当前位置:文档之家› 离子交换树脂的种类

离子交换树脂的种类

离子交换树脂的种类
离子交换树脂的种类

离子交换树脂的种类

离子交换剂是指具有离子交换能力的固体物质,依其可交换离子的种类,可分为阳离子剂和阴离子剂两大类。最主要的当属合成树脂。离子交换树脂可分别按照功能、内部结构、聚合物单体种类和用途分类。其中,以功能和内部结构分类为主流方式,故此处以这两种分类方式对离子交换树脂的种类作出说明。

1按功能分类

1.1阳离子交换树脂

首先,离子交换树脂可分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类,它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。而阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类,阴离子树脂则可分为强碱性和弱碱性两类。人工合成的阳离子树脂的官能团是有机酸,并按照酸性的强弱,分为强酸性和弱酸性两类。强酸性的官能团是苯磺酸,弱酸性的官能团则包括有机磷酸、羟基酸和酚等。酸主要以H+的形式与其他阳离子进行交换。例如,用H+与金属离子交换会使树脂变成盐的形式。强阳离子树脂除了酸形式R-O H外,生产厂家也会以钠盐R-O Nα的形式出售,分别称为氢型和钠型强阳离子交换树脂。

强酸性阳离子树脂含有大量的强酸性基团,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?SO3H,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,即使用化学药品使离子交换反应向相反的方向进行,使树脂的官能基团恢复到原来的状态,以便重复利用。例如,上述的阳离子树脂一般使用强酸进行再生处理,此时树脂释放出被吸附的阳离子并与H+结合,进而恢复到原来的组成。

弱酸性阳离子树脂含有弱酸性基团,如羧基-COOH,能在水中离解出H+而呈酸性,但因其解离程度不高,因此一般仅程弱酸性,故而属于弱酸性阳离子树

-(R为碳氢链基团),可与溶液中脂。树脂离解后余下的负电基团,如R COO

的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用。如上所述,此类树脂的酸性即离解性较弱,在低pH下难以离解进而进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH值为5~14)起作用。这类树脂也是用酸进行再生,其再生性较强阳离子交换树脂更好。

1.2阴离子交换树脂

阴离子交换树脂的官能团包括有各种胺类,强碱性的官能团是季胺;弱碱性的官能团则有伯胺、仲胺和叔胺等。季胺一般为氯盐和氢氧根型,即R-N(CH3)3Cl,R-N(CH3)3OH,其中R代表碳链骨架。

强碱性阴离子树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH(R 为碳氢基团),能在水中离解出OH?而呈强碱性。这种树脂的正电基团可以同溶液中的阴离子吸附并结合,从而发生阴离子交换作用。这种树脂的离解性非常强,在不同pH下均能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。

弱碱性阴离子树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR和叔胺基(三级胺基)-NR2,它们在水中能离解出OH?而呈弱碱性。这种树脂的正电基团也能与溶液中的阴离子吸附结合,从而发生阴离子交换作用。在大多数情况下,此类树脂是将溶液中的整个其他酸分子吸附并结合。一般只能在中性或酸性条件(如pH值为1~9)下工作。它可以用Na2CO3、NH4OH等弱碱进行再生。

1.3氧化还原树脂

有的树脂不只离子交换,而且传递电子,甚至是只传递电子,即参加氧化还原反应,这类树脂被称为氧化还原树脂。氧化还原树脂的最大特征是具有接受或给予电子的能力,故这类树脂可以同与其反应的离子或分子发生氧化—还原反应。此类树脂中,最常见的是以对苯二酚为官能团的树脂,它们可以给出一对电子被氧化成对苯二醌。反过来,对苯二醌可以得到电子被还原成对苯二酚,反应式如下所示:

巯基树脂的氧化还原反应:

在过氧化氢生产工艺中,有一种使用氧化还原树脂的高效工艺技术。即在水溶液中用氧气使对苯二酚树脂氧化,生成的对苯二醌则能够使水氧化成过氧化氢,其转化率可达到80%以上,且产品的纯度很高。

当交换负载到树脂上的金属离子具有较强的氧化还原性,该树脂就会变成氧化还原剂。例如,负载有Cu+的一般酸性树脂,会保有Cu+的还原能力,能够把溶于水的氧还原,并可除至0.1/

mg L以下。

负载有4MnO -的强碱性树脂具有氧化性,而负载有23SO -、3HSO -的强碱性树脂

具有还原性,能够分别作为氧化剂或还原剂参与反应,而后可还原或氧化再生并反复使用。

1.4两性树脂

有时为了调节交换树脂的性能,合成时在同一种骨架上接上不同的官能团,如同时有强碱和弱碱的官能团,甚至把阳离子与阴离子功能团联结在同一种骨架上,这样就产生了双功能团树脂,甚至是多功能团树脂。目前应用最广泛的是双功能团树脂,即阴阳两性树脂。

两性树脂可简单的分为两大类:其一是不能形成内盐键的,性能与阴阳离子交换树脂的混合物接近。只是由于阴阳基团分布于同一树脂颗粒内,因此可以提高交换反应的速度并改善离子交换平衡性质;其二是能形成内盐键,并因此而产生一些新的特性,此类树脂的选择性、膨胀性及吸附容量等性质,在一定范围内都会随着溶液中电解质浓度的提高而提高,故而适用于浓电解质的分离提纯工艺。这类能形成内盐键的树脂,一般可通过共聚法或互贯法合成。

