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水处理药剂系列

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阴离子交换树脂

来源:郑州天河净水 时间:2013-09-02 点击次数:

阴离子交换树脂  阴离子交换树脂

  阴离子交换树脂是在分子中含有碱性基团的离子交换树脂。在水或极性溶剂中能溶胀,在水中具有碱性,能以其氢氧根离子或非金属离子交换溶液中的阴离子。含有氢氧根离子的树脂,根据电离常数的大小,可分为强碱性、中等碱性和弱碱性三类。强碱性阴离子交换树脂,主要是分子中含有季铵基-N(CH3)3OH的树脂。弱碱性阴离子交换树脂,有间苯二胺-甲醛树脂、三聚氰胺-胍·甲醛树脂等。

  一、基本概念

  离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应,当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时,便会被离子交换固体吸附,为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。

  中等或称强弱性混合体阴离子交换树脂由四乙烯五胺与环氧氯丙烷所生成的树脂。阴离子交换树脂可用于水的处理(如硬水软化、海水淡化等),废水中有害阴离子(如氰离子、硫氰酸离子等)的除去,氨基酸、维生素丙、酒石酸的分离及稀有元素的提取等。

  二、分类介绍

  阴离子交换树脂交换能力依其交换能力特征可分:

  1. 强碱型阴离子交换树脂:主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之-N+(CH3)3,在氢氧形式下,-N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出,以进行交换,强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除。

  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,一般上使用盐酸以1:10的比例稀释后清洗,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。

  2. 弱碱型阴离子交换树脂: 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)

  如氨基,仅能去除强酸中的阴离子如SO42-,Cl-或NO3-,对于HCO3-,CO32-或SiO42-则无法去除。

  3 . 对阴离子的吸附

  强碱性阴离子树脂对无机酸根的吸附的一般顺序为:

  SO42-> NO3- > Cl- > HCO3- > OH-

  弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附的一般顺序如下:

  OH-> 柠檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- >草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- >醋酸根- > HCO3-

  三、用途

  阴离子交换树脂[1]主要用于纯水、高纯水的制备,废水处理,生化制品的提取,放射性元素提炼,抗菌素分离等及湿法冶金中钨、钼的提取。 例如:工业水处理,热电厂硬水软化,高纯水制备,脱盐脱碱水制备,凝结水处理,工业废水处理等领域。

  四、注意事项

  1、保持水分

  离子交换树脂含有一定水份,不宜露天存放,储运过程中应保持湿润,以免风干脱水,使树脂破碎,如贮存过程中树脂脱水了,应先用浓食盐水(25%)浸泡,再逐渐稀释,不得直接放入水中,以免树脂急剧膨胀而破碎。

  2、保持一定温度

  冬季储运使用中,应保持在5-40℃的温度环境中,避免过冷或过热,影响质量,若冬季没有保温设备时,可将树脂贮存在食盐水中,食盐水浓度可根据气温而定。

  3、杂质去除

  离子交换树脂的工业产品中,常含有少量低聚合物和未参加反应的单体,还含有铁、铅、铜等无机杂质,当树脂与水、酸、碱或其它溶液接触时,上述物质就会转入溶液中,影响出水质量,因此,新树脂在使用前必须进行预处理,一般先用水使树脂充分膨胀,然后,对其中的无机杂质(主要是铁的化合物)可用4-5%的稀盐酸除去,有机杂质可用2-4%稀氢氧化钠溶液除去,洗到近中性即可。如在医药制备中使用,须用乙醇浸泡处理。

  4、定期活化处理

  树脂在使用中,防止与金属(如铁、铜等)油污、有机分子微生物、强氧化剂等接触,免使离子交换能力降低,甚至失去功能,因此,须根据情况对树脂进行不定期的活化处理,活化方法可根据污染情况和条件而定,一般阳树脂在软化中易受Fe的污染可用盐酸浸泡,然后逐步稀释,阴树脂易受有机物污染,可用10%NaC1+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗,必要时可用1%双氧水溶液泡数分钟,其它,也可采用酸碱交替处理法,漂白处理法,酒精处理及各种灭菌法等等。

  5、新树脂预处理

  新树脂的预处理:离子交换树脂的工业产品中,常含有少量低聚物和未参加反应的单体,还含有铁、铅、铜等无机杂质。当树脂与水、酸、碱或其它溶液接触时,上述物质就会转入溶液中,影响出水质量。因此,新树脂在使用前必须进行预处理。一般先用水使树脂膨胀,然后,对其中的无机杂质(主要是铁的化合物)可用4-5%的稀盐酸除去,有机杂质可用2-4%稀氢氧化钠溶液除去洗到近中性即可。

  6、数值型号规定

  110* 弱酸性丙烯酸系

  阳离子交换树脂 -COOH (a)≥12(H型)

  (b)≥4(H型) (美)Amberlite IRC-84 水处理,电镀含镍废水处理以及制药工业等。

  D151* 大孔弱酸丙烯酸

  系阳离子交换树脂 -COOH (a)≥9.5(H型)

  (b)≥3(H型) (美)Amberlite IRC-72 水处理,制药工业,食品制糖工业等。

  D152* 大孔弱酸丙烯酸

  系阳离子交换树脂 -COOH (a)≥9.5(H型)

  (b)≥3(H型) (法)Duolite C-464 水处理,三废酸碱中和,制药、食品制糖等。

  D113* 大孔弱酸丙烯酸

  系阳离子交换树脂 -COOH (a)≥10.8(H型)

  (b)≥4.2(H型) (德)Lewatit CNP 80 水处理及废水处理,回收贵金属,抗菌素提纯分离。

  DLT** 大孔苯乙烯系膦酸树脂 -CH2PO(OH)2 (a)≥7.0

  (b)≥2.4 - 在浓中除铁离子,对三价铁离子选择性好。

  +全交换量:(a) 毫摩尔/克(干) (b) 毫摩尔/毫升(湿)

  *树脂结构:Acrylic-DVB

  **树脂结构:DLT: Sryrene-DVB

  五、附录

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