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—— 离子交换树脂、阻垢剂和草酸等水处理药剂生产厂家,及使用服务公司

离子交换树脂是什么

离子交换树脂是由苯乙烯、丙烯酸(酯)、交联剂二乙烯苯等成分合成的不溶性球形颗粒高分子聚合物,结构类似树枝的立体网状,具有内部功能的阴阳离子活性基团,作用原理是其与水中的离子发生反应来实现对水中离子的选择性吸附和去除,继而达到净化水质的功效,是一种用途于水处理和化学分析等领域的重要材料。
           
           
              

        

作用原理
   离子交换树脂原理即是离子交换树脂把溶液中的盐分脱离出来的过程:离子交换树脂作用于环境水溶液中,其含有的金属阳离子(Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基(—SO3H)、羧基(—COOH)或苯酚基(—C6H4OH)等酸性基团,在水中易生成H+离子)上的H+ 进行离子交换,使得溶液中的阳离子被转移到树脂上,而树脂上的H+交换到水中,(即为阳离子交换树脂原理);水溶液中的阴离子(Cl-、HCO3-等)与阴离子交换树脂(含有季胺基[-N(CH33OH]、胺基(—NH2)或亚胺基(—NH2)等碱性基团,在水中易生成OH-离子)上的OH-进行交换,水中阴离子被转移到树脂上,而树脂上的OH-交换到水中,(即为阴离子交换树脂原理),而H+与OH-相结合生成水,从而达到脱盐的功效,工作原理图如下:

          
         

组成、命名及型号
  离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子滤料材料,其结构由三部分组成:  

   1、高分子链:提供树脂的体系框架,一般为苯乙烯系列的合成高分子。

   2、官能团:树脂表面含有的交换基团,能与目标离子发生选择性交换作用。常见的有-SO3H、-COOH、-NH2、-OH等。

   3、可交换离子:官能团上与交换基团相结合的离子,可以与液相或气相中的其他离子交换。
   离子交换树脂也可以看作多功能基的高分子化合物,对于具有能离解出阳离子作为可交换离子与外来的阳离子进行交换的物质叫做阳离子交换树脂,相当高分子的多元酸;对于能离解出阴离子作为可交换离子的物质,叫做阴离子交换树脂,相当于高分子多元碱,所以它们通常被列入高分子领域,又由于这种功能基除了离子交换的功能外,还能起吸附等多种作用,所以也属于功能高分子。
   离子交换树脂按骨架的物理结构分为凝胶型和大孔型,其中各有两大类:阳离子树脂和阴离子树脂,“阳”离子是指酸性离子,“阴”离子是指碱性离子,依据其内部活性基因又大致分为四小类:分别是强酸性阳离子、弱酸性阳离子、强碱性阴离子、弱碱性阴离子交换树脂。
               

   四种类型的离子交换树脂的官能团不同:

  •     强酸性:通常具有磺酸基团,例如聚苯乙烯磺酸钠或聚AMPS,
  •      强碱性:通常以季氨基为特征,例如三甲基铵基团,例如聚APTAC),
  •      弱酸性:通常具有羧酸基团,
  •      弱碱性:通常具有伯氨基、仲氨基和/或叔氨基,例如聚乙烯胺。

   离子交换树脂命名方式依据性质、结构骨架、基本名称进行,为了便于记录,就用型号代替,大孔型常用D表示,三位数字组成型号,如001、201、113等。第1位数字表示即性质,第2位数字表示结构骨架,第3位数字为顺序号。第1、第2位数字的含义见下表:

代号

性质分类名称

结构骨架分类名称

0

强酸性

苯乙烯系

1

弱酸性

丙烯酸系

2

强碱性

酚醛系

3

弱碱性

环氧系

4

螯合性

乙烯吡啶系

5

两性

脲醛系

6

氧化还原

氯乙烯系

     如D301,即为大孔弱碱性环氧型。
   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。
   国外则用字母C代表阳离子树脂(C为cation的第一个字母),A代表阴离子树脂(A为Anion的第一个字母),如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂,亦分别代表阳树脂和阴树脂。

           

基本功能特性及作用
            
   1、
交联功能:大多数典型的离子交换树脂基于交联聚苯乙烯,而交联的作用是会降低树脂的离子交换能力、延长完成离子交换过程所需时间、提高树脂的坚固性能;离子交换树脂除了制成珠状材料外还可制成膜,这些离子交换膜由高度交联的离子交换树脂制成,允许离子通过,但不允许水通过,适用于电渗析。
   2、吸引功能:阴离子树脂和阳离子树脂是离子交换过程中常用的两种树脂,其中阴离子树脂吸引带负电的离子、阳离子树脂吸引带正电的离子。   

     3、高选择性:离子交换树脂可以高度选择性地交换某些特定的离子。通过选择不同的交换基团,可以选择性吸附不同种类的离子,这种高选择性使其可以广泛用于净化和分离各种离子。

   4、高容量:离子交换树脂具有很高的离子交换容量,一定量的树脂可以交换大量的离子,这种高容量使其非常适用于大规模的水处理和离子分离。

   5、可再生:离子交换树脂工作寿命长,无二次污染,可达到最低的TOC溶出物,更可通过一定的再生过程,如酸性再生或碱性再生,恢复其离子交换能力,这种可再生性可有效减少树脂的使用成本,实现其重复利用。