两性树脂还可以按照阴阳两种基团的强弱分为:强碱-弱酸型、强酸-弱碱型和弱酸-弱碱型。上面提到的用于浓电解质分离提纯工艺的两性树脂,一般是强碱-弱酸型。

1.5螯合树脂

螯合树脂是指能与金属离子形成多配位络合物的交联功能高分子化合物。螯合树脂的工作机理是该类树脂上的功能原子和金属离子发生配位反应,进而形成类似小分子螯合物的稳定结构,相比于普通离子交换树脂的吸附机理(静电作用)有很大的优势。

螯合树脂一般以交联聚合物(如苯乙烯/二乙烯苯树脂)为骨架,再连接特殊功能团构成。此类树脂属于功能高分子,可通过高分子化学反应制得,也可将含有配位基的单体经共聚反应或聚合反应制得。

螯合树脂的选择性具有很高的专属性,可以完成其他分离方法难以达到的目的。例如,使用化学沉淀法甚至溶剂萃取法都难以从钴中除去镍,美国AMAX 港镍精炼厂采用亚胺二醋酸螯合树脂从钴电解液中成功除去了镍和铜,在这之后有其他企业采用相同的树脂和工艺,再次成功的从钴电解液中除去了镍和铜。螯合树脂主要用于分析化学。除作为金属离子螯合剂外,还可以用于氨基酸或肽的的外消旋体的拆分,以及作为水解、氧化、还原、烯类加成聚合、氧化耦合聚合等反应的催化剂使用。商业化的产品以胺基羧酸和含硫基团为主。

2按内部结构分类

2.1凝胶型树脂

凝胶型树脂是指经由纯单体混合物聚合或缩合而成,外观呈透明状的均相凝胶结构离子交换树脂。凝胶树脂的骨架结构为微孔状。离子通过由交联大分子链间距离而形成的微孔(孔隙)扩散到交换基团附近而进行离子交换反应。凝胶树脂中只有很小的化学结构孔而不存在物理孔(毛细孔),平均孔径约1~2nm,且大小不一,是连续无间隔的产胶结构。这里的微孔会随着交联度的提高而减小,随着凝胶体的溶胀而增大。极端的来看,处于干燥状态的树脂实际上是没有孔隙的。

凝胶树脂的主要优点有交换容量高于大孔型树脂,合成工艺也更简单。缺点是易于受到有机物的污染,这是因为孔径小不利于离子运动,直径较大的分子通过时容易堵塞网孔,再生时也不易洗脱。常用合成方法是先采用悬浮共聚合或共缩聚工艺合成球状基体,再经化学反应活化处理之,最后导入离子交换基团。目前,除高速流水处理系统外,一般的水处理大多采用凝胶型离子交换树脂。

2.2大孔型树脂

大孔树脂是指由单体聚合制造树脂时,因掺入溶剂或其他致孔剂,聚合后又脱去溶剂或致孔剂,进而使骨架中留下许多永久性孔道的一类树脂。因使用的溶剂或致孔剂不同,有的树脂比表面积大,孔径却较小;反之,有的树脂孔径大,比表面积却较小。这类树脂与定义有差异,但一般不做严格的区分,统称为大孔树脂。

大孔树脂的孔径一般能达到20~500nm,外观呈半透明或不透明状。提供了良好的通道,易于进行磺化或结合其他官能团,也允许较大的离子进入孔道。如在冶金过程中,会遇到聚合的大离子,此时相较于凝胶树脂,大孔树脂的交换速度和容量都高很多。大孔树脂的比表面积可达1002/

m g,相较于凝胶树脂的1 2/

m g大了很多。这使得大孔型交换树脂的交换速度明显高于凝胶型,且其耐渗透压冲击能力也大得多。因大孔型的交联度比凝胶型高,故其理化性质也较好,在耐有机物的污染、耐温度冲击甚至耐磨方面都优于凝胶型。下图为大孔型树脂的合成工艺流程图:

图1.大孔型树脂合成工艺流程图

3离子交换树脂的品种

3.1离子交换树脂的产品系列

离子交换树脂在国内外有很多生产厂商制,也有很多品种。国内生产厂商有数十家,主要包括上海树脂厂、天津波鸿树脂科技有限公司、晨光化工研究院树脂厂和南京树脂厂等。国外较著名的如美国Rohm&Hass公司生产的Amberlite 系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国的Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列等。

3.2离子交换树脂的牌号

树脂的牌号多由各生产厂商或所在国自行规定。国外一般用字母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),如美国Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂。我国规定(HG2-884-76),离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。第一位数字代表产品的分类:0代表强酸性,1代表弱酸性,2代表强碱性,3代表弱碱性,4代表螯合性,5代表两性,6代表氧化还原。第二位数字代表不同的骨架结构:0代表苯乙烯系,1代表丙烯酸系,2代表酚醛系,3代表环氧系等。第三位数字为顺序号,用以区别基体、交联基等的差异。而大孔型树脂是在数字前加字母D。例如,D231是大孔强碱性环氧系树脂。各种树脂的性能和参数可参阅离子交换树脂手册和产品。

