離子交換樹脂的基本參數:
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,前者為后者乘離子價數)。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),后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,但后者所占的比例因樹脂結構不同而異?,F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,并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于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。
離子交換樹脂的吸附選擇性
離子交換樹脂分為陰陽兩種類型,陽離子交換樹脂又分為強酸性和弱酸性,陰離子交換樹脂分為強堿性和弱堿性。
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。
強酸型陽離子交換樹脂吸附的順序:
Fe3+>Al3+>>Pb2+Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+> H+> Li+
弱酸型陽離子交換樹脂吸附順序:
H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>Li+
2-對陰離子的吸附:
強堿性陰離子樹脂對無機酸根的吸附的一般順序為:
SO42->NO3->Cl-> OH->F->HCO3->HSiO2-
弱堿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->PO4 3->NO2->Cl->醋酸根-> HCO3-
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-樹脂的粒徑
離子交換樹脂通常制成珠狀的小顆粒,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。
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后進行篩分,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0.315~1.25mm之間。
2-樹脂的均一系數
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%,則計算得均勻一系數為2.0。
3-樹脂的密度
樹脂的密度分干密度/濕密度,濕密度又分有,濕真密度/濕視密度,一般按照濕視密度確定實際生產中的裝填量。
4-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 。
5-轉型膨脹率
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。
離子交換樹脂的使用方法:
一、新樹脂的預處理
在離子交換樹脂的工業產品中,常含有少量有機低聚物和未參加反應的單體以及鐵、鋁、銅等一些無機雜質。在使用初期會逐漸溶解釋放,影響出水水質或產品質量。因此,新樹脂在使用前必須進行預處理,具體方法如下:
1-新樹脂填裝:先將交換器內從底部上水至1/2處,打開上部人孔門裝入樹脂。
2-樹脂裝入交換器后,用10%NaCL溶液浸泡8-12h,用潔凈水反洗樹脂層,展開率為50~70%,直至出水清澈、無氣味、無雜質、無細碎樹脂為止。
3-用約2倍樹脂體積的4~5%HCI,以2m/h流速通過樹脂層。全部通入后,浸泡4--8小時,排去酸液,用潔凈水沖洗至出水呈中性。沖洗流速為10~20m/h。
4-用約2倍樹脂體積的2~5%NaOH溶液,按上面進HCI的方法通入和浸泡。排去堿液,用潔凈水沖洗至出水呈中性。流速同上。
5-酸、堿溶液重復進行2-3次,可獲得更好的效果。
陽樹脂如用Na型最后一次用NaOH處理,如用H型最后一次HCL處理。
陰樹脂如用OH型最后一次用NaOH處理,如用CL型最后一次HCL處理。
經預處理后的樹脂,在第一次投入運行時應適當增加再生劑用量,以保證樹脂獲得充分的再生。首次推薦再生液濃度陽樹脂8%NaCL或5%HCL,陰樹脂4%NaOH或5%HCL。再生時間為正常再生時間的2倍。
以上是常規的處理方法。各樹脂因品種,用途不同,預處理的方法也有區別,可根據實際情況參考以上方法制定相應的預處理方案。
二、儲存及注意事項
1-離子交換樹脂內含有一定量的水份,在運輸及儲存過程中應盡量保持這部分水份。如樹脂不慎失水,應先用10%濃鹽水浸泡,再逐漸稀釋,以免樹脂急劇膨脹而破碎。
2-樹脂在儲存或運輸過程中,應保持5-40℃的溫度環境中,避免過冷或過熱。若冬季沒有防凍措施,可將樹脂存放在食鹽水中,食鹽水濃度視溫度而定。樹脂一旦受凍,不要突然轉到高溫環境中,宜放置于5-10℃的低溫環境中,讓其緩慢自然解凍。
3-當原水水質發生波動(如潮汛、雨季、氣候等因素影響)或周圍環境溫度(相當于化學反應溫度)變化時,出水水質也會發生波動,比較理想的交換溫度是30℃。
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