   6、稳定性好:离子交换树脂具有很好的化学稳定性和机械稳定性,不易老化变质,使用寿命长。这种优良的稳定性可最大程度发挥其性能,延长使用时间。

   7、吸附速度快:离子交换树脂具有较快的吸附速度,可以在较短时间内完成大量离子的交换,这种快速的吸附动力学性能使其非常适于连续的离子交换操作。

   8、具有超纯水出水更低的离子和金属残留特性;
   9、超纯水混床树脂仅需4倍床层体积的冲洗便能使出水达到18.3兆;
   10、高度耐磨性,防止使用过程中出现破碎;
            
   11、具有更好的动力学性能,以及更高的交换容量和运行流速,使再生时的废水量大幅下降;
   12、树脂颗粒更均匀,更易再生,冲洗速度快,离子泄漏率低,强度更高不易破损(树脂颗粒无裂纹率>95%);
   13、树脂年补充量极低,使用户制水成本大幅降低。

      

离子交换树脂如何再生:
   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,即是离子交换树脂再生。    
   1、大孔吸附树脂简单再生的方法是用不同浓度的溶剂按极性从大到小剃度洗脱,再用2-3BV的稀酸、稀碱溶液浸泡洗脱,水洗至PH值中性即可使用。  
   2、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。  
   3、氯型强碱性树脂,主要以NaCl溶液来再生,但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出,故通常使用含10%NaCl+0.2%NaOH的碱盐液再生,常规用量为每升树脂用150-200gNaCl,及34gNaOH,OH型强碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生。  
   4、一些脱色树脂(特别是弱碱性树脂)宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸,使树脂 pH值下降至6左右,再用水正洗,反洗各一次。
   5、再生后的树脂可重复使用。

           

离子交换树脂使用方法
 
其使用工艺流程包括清洗、离子交换、反洗、再洗、正洗五个阶段,树脂的再生是利用离子交换反应的可逆性进行的,阳离子交换树脂失效后可采用酸液再生、阴离子交换树脂失效后可采用碱液再生。 
   1、将树脂放在一大桶内,先用清水漂洗干净,滤干。
   2、用80%-90%工业乙醇浸泡24小时,洗去树脂内的乙醇溶性有机物然后抽干(滤液供回收乙醇)。 
   3、用40-50℃的热水浸泡2小时,洗涤几次后,再浮选或筛选出粒度合适的树脂。目的是洗去树脂内的水溶性杂质和乙醇味。然后抽干。  
   4、用4倍于树脂量的2摩尔/升盐酸(1:5)溶液浸泡处理2小时(要经常翻动),目的是洗去酸溶性杂质。用蒸馏水或自来水洗至中性,抽干。
   5、用4倍于树脂量的2摩尔/升(8%)氢氧化钠溶液浸泡2小时(需经常翻动),目的是洗去碱溶性杂物。用蒸馏水或自来水洗至中性,抽干,备用。
   6、如果是阴离子树脂,可转型为C1型或OH型,用盐酸按上法处理一次即可;如是阳离子树脂,可转为H型或Na型,用氢氧化钠按上法处理一次即可。   
   7、再生用过的树脂。如希望阳离子树脂为H型、Na型或NH4型,则可分别用盐酸、氢氧化钠或氢氧化铵处理;要使阴离子树脂为C1型、OH型,则可用盐酸或氢氧化钠分别处理。  
   8、树脂宜保存于阴凉处,但不宜深冻,因深冻会破坏树脂的内部结构。短期存放可置于1摩尔/升盐酸或氢氧化钠溶液中。长期存放可加入适量防腐剂封存。遇到树脂长霉,可用1%甲醛浸泡1小时后,再漂洗干净,然后进行再行处理。

        

作用与用途、应用领域
   离子交换树脂分类为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,用途于电力、石油、化工、冶金、电镀、医药、食品、印染及三废治理等水处理领域,作用是去除各种阴阳离子,达到净化水质的目的。
   1、去除水中的各种阴阳离子
   离子交换树脂应用于水中的各种阴阳离子的去除,其最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上。
                
   2、食品工业
   离子交换树脂不是危险品类,用途于制糖、味精、酒的精制、生物制品等食品工业,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。
        
   3、制药行业
   离子交换树脂对制药行业的发展表现在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突出的例子,离子交换树脂在中药提成等方面的研究也功效显著。   
   4、合成化学和石油化学行业
         
   离子交换树脂在有机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。
   另外,甲基叔丁基醚的制备,就是用大孔型离子交换树脂作催化剂,由异丁烯与甲醇反应而成,代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。 
   5、环境保护行业
   离子交换树脂应用于许多非常受关注的环境保护问题上,如许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质,这些可用树脂进行回收使用,如去除电镀废液中的金属离子,回收电影制片废液里的有用物质等。 
   6、湿法冶金行业
   离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。
   7、电子、核科技等高端技术行业
        
   随着离子交换树脂和有机合成工业技术的发展,离子交换树脂的作用在电子、核工业等高端技术行业发挥得更大,如在“神州五号”、“神舟六号”载人宇宙飞船和“嫦娥一号”探月卫星工程中的军用电子元器件,就是在离子交换树脂作用下制造的。

            

  总结:离子交换树脂是中国化的名字,国际纯粹与应用化学联合会叫离子交换树脂的名字是高分子聚合物,即离子交换树脂是由苯乙烯、丙烯酸(酯)、交联剂二乙烯苯等聚合成的高分子聚合物,常用的树脂种类有凝胶型和大孔型两种,其中具有物理孔结构的称大孔型树脂,大孔树脂又分为酸性和碱性两类,属酸性的在名称前加“阳”,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、大孔强碱性阴离子交换树脂。