离子交换树脂原理

离子交换树脂原理 离子交换树脂是一种聚合物,带有相应的功能基团。一般情况下,常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。当水中的钙镁离子含量高时,离子交换树脂可以释放出钠离子,功能基团与钙镁离子结合,这样水中的钙镁离子含量降低,水的硬度下降。硬水就变为软水,这是软化水设备的工作过程。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后,树脂的软化能力下降,可以用氯化钠溶液流过树脂,此时溶液中的钠离子含量高,功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合,这样树脂就恢复了交换能力,这个过程叫作“再生”。 由于实际工作的需要,软化水设备的标准工作流程主要包括:工作(有时叫做产水,下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近,只是由于实际工艺的不同或控制的需要,可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中,全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。 反洗:工作一段时间后的设备,会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物,把这些污物除去后,离子交换树脂才能完全曝露出来,再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入,从顶部流出,这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要5-15分钟左右。 吸盐(再生):即将盐水注入树脂罐体的过程,传统设备是采用盐泵将盐水注入,全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入(只要进水有一定的压力即可)。在实际工作过程中,盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好,所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生,这个过程一般需要30分钟左右,实际时间受用盐量的影响。 慢冲洗(置换):在用盐水流过树脂以后,用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗,由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换,根据实际经验,这个过程中是再生的主要过程,所以很多人将这个过程称作置换。这个过程一般与吸盐的时间相同,即30分钟左右。 快冲洗:为了将残留的盐彻底冲洗干净,要采用与实际工作接近的流速,用原水对树脂进行冲洗,这个过程的最后出水应为达标的软水。一般情况下,快冲洗过程为5-15分钟。 应用 1)水处理 水处理领域离子交换树脂的需求量很大,约占离子交换树脂产量的90%,用于水中的各种阴阳离子的去除。目前,离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上,其次是原子能、半导体、电子工业等。 2)食品工业 离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如: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。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。 3)制药行业 制药工业离子交换树脂对发展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。近年还在中药提成等方面有所研究。 4)合成化学和石油化学工业 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

离子交换树脂的种类和性能

离子交换树脂的种类和性能 离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多糖厂制造精糖和高级食用糖浆,多数使用离子交换树脂将糖液脱色提纯,而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使用离子交换树脂的趋势。 离子交换技术有相当长的历史,某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是,随着现代有机合成工业技术的迅速发展,研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂,并开发了多种新的应用方法,离子交换技术迅速发展,在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种,年产量数十万吨。 在工业应用中,离子交换树脂的优点主要是处理能力大,脱色范围广,脱色容量高,能除去各种不同的离子,可以反复再生使用,工作寿命长,运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术,如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等,各具独特的功能,可以进行各种特殊的工作,是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。 离子交换树脂的应用,是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题,是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。 离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯),通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架,再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。 离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状,也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3~1.2mm 范围内,大部分在0.4~0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性),化学性质也很稳定,在正常情况下有较长的使用寿命。 离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团,它即是交换官能团,在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH-或Cl

离子交换树脂的原理及应用总结归纳(重点阅读)

精心整理如何筛分混合的阴阳离子交换树脂? 离子交换树脂的工作原理及优缺点分析 将离子性官能基结合在树脂(有机高分子)上的材料,称之为“离子交换树脂”。树脂表面带有磺酸(sulfonic acid) 者,称为阳离子交换树脂,而带有四级氨离子的,则为阴离子交换树脂。由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子,所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中。(见下图) 离子交换树脂上的官能基虽可去除原水(Feed water) (Fouling)。方。 原理 软水,这是软化水设备的工作过程。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后,树脂的软化能力下降,可以用氯化钠溶液流过树脂,此时溶液中的钠离子含量高,功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合,这样树脂就恢复了交换能力,这个过程叫作“再生”。

由于实际工作的需要,软化水设备的标准工作流程主要包括:工作(有时叫做产水,下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近,只是由于实际工艺的不同或控制的需要,可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中,全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。 反洗:工作一段时间后的设备,会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物,把这些污物除去后,离子交换树脂才能完全曝露出来,再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入,从顶部流出,这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般 需要5-15分钟左右。 吸盐(再生) (只要进水有一定的压力即可) 慢冲洗(置换) 应用 1)水处理 水处理领域离子交换树脂的需求量很大,约占离子交换树脂产量的90%,用于水中的各种阴阳离子的去除。目前,离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上,其次是原子能、半导体、电子工业等。

阳离子交换树脂

强酸性阳离子交换树脂及沉淀剂用于纯化富集川贝母总生物碱1强酸性强离子交换树脂 2.1强酸性阳离子树脂的预处理 树脂以去离子水浸泡过夜,并洗至去离子水近无色; 先加入5BV 7%HCl溶液浸泡1h,注意随时搅拌,用去离子水洗至洗出水近中性;后加入8BV 8%NaOH溶液浸泡1h,随时搅拌,用去离子水洗至洗出水近中性;最后加入5BV 7%HCl溶液浸泡2h,使阳离子树脂转化成H型,并用去离子水洗至洗出水近中性,即可装柱。 1.2药材的预处理 取20g伊贝母,打粉过80目筛,用25ml氨水浸润2h后,用80%乙醇常压回流提取4h,减压蒸干。将得到的伊贝母浸膏用50ml去离子水溶解,滴加HCl至pH3.0,用50ml石油醚脱脂3次,加入氨水至pH10.0,最后用50ml氯仿萃取,直至氯仿萃取液检测不到生物碱为止,合并氯仿萃取液,依据2010版《药典》川贝母项下生物碱含量测定方法测定20g伊贝母中生物碱含量。最后将氯仿萃取液减压蒸干。 1.3强酸性阳离子树脂的选择 贝母中生物碱主要为叔胺类生物碱,碱性较弱,故选用强酸性阳离子交换树脂用于纯化富集生物碱。由于贝母中生物碱分子量集中在400-450,且空间结构较大,那么阳离子交换树脂的交联度对纯化富集效果具有显著影响:交联度大,交换容量大,但交联网孔小,不利于大离子的进入;交联度小,交换容量小,但交联网孔大,在树脂中离子易于扩散和交换。因而选用下列强酸性阳离子交换树脂(表1) 表1 不同离子交换树脂的主要特征 型号交联度 (%)粒度含水量 (%) 离子形式交换容量pH使用范 围 DOWEX 50WX2 2 50-100目78 H 0.6meq/ml 0-14 DOWEX 50WX4 4 50-100目78 H 1.1meq/ml 0-14 D152 0.315-1.25 mm 60-80 Na 8.0mmol/g 4-14 732型(0017 0.3-1.2mm 46-52 H 4.5mmol/g 0-14

