附
強鹼性陰離子樹脂對無機酸根的吸附的一般順序為:
SO42-> NO3- > Cl- > HCO3- > OH-
弱鹼性陰離子樹脂對陰離子的吸附的一般順序如下:
OH-> 檸檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- >草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- >醋酸根- > HCO3-
(3)  對有色物的吸附
糖液脫色常使用強鹼性陰離子樹脂,它對擬黑色素(還原糖與氨基酸反應產物)和還原糖的鹼性分解產物的吸附較強,而對焦糖色素的吸附較弱。這被認為是由於前兩者通常帶負電,而焦糖的電荷很弱。
通常,交聯度高的樹脂對離子的選擇性較強,大孔結構樹脂的選擇性小於凝膠型樹脂。這種選擇性在稀溶液中較大,在濃溶液中較小。
6、離子交換樹脂的物理性質
離子交換樹脂的顆粒尺寸和有關的物理性質對它的工作和性能有很大影響。
(1)  樹脂顆粒尺寸
離子交換樹脂通常製成珠狀的小顆粒,它的尺寸也很重要。樹脂顆粒較細者,反應速度較大,但細顆粒對液體通過的阻力較大,需要較高的工作壓力;特別是濃糖液粘度高,這種影響更顯著。因此,樹脂顆粒的大小應選擇適當。如果樹脂粒徑在0.2mm(約為70目)以下,會明顯增大流體通過的阻力,降低流量和生產能力。
樹脂顆粒大小的測定通常用濕篩法,將樹脂在充分吸水膨脹後進行篩分,累計其在20、30、40、50……目篩網上的留存量,以90%粒子可以通過其相對應的篩孔直徑,稱為樹脂的「有效粒徑」。多數通用的樹脂產品的有效粒徑在0.4~0.6mm之間。
樹脂顆粒是否均勻以均勻系數表示。它是在測定樹脂的「有效粒徑」坐標圖上取累計留存量為40%粒子,相對應的篩孔直徑與有效粒徑的比例。如一種樹脂(IR-120)的有效粒徑為0.4~0.6mm,它在20目篩、30目篩及40目篩上留存粒子分別為:18.3%、41.1%、及31.3%,則計算得均勻系數為2.0。
(2)  樹脂的密度
樹脂在乾燥時的密度稱為真密度。濕樹脂每單位體積(連顆粒間空隙)的重量稱為視密度。樹脂的密度與它的交聯度和交換基團的性質有關。通常,交聯度高的樹脂的密度較高,強酸性或強鹼性樹脂的密度高於弱酸或弱鹼性者,而大孔型樹脂的密度則較低。例如,苯乙烯系凝膠型強酸陽離子樹脂的真密度為1.26g/mL,視密度為0.85g/mL;而丙烯酸系凝膠型弱酸陽離子樹脂的真密度為1.19g/mL,視密度為0.75g/mL。
(3)  樹脂的溶解性
離子交換樹脂應為不溶性物質。但樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質,及樹脂分解生成的物質,會在工作運行時溶解出來。交聯度較低和含活性基團多的樹脂,溶解傾向較大。
(4)  膨脹度
離子交換樹脂含有大量親水基團,與水接觸即吸水膨脹。當樹脂中的離子變換時,如陽離子樹脂由H+轉為Na+,陰樹脂由Cl-轉為OH-,都因離子直徑增大而發生膨脹,增大樹脂的體積。通常,交聯度低的樹脂的膨脹度較大。在設計離子交換裝置時,必須考慮樹脂的膨脹度,以適應生產運行時樹脂中的離子轉換發生的樹脂體積變化。
(5)  耐用性
樹脂顆粒使用時有轉移、磨擦、膨脹和收縮等變化,長期使用後會有少量損耗和破碎,故樹脂要有較高的機械強度和耐磨性。通常,交聯度低的樹脂較易碎裂,但樹脂的耐用性更主要地決定於交聯結構的均勻程度及其強度。如大孔樹脂,具有較高的交聯度者,結構穩定,能耐反復再生。
7、離子交換樹脂的品種
離子交換樹脂在國內外都有很多製造廠家和很多品種。國內製造廠有數十家,主要的有上海樹脂廠、南開大學化工廠、晨光化工研究院樹脂廠、南京樹脂廠等;國外較著名的如美國Rohm & Hass公司生產的Amberlite系列、Dow化學公司的Dowex系列、法國Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列,還有Ionac系列、Allassion系列等。樹脂的牌號多數由各製造廠或所在國自行規定。國外一些產品用字母C代表陽離子樹脂(C為cation的第一個字母),A代表陰離子樹脂(A為Anion的第一個字母),如Amberlite的IRC和IRA分別為陽樹脂和陰樹脂,亦分別代表陽樹脂和陰樹脂。我國化工部規定(HG2-884-76),離子交換樹脂的型號由三位阿拉伯數字組成。第一位數字代表產品的分類:0 代表強酸性,1代表弱酸性,2代表強鹼性,3代表弱鹼性,4代表螯合性,5代表兩性,6代表氧化還原。第二位數字代表不同的骨架結構:0代表苯乙烯系,1代表丙烯酸系,2代表酚醛系,3代表環氧系等。第三位數字為順序號,用以區別基體、交聯基等的差異。此外大孔型樹脂在數字前加字母D。因此,D001是大孔強酸性苯乙烯系樹脂。

10. 陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂的區別和用法

陽離子交換樹脂:

  1. 陽離子交換樹脂是在交聯為7%的苯乙烯,二乙烯共聚體上帶有磺酸基(-SO3H)的陽離子交換樹脂,是一種磺酸化苯乙烯系凝膠型強酸性陽離子交換樹脂。它在鹼性、中性、甚至酸性介質中都顯示離子交換功能。本產品具有交換容量高、交換速度快、機械強度好等特點。主要用於鍋爐硬水軟化和純水制備,也用於濕法冶金、製糖、制葯、味精行業,以及作為催化劑和脫水劑。

  2. 陽離子交換樹脂含弱酸性基團,如羧基-COOH,能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解後餘下的負電基團,如R-COO-(R為碳氫基團),能與溶液中的其他陽離子吸附結合,從而產生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱,在低pH下難以離解和進行離子交換,只能在鹼性、中性或微酸性溶液中(如pH5~14)起作用。這類陽離子交換樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)。

陰離子交換樹脂:

  1. 陰離子交換樹脂含有大量的強酸性基團,如磺酸基-SO3H,容易在溶液中離解出H+,故呈強酸性。樹脂離解後,本體所含的負電基團,如SO3-,能吸附結合溶液中的其他陽離子。這兩個反應使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強,在酸性或鹼性溶液中均能離解和產生離子交換作用。

陽離子交換樹脂在使用一段時間後,要進行再生處理,即用化學品使離子交換反應以相反方向進行,使陽離子交換樹脂的功能基團回復原來狀態,以供再次使用。如上述的陰離子樹脂是用強酸進行再生處理,此時樹脂放出被吸附的陽離子,再與H+結合而恢復原來的組成。

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