d001強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的反應(yīng)與再生問題剖析
【產(chǎn)品介紹】D001
產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)::GB/T13659-2008 DL519-93 SH2605.07-1997
本產(chǎn)品的性能與001×7強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂相似,但有更好的物理及化學(xué)穩(wěn)定性(耐滲透壓力,耐磨損等)及更好的
抗氧化性能,由于具有大孔結(jié)構(gòu),本產(chǎn)品能用于吸附分子量尺寸較大的雜質(zhì)以及在非水介質(zhì)中使用。
本產(chǎn)品相當(dāng)于美國(guó)Amberlite IRA-200,德國(guó)Lewatit-sp120,日本Diaion PK,英國(guó)Zerolite S-1104,法國(guó)
Allassion AS,前蘇聯(lián)Ky-2-12P,相當(dāng)于我國(guó)老牌號(hào):D031;61號(hào);72號(hào);D1099;744。
【使用時(shí)參考指標(biāo)】
1.PH范圍:0-14
2.允許溫度(℃):鈉型≤120氫型≤100
3.膨脹率:%(Na+→OH+)≤10
4.工業(yè)用樹脂層高度:m 1.0-3.0
5.再生液濃度:%HCL:2-5 H2SO4:1-2;2-4
6.再生劑用量(按100計(jì)):kg/m3濕樹脂HCL(工業(yè))40-100H2SO4(工業(yè))75-150
7.再生液流速:m/h 5-8
8.再生接觸時(shí)間:minute:30-60
9.正洗流速:m/h:10-20
10.正洗時(shí)間:minute:約30
11.運(yùn)行流速:m/h,15-25高流速:80-100
12.工作交換容量:mmol/l(濕樹脂)≥1300
【產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)】
指標(biāo)名稱
D001 H/Na
D001 FC H/Na
D001 SC H/Na
D001MB H/Na D001 TR
全交換容量mmol/g≥
4.80/4.35
體積交換容量mmol/ml≥
1.60/1.70
含水量
50-60/45-55
濕視密度g/ml
0.74-0.80/0.75-0.85
濕真密度g/ml
1.16-1.24/1.25-1.28
粒度
(0.315-1.25mm)≥95
(
有效粒徑mm
0.40-0.70
均一系數(shù)≤
1.60
磨后圓球率 ≥
95
外觀
淺棕色或灰褐色不透明球狀顆粒
出廠型式
Na
【用途】
本產(chǎn)品主要用于高純水的制備(尤其適用于高速混床)及用于凝結(jié)水凈化裝置(H-OH或MH4-OH混床系統(tǒng)),還能
用于廢水處理,回收重金屬;氨基酸回收;也可作催化劑。
d001強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的反應(yīng)與再生問題剖析
一、交換能力
氫型陽離子交換樹脂在水中可解離出氫離子(H+),當(dāng)遇到金屬離子或其它陽離子,就發(fā)生互相交換作用,但交換后的樹脂,就不再是氫型樹脂了。例如,當(dāng)水中的陽離子如鈣離子、鎂離子的濃度相當(dāng)大時(shí),磺酸型的陽離子交換樹脂中的氫離子,可和鈣、鎂離子進(jìn)行交換,而形成鈣型或鎂型的陽離子交換樹脂,如下式:2R-SO3H+Ca2+→(R-SO3)2Ca+2H+(鈣型強(qiáng)酸性陽離子樹脂)2R-SO3H+Mg2+→(R-SO3)2Mg+2H+(鎂型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂)氫型陽離子交換樹脂的交換能力與被交換的陽離子的價(jià)數(shù)有密切關(guān)系。在常溫下,低濃度水溶液中,交換能力隨離子價(jià)數(shù)增加而增加,即價(jià)數(shù)越高的陽離子被交換的傾向越大。此外,若價(jià)數(shù)相同,離子半徑越大的陽離子被交換的傾向也越大。如果以自來水中經(jīng)常出現(xiàn)陽離子列為參考對(duì)象。
離子交換樹脂
二、交換容量
離子交換樹脂進(jìn)行離子的交換反應(yīng)的性能,主要由交換容量表現(xiàn)出來。所謂交換容量是指每克干樹脂所能交換離子的毫克當(dāng)量數(shù),以mol/g為單位。當(dāng)離子為一價(jià)時(shí)(如K+),其毫克當(dāng)量數(shù)即為其毫克分子數(shù),對(duì)于二價(jià)(如Ca2+)或更多價(jià)離子(如Fe3+),其毫克當(dāng)量數(shù)即為其毫克分子數(shù)乘以其離子價(jià)數(shù)。交換容量又分為總交換容量、操作交換容量和再生容量等三種表示方法??偨粨Q容量表示每克干樹脂所能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基總量,屬于理論性計(jì)量。操作交換容量表示每克干樹脂在某一定條件下的離子交換能力,屬于操作性計(jì)量,它與樹脂種類、總交換容量,以及具體操作條件(如接觸時(shí)間、溫度)等因素有關(guān),可用于顯示操作效率。再生容量表示每克干樹脂在一定的再生劑量條件下,所取得的再生樹脂之交換容量,可用于顯示樹脂再生效率。