各种型号离子交换树脂

几种常用的离子交换树脂型号 一、001x7Na(732)阳离子交换树脂 本产品是在苯乙烯一二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基(-SO 3 H)的离子交换树脂,它具有交换容量高、交换速度快、机械强度好等特点。 本产品相当于美国Amberlite IR-120;Dowex-50,德国:Lewatit-100.日本:精品文档,超值下载 Diaion SK-1,法国AllassionCS;Duolite C-20,前苏联ky-3;SDB-3,相当于我国老牌号:732;强酸1号、2号、3号、4号;010。 用途:本产品主要用于硬水软化、脱盐水、纯水和高纯水的制备,也用于催化剂和脱水剂,以及湿法冶金、分离提纯稀有元素、食品、制药、制糖工业等。 二、201x7(717)强碱性阴离子交换树脂 本产品是在苯乙烯一二乙烯苯共聚基体上带有季铵基[N(CH 3) 3 OH]的阴离子 交换树脂,该树脂具有机械强度好,耐热性能高等特点。 本产品相当于美国Amberlite IRA-400,德国:Lewatit M500,日本:Diaion SA-10A,法国Allassion AG217,前苏联AB-17,相当于我国老牌号:717、702、强碱2号、4号、2041号。 用途:本产品主要用于纯水、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。 三、D201大孔强碱阴离子交换树脂 本产品的性能与201×7强碱性阴离子交换树脂相似,但有更好的物理及化学稳定性(耐渗透压力,耐磨损等)及抗污染性能,由于具有大孔结构,因此可用于吸附分子尺寸较大的杂质以及在非水溶液中使用。 本产品相当于美国Amberlite IRA-900,德国:Lewatit MP-500日本:Diaion PA 308。相当于我国老牌号:D231;DK251;731;290。 用途:本产品主要用于高纯水的制备(尤其适用于高速混床)及用于凝结水净化装置(H-OH或NH 4 -OH混床系统),也用于废水处理,回收重金属,生化药物分离和糖类提纯。 四、D301大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂 本产品是大孔结构的苯乙烯一二乙烯苯共聚体上带有叔胺基[-N(CH3)2]的离子交换树脂,其碱性较弱,能在酸性、近中性介质中有效地交换无机酸及硅酸根,并能吸附分子尺寸较大的杂质以及在非水溶液中使用,该树脂具有再生效率高、碱水耗低、交换容量大、抗有机物污染及抗氧化能力强、机械强度好等优点。 本产品相当于美国Amberlite IRA-93,德国Lewatit MP-60,日本Diaion WA-30,法国Duolite A305,前苏联AH-89×77Ⅱ,英国Zerolite MPH,相当于我国老牌号:D354、D351、710、D370。 用途:本产品主要用于纯水及高纯水的制备,用于阴复床、阴双层床系统,对含盐量较高的水源尤为合适,并能保护强碱阴树脂不受有机物污染,以及糖液脱色含铬废水的处理及回收等等。

离子交换树脂催化剂的优缺点

书山有路勤为径,学海无涯苦作舟 离子交换树脂催化剂的优缺点 离子交换树脂用催化剂的主要优点是它已商品化,购得方便。尽管它们比低分子量的酸、碱昂贵,但它们能根据不同的应用场合制得不同形状、不同结构和不同负载容量的树脂催化剂。常规的商品凝胶型树脂的功能基容量每克一般为3.5~5mg 当量。大孔树脂的负载容量虽然较低一些,但其活性基团一般处于大孔的表面上,容易为反应物所接近。在需要降低负载容量时可用酸碱滴定法使一些酸基团部分中和,或者通过部分离子交换法引入一些具有助催化作用的金属离子或基团,从而提高催化剂的活性或选择性。离子交换树脂的颗粒性和多孔结构使其适用于气相和液相反应,也可用于非水体系。由于树脂催化剂具有这种物理性质,因此反应完成后,催化剂可以通过简单的过滤方法从反应混合物中分离出来,免除了常规酸、碱催化剂使用需要进行中和、洗涤、干燥、蒸馏等后处理程序,也避免了废酸、碱液体对环境的污染。此外,也避免了使用硫酸时,由于其强的氧化性、脱水性和磺化性引起的不必要的副反应。大孔的离子交换树脂由于具有固定的结构,其体积受溶剂作用的影响很小。因此,适用于填充柱操作,实现生产连续化。在较低的压力下可以达到较高的流速,并可使用极性差别很大的反应溶剂。凝胶型离子交换树脂在干态或在非极性介质中内部处于收缩的微孔状态,在极性溶剂中则会处于高度溶胀的状态。如果溶剂极性的变化较大,低交联的树脂在经历这种变化后会发生较大的机械破损。 与常规酸、碱催化剂比较,离子交换树脂易于保存和运输。强酸树脂宜以 H+型和Na+型贮存。但强碱树脂中的OH-型会吸收空气中的CO2 而失活,因此一般以Cl-型贮存。使用前Na+型的强酸树脂和Cl-型的强碱树脂一般可分别用酸和碱处理组成相应的H+型和OH-型使其活化。

离子交换树脂的交换原理是什么

离子交换树脂的交换原理是什么 离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构,如下图所示。由三部分组成,分别是: (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成; (2)离子交换基团它连在高分子骨架上,带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团; (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。在交联结构的高分子基体(骨架)上,以化学键结合着许多交换基团,这些交换基团也是由两部分组成:固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上,不能自由移动,所以称为固定离子;交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子,称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子,在一定条件下,它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。 离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一,有些离子易被交换树脂吸附,但吸着后要把它 置换下来就比较困难;而另一些离子很难被吸着,但被置换下来却比较容易,这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有

关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说,离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子,则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中,原子序数较大的离子其水合半径较小,阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说,它对一些离子的选择性顺序为:Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应,但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的,而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。 (文档由洛阳宏昌工贸整理提供)

各种类型离子交换树脂常用再生剂及其用量(打印)

各种类型离子交换树脂常用再生剂及其用量 离子交换树脂性能降解原因 树脂在长期使用中,性能会逐渐下降,表现为出水(即产品)质量降低。影响树脂性能降解的因素很复杂,如树脂体积减少,交换能力下降,球粒裂纹增多,破碎流失等,造成上述现象的原因不外是:(1)胀缩内应力不均。在使用中树脂内部由于溶胀及收缩变化的不均匀,局部结构中应力不平衡,造成断链裂解。 (2)氧化破坏。体系中的氧化剂,包括酸、碱、溶剂等对树脂骨架及功能基的破坏。 (3)杂质污染。水中杂质堵塞了树脂的内部孔道,阻挡交换吸附。

离子交换树脂如何进行预处理 (1)阳离子交换树脂的预处理步骤 首先用清水对树脂进行冲洗(最好为反洗)洗至出水清澈无混浊、无杂质为止。而后用4~5%的HCl和NaOH在交换柱中依次交替浸泡2~4小时,在酸碱之间用大量清水淋洗(最好用混合床高纯度去离子水进行淋洗)至出水接近中性,如此重复2~3次,每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理应用4~5%的HCl溶液进行,用量加倍效果更好。放尽酸液,用清水淋洗至中性即可待用。 (2)阴离子交换树脂的预处理步骤 首先用清水对树脂进行冲洗(最好为反洗),洗至出水清澈无混浊、无杂质为止。而后用4 ~5%的NaOH和HCl在交换柱中依次交替浸泡2 ~4小时,在碱酸之间用大量清水淋洗(最好用混合床高纯度去离子水进行淋洗)至出水接近中性,如此重复2~3次,每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理应用4~5%的NaOH溶液进行,用量加倍效果更好。放尽碱液,用清水淋洗至中性即可待用。 (3)应用于医药、食品行业的树脂,预处理最好先用乙醇浸泡,而后再用酸碱进行交替处理,大量清水淋洗至中性待用。 (4)预处理中最后一次通过交换柱的是酸还是碱,决定于使用时所要求的离子型式。 (5)为了保证所要求的离子型式的彻底转换,所用的酸、碱应是过量的。

离子交换树脂的概述

主要用于酒类去除,高级脂肪酸脂类等。 产品详细描述 离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多糖厂制造精糖和高级食用糖浆,多数使用离子交换树脂将糖液脱色提纯,而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使用离子交换树脂的趋势。 离子交换技术有相当长的历史,某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是,随着现代有机合成工业技术的迅速发展,研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂,并开发了多种新的应用方法,离子交换技术迅速发展,在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种,年产量数十万吨。 在工业应用中,离子交换树脂的优点主要是处理能力大,脱色范围广,脱色容量高,能除去各种不同的离子,可以反复再生使用,工作寿命长,运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术,如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等,各具独特的功能,可以进行各种特殊的工作,是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。 离子交换树脂的应用,是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题,是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。 离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为乙烯或丙烯酸(酯),通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架,再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。 离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状,也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3~1.2mm 范围内,大部分在0.4~0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性),化学性质也很稳定,在正常情况下有较长的使用寿命。 离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团,它即是交换官能团,在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH-或Cl-),同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子。即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换,从而将溶液中的离子分离出来。 树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类,它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类,阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类(或再分出中强酸和中强碱性类)。离子交换树脂根据其基体的种类分为乙烯系树脂和丙烯酸系树脂,及根据树脂的物理结构分为凝胶型和大孔型。 离子交换树脂的品种很多,因化学组成和结构不同而具有不同的功能和特性,适应于不同的用途。应用树脂要根据工艺要求和物料的性质选用适当的类型和品种。 1、离子交换树脂的基本类型 (1) 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团,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,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。