由于樹脂的結(jié)構(gòu)不同(主要是活性基數(shù)目不同),強(qiáng)酸性與弱酸性陽離子交換樹脂的交換容量也不相同。一般而言,弱酸性的活性基數(shù)目通常多于于強(qiáng)酸性,故總交換容量較高約7.0~10.5mol/g,相形之下,強(qiáng)酸性僅約3.2~4.5mol/g而已,但在實(shí)際應(yīng)用中,弱酸性的操作交換容量卻不一定高于強(qiáng)酸性,例如,pH值低于5時(shí),弱酸性的操作交換容量為零,根本無交換作用。在pH值為6.5時(shí),兩者的操作交換容量相似;但在堿性溶液中,弱酸性遠(yuǎn)高于強(qiáng)酸性。在再生容量方面,弱酸性則通常高于強(qiáng)酸性,故弱酸性的使用壽命會(huì)更長(zhǎng)一些。
離子交換樹脂
三、再生
離子相對(duì)濃度高低對(duì)樹脂的交換性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)水溶液中氫離子的濃度相當(dāng)大時(shí),鈣型或鎂型的陽離子交換樹脂中的鈣離子或鎂離子,可與氫離子進(jìn)行交換,重新成為氫型陽離子交換樹脂。換言之,交換反應(yīng)也可以反方向進(jìn)行。由于離子交換過程是可逆的,因此當(dāng)交換樹脂交換了一定量的離子后,可用相對(duì)濃度較高的氫離子再取代下來,使之一再重復(fù)被循環(huán)使用,這種作用稱為再生。其反應(yīng)式如下:(R-SO3)2Ca+2H+→2R-SO3H+Ca2+(R-COO)2Ca+2H+→2R-COOH+Ca2+當(dāng)氫型樹脂中的氫離子,都被其它硬度離子交換后,這些樹脂就沒有軟化水質(zhì)作用,此時(shí)之狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。再生操作主要目的就是將已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)的樹脂,利用再生劑洗出所交換來的陽離子,讓樹脂重新再回復(fù)到原有的交換容量,或所期望的容量程度,或原有的樹脂型態(tài)等。無論是強(qiáng)酸性或弱酸性陽離子交換樹脂,都可以使用稀硫酸或稀鹽酸作為再生劑,但一般認(rèn)為以稀硫酸作為再生劑,效果可能會(huì)好一些。因?yàn)闃渲粑接袡C(jī)物的話,稀硫酸較稀鹽酸更能解析出有機(jī)物,所以一般工藝多采用稀硫酸為再生劑。不過實(shí)際應(yīng)用時(shí),可能因?yàn)榱蛩岬娜〉幂^為困難,所以多使用鹽酸作為再生劑居多。
離子交換樹脂
四、影響再生特性的主要因素
氫型樹脂的再生特性與它的類型和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系,強(qiáng)酸性氫型樹脂的再生比較困難,需要的再生酸液的劑量比理論值高許多,而且必須較長(zhǎng)的接觸時(shí)間。相形之下,弱酸性氫型樹脂的再生則比較容易,需要的再生酸液的劑量?jī)H比理論值高一些,也不需要長(zhǎng)的接觸時(shí)間。一般認(rèn)為,在硫酸或鹽酸的用量為其總交換容量的二倍時(shí),每次再生樹脂與再生酸液浸泡接觸時(shí)間是:強(qiáng)酸性約30~60分;弱酸性約30~45分。此外,氫型樹脂的再生特性也與它們的「交聯(lián)度」有關(guān)。所謂交聯(lián)度乃是定量樹脂中所含的交聯(lián)劑(如苯乙烯)的質(zhì)量百分率。通常交聯(lián)度低的樹脂,其特征是聚合密度較低,內(nèi)部空隙較多,網(wǎng)孔大,對(duì)水的溶脹性好,但對(duì)離子選擇較弱,交換反應(yīng)速度快,較易再生,因此每次再生樹脂與再生酸液浸泡接觸時(shí)間較短。反之,交聯(lián)度高的樹脂,則需要較長(zhǎng)再生酸液與樹脂接觸的時(shí)間。無論強(qiáng)酸性或弱酸性氫型樹脂的「交聯(lián)度」均可以在制造時(shí)控制。由于氫型樹脂的網(wǎng)孔不僅提供了良好的離子交換條件,而且也像活性碳一般,能產(chǎn)生分子吸附作用,也可能吸附各種有機(jī)物,因此容易受到有機(jī)物污染,而影響其操作效率,也使得其再生操作發(fā)生困難。如果樹脂在使用過程中,吸附了有機(jī)物,特別是大分子有機(jī)物,再生接觸時(shí)間必須更久,而且通常要提高溫度(70~80℃)才能除去大部分有機(jī)物,以免其效能降低太快,同時(shí)在高溫下操作,也可以加速再生反應(yīng)時(shí)間,使浸泡接觸時(shí)間得以因而縮短。在這方面應(yīng)用的再生劑,以硫酸較佳,理由是硫酸在加熱時(shí)相當(dāng)安定,鹽酸則可能會(huì)產(chǎn)生有毒的氯化氫氣體。