离子交换树脂综合知识

离子交换树脂综合知识 【电厂化学】2007-07-31 09:07:41 阅读1184 评论0 字号:大中小订阅 1 树脂的储存和运输 1、离子交换树脂在长期储存中,或需在停用设备内长期存放,强型树脂(强酸性和强碱性树脂)应转为盐型,弱型树脂(弱酸性和弱碱性树脂)可转为相应的氢型或游离胺型,也可转变为盐型,以保持树脂性能的稳定。然后浸泡在洁净的水中。停用设备若须将水排去,则应密封,以防树脂中水份散失。 2、离子交换树脂内含有一定的平衡水份,在储存和运输中应保持湿润,防止脱水。树脂应储存在室内或加遮盖,环境温度以5°C-40°C为宜。袋装树脂应避免直接日晒,远离锅炉、取暖器等加热装置,避免脱水。 若发现树脂已有脱水现象,切勿将树脂直接放于水中,以免干树脂遇水急剧溶胀而破碎。应根据其脱水程度,用10%左右的食盐水慢慢加入到树脂中,浸泡数小时后用洁净水逐步稀释。 3、当环境温度在0°C或以下时,为防止树脂因内部水份结冰而崩裂,应做好保温措施,或根据气温条件,将树脂存于相应浓度的食盐水中,防止冰冻。若发现树脂已被冻,则应让其缓慢自然解冻,切不可用机械力施于树脂。 食盐溶液浓度与冰点的关系如下表: 4、长期停用而放置在交换器内的树脂,为防止微生物(如藻类、细菌等)对树脂的不可逆污染,树脂在停用前须彻底反洗,以除去运行时积聚的悬浮物质,并注意定期冲洗和换水。或彻底反洗后采用以下措施: 阴树脂:用3倍树脂体积的10%NaCl+2%NaOH混合液分两次通过树脂层,每次静止浸泡数小时,然后将其排去。如有必要,在重新启动前用2倍树脂体积的0.2%过氧化氢(H2O2)溶液淋洗树脂层。 阳树脂:在阳离子交换器及管系内可充入0.5%的甲醛溶液,并在停用期间保持此浓度。也可用食盐水浸泡。在设备重新启动前用0.2%过氧化氢或0.5%甲醛溶液淋洗。 2 树脂的预处理 在离子交换树脂的工业产品中,常含有少量的有机低聚物及一些无机杂质。在使用初期会逐渐溶解释放,影响出水水质或产品质量。因此,新树脂在使用前必须进行预处理,具体方法如下: 1、树脂装入交换器后,用洁净水反洗树脂层,展开率为50-70%,直至出水清晰、无气味、无细碎树脂为止。 2、用约2倍树脂体积的4-5%HCl溶液,以2m/h的流速通过树脂层。全部通入后,浸泡4-8小时,

离子交换树脂结构及交换原理

一. 离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构,如下图所示。由三部分组成,分别是: (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成: (2)离子交换基团它连在高分子骨架上,带有可交换的离子(称为反离子)的 离子型官能团或带有极性的非离子型官能团; (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶 孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 在交联结构的高分子基体(骨架)上,以化学键结合着许多交换基团,这些交换基团也是由两部分组成:固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上,不能自由移动,所以称为固定离子;交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子,称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子,在一定条件下,它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。 三离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一,有些离子易被交换树脂吸附,但吸着后要把它

置换下来就比较困难;而另一些离子很难被吸着,但被置换下来却比较容易,这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说,离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子,则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中,原子序数较大的离子其水合半径较小,阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说,它对一些离子的选择性顺序为:Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应,但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的,而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。 以001×7强酸阳离子交换树脂为例说明: 001×7强酸阳离子交换树脂是一种凝胶型离子交换树脂,其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道,孔道里面充满了水分子,在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当原水当中的Ca2+,Mg2+等阳离子-扩散到树脂的孔道中时,由于该树脂对Ca2+,Mg2+等阳离子选择性强于对H+的选择性,,所以H+就与进入树脂孔道中的Ca2+,Mg2+等阳离子发生快速的交换反应,Ca2+,Mg2+等阳离子被固定到树脂交换基团上面,被交换下来的H+向树脂的孔道中-扩散,最终扩散到水中。 (1)边界水膜内的扩散水中的Ca2+,Mg2+等阳离子向树脂颗粒表面迁移,并扩散 通过树脂表面的边界水膜层,到达树脂表面; (2)交联网孔内的扩散(或称孔道扩散) Ca2+,Mg2+等阳离子进入树脂颗粒内部的交联网孔,并进行扩散,到达交换点; (3)离子交换 Ca2+,Mg2+等阳离子与树脂基团上的可交换的H+进行交换反应; (4)交联网孔内的扩散被交换下来的H+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散。 (5)边界水膜内的扩散最终扩散到水中。 四离子交换树脂的再生 鉴于离子交换树脂反应的可逆性,反应后的树脂通过处理,重新转化为原来的离

离子交换树脂的研究现状与应用

离子交换树脂 摘要:本文综述了离子交换树脂的发展历史、分类;在各领域的应用、树脂的使用和保管方法及其发展前景等。 关键词:离子交换树脂;分类;应用;保管 1 引言 离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物。在它的分子结构中,一部分为树脂的基体骨架,另一部分为由固定离子和可交换离子组成的活性基团。离子交换树脂具有交换、选择、吸附和催化等功能,在工业高纯水制备、医药卫生、冶金行业、生物工程等领域都得到了广泛的应用。近年来,离子交换树脂无论是从种类、结构还是性能上都出现了很大的变化,其生产和应用也都得到了很大的发展。 我国自20世纪50年代以来开始生产和应用离子交换树脂。经过半个多世纪的发展,国内常规离子交换树脂的制备和应用技术已经较为成熟,水平与国外相当。离子交换树脂主要应用于电力、食品、医药、电子和冶金等行业,随着锅炉给水、饮用水和电子用水等对离子交换出水的纯度要求日益提高,促使常规的离子交换树脂生产和应用技术不断完善,同时催生了许多新型的生产工艺不断涌现,使得离子交换树脂产品升级和技术进步的步伐也日益加快。 2 离子树脂的分类 依据离子交换树脂所带活性基团的性质,离子交换树脂课分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。能与水中阳离子进行交换反应的称为阳离子交换树脂;能与水中的阴离子进行交换反应的称为阴离子交换树脂。根据活性基团上Hˉ和OHˉ电离的强弱程度,又可以分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂,以及强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。 2.1强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团,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SO3ˉ,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

树脂再生原理

树脂进行离子交换反应的性能和再生问题 一、交换能力氢型阳离子交换树脂在水中可解离出氢离子(H+),当遇到金属离子或其它阳离子,就发生互相交换作用,但交换后的树脂,就不再是氢型树脂了。例如,当水中的阳离子如钙离子、镁离子的浓度相当大时,磺酸型的阳离子交换树脂中的氢离子,可和钙、镁离子进行交换,而形成「钙型」或「镁型」的阳离子交换树脂,如下式: 2R-SO3H + Ca2+ → (R-SO3)2Ca + 2H+ (钙型强酸性阳离子交换树脂) 2R- SO3H + Mg2+ → (R-SO3)2Mg + 2H+(镁型强酸性阳离子交换树脂)氢型阳离子交换树脂的交换能力与被交换的阳离子的价数有密切关系。在常温下,低浓度水溶液中,交换能力随离子价数增加而增加,即价数越高的阳离子被交换的倾向越大。此外,若价数相同,离子半径越大的阳离子被交换的倾向也越大。如果以自来水中经常出现阳离子列为参考对象,则氢型阳离子交换树脂的交换能力顺序可表示如下:强酸性:Fe3+>Fe 2+>Mn2+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>H+ 弱酸性:H+>Fe3+>Fe 2+>Mn2+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+ 由上述交换能力顺序可知:强酸性与弱酸性阳离子交换树脂的母体,对阳离子交换能力顺序完全相同,唯一的差异是:两者对H+的交换能力不同,强酸性对氢离子的亲和力最弱,弱酸性对氢离子的亲和力最强,这个特性可能会深深影响它们在水草缸的作用与功能。虽然氢型弱酸性阳离子交换树脂对氢离子的亲合力最强,但氢离子(H+)与氢氧离子(OH-)结合成水(H2O)的亲合力更强,所以在碱性水质中,弱酸性阳离子交换树脂中的H+会快速被OH-所消耗,OH-主要来自KH硬度(HCO3-)的水解反应: HCO3- + H2O ←→ H2CO3 + OH- H+所遗留之「活性位置」再改由其它阳离子如Fe3+>Fe 2+>Mn2+>Ca2+>Mg2+……等依序取代,一直持续到HCO3-完全被消除为止(KH=0)。因此弱酸性阳离子交换树脂的主要作用区间是在于pH=5 ~ 14的水质。由于HCO3-为暂时硬度的阴离子,因此当HCO3-完全被消除后,它的「当量阳离子」,如如钙、镁等离子也同时完全被取代,故能消除所有暂时硬度的「当量阳离子」。氢型强酸性阳离子交换树脂对氢离子(H+)的亲合力最弱,使它在任何pH之下,它都具有交换能力,因此可以完全除去GH硬 度(暂时硬度及永久硬度)。 二、交换容量离子交换树脂进行离子的交换反应的性能,主要由「交换容量」表现出来。所谓交换容量是指每克干树脂所能交换离子的毫克当量数,以m mol/g为单位。当离子为一价时(如K+),其毫克当量数即为其毫克分子数,对于二价(如Ca2+)或更多价离子(如 Fe3+),其毫克当量数即为其毫克分子数乘以其离子价数。交换容量又分为「总交换容量」、「操作交换容量」和「再生容量」等三种表示方法。「总交换容量」表示每克干树脂所能进行离子交换反应的化学基总量,属于理论性计量。「操作交换容量」表示每克干树脂在某一定条件下的离子交换能力,属于操作性计量,它与树脂种类、总交换容量,以及具体操作条件(如接触时间、温度)等因素有关,可用于显示操作效率。「再生容量」表示每克干树脂在一定的再生剂量条件下,所取得的再生树脂之交换容量,可用于显示树脂再生效率。由于树脂的结构不同(主要是活性基数目不同),强酸性与弱酸性阳离子交换树

阳离子交换树脂制备资料

1前言 1.1离子交换树脂简介 1.1.1科技名词定义 中文名称:阳离子交换树脂 英文名称:cation exchange resin 定义1:离子交换树脂官能团上的离子只能与水中阳离子相互交换的树脂。 所属学科:电力(一级学科) ;热工自动化、电厂化学与金属(二级学科) 定义2:含功能性阴离子基团、可与带阳离子的物质进行交换反应的一类高分子量不溶性多聚体。可用于阳离子交换层析。 所属学科:生物化学与分子生物学(一级学科) ;方法与技术(二级学科) 1.1.2阳离子交换树脂分类 阳离子离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.5~1.0mm,其离子交换能力依其交换能力特征可分: 1. 强酸型阳离子交换树脂:主要含有强酸性的反应基如磺酸基(-SO3H),此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。 2.弱酸型阳离子交换树脂:具有较弱的反应基如羧基(-COOH基),此离子

交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+,对于强碱中的离子如Na+、K+等无法进行交换。 1.2种类和性能 离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多糖厂制造精糖和高级食用糖浆,多数使用离子交换树脂将糖液脱色提纯,而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使用离子交换树脂的趋势。 离子交换技术有相当长的历史,某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是,随着现代有机合成工业技术的迅速发展,研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂,并开发了多种新的应用方法,离子交换技术迅速发展,在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种,年产量数十万吨。 在工业应用中,离子交换树脂的优点主要是处理能力大,脱色范围广,脱色容量高,能除去各种不同的离子,可以反复再生使用,工作寿命长,运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术,如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等,各具独特的功能,可以进行各种特殊的工作,是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。 离子交换树脂的应用,是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题,是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。

离子交换树脂浅谈

离子交换树脂 摘要:我国自20世纪50年代以来开始生产和应用离子交换树脂。经过半个多世纪的发展,国内常规的离子交换树脂制造和应用技术已经较为成熟,水平与国外相当。 关键字:水处理、离子交换树脂、湿法冶金 前言:离子交换技术有相当长的历史,某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是,随着现代有机合成工业技术的迅速发展,研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂,并开发了多种新的应用方法,离子交换技术迅速发展,在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种,年产量数十万吨。离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯),通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架,再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。 离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状,也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3~1.2mm 范围内,大部分在0.4~0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性),化学性质也很稳定,在正常情况下有较长的使用寿命。 特点 1.树脂颗粒尺寸 离子交换树脂通常制成珠状颗粒,树脂颗粒较细者,反应速度较大,但细颗粒对液体阻力较大,需要较高的工作压力。将树脂在充分吸水膨胀后进行筛分,累计其在20、30、40、50…目筛网上的留存量,以9000粒子可以通过其相对应的筛孔直径,称为树脂的“有效粒径”。大粒径树脂为0.6~1. 2mm(20^40目)之间,粉末树脂的粒径树脂0. 01~0. 1mm。一般离子交换树脂的粒径。 2.树脂的密度 树脂密度分为干密度和湿密度。干密度是在温度115℃真空干燥后的密度。 干真密度=干树脂重/干树脂颗粒的体积g/cm3 湿密度又分湿真密度和湿视密度。 (1)湿真密度一是树脂在水中充分膨胀后的质量与自身所占体积(不含树脂颗粒的空隙)比 值(g/ cm3,不同类型树脂,湿真密度不同。 湿真密度=湿树脂重/湿树脂颗粒的体积g/cm3 即使同一类型的阳树脂或阴树脂,由于所含交换离子种类不同,湿真密度大小也不相同,此值一般在1.04~1.3之间,阳树脂常比阴树脂湿真密度大。 湿真密度在双层床工艺过程中与树脂的分层效果有关, (2)湿视密度。 树脂的密度与它的交联度和交换基团的性质有关。交联度高的树脂密度较高,强酸性或强碱性树脂的密度高于弱酸或弱碱性,大孔型树脂的密度则较低。例如,苯乙烯系凝胶型强酸阳离子树脂的真密度为1. 26g/mL,视密度为0. 85g/mL;丙烯酸系凝胶型弱酸阳离子树脂的真密度为1. 19g/mL,视密度为0. 75g/mL。. 此值一般在0.60~0.85之间,实际采用湿视密度(堆积密度)来计算离子交换器内填充树脂的质量。

离子交换树脂结构及交换原理

一.氢型与钠型阳离子交换树脂是什么? 氢型阳离子交换树脂(有时简称氢型树脂)是一种人造有机聚合物产品。最常用的原料是:苯乙烯或丙烯酸(酯),先经过聚合反应生成具有三度空间立体网状结构的聚合物骨架(树脂母体),再于骨架上导入不同的「化学活性基」而成。由于它的活性基,如磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)等,都含有活性氢离子,可在水中解离出来,用于与其它阳离子进行交换,所以特别在阳离子树脂名称之前再冠上“氢型”两字,以与同一系统的“钠型”种类有所区别。不过“钠型”可以利用强酸处理成为“氢型”,“氢型”也可以用氢氧化钠或食盐水溶液处理成为“钠型”,即二者可以互相转换。氢型阳离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。和其它离子交换树脂一般,常被制成颗粒状,外观看起来有些像鱼卵,粒径大约在0.3-1.2 mm之间,但大部分在0.4-0.6 mm范围内。化学性质相当稳定,摸起来硬而有弹性,机械强度也足够承受相当压力,颜色由白色至近乎黑色都有,颜色浅时呈透明状,深时呈半透明状,都有光鲜亮丽的树脂光泽。氢型阳离子交换树脂最常应用的地方,就是硬水的软化,即让硬水流过树脂层,把硬水中的硬度离子,如钙、镁等离子吸收在树脂中,就变成不带硬度离子的软水了,这也是阳离子交换树脂最初被制造的主要目的,但它在工业上应用没有「钠型」来的多,因为在软化过程中,它会直接释出氢离子,使水质呈酸性,可能会因此腐蚀相关金属设备。依需要的不同,它也可以应用到水质预处理工艺中,用作软化水质及降低pH值之用。 二离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构,如2.1所示。由三部分组成,分别是: (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成: (2)离子交换基团它连在高分子骨架上,带有可交换的离子(称为反离子)的 离子型官能团或带有极性的非离子型官能团; (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶 孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 在交联结构的高分子基体(骨架)上,以化学键结合着许多交换基团,这些交换基团也是由两部分组成:固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高

阳离子交换树脂

阳离子交换树脂在水处理系统中主要用来除去天然水中的阳离子。由于阳离子交换树脂在处理系统中的位置相对靠前,它所受到的污染有别于阴离子交换树脂,受到污染的阳离子交换树脂通常会发生周期制水量减少,工作交换容量下降,出水水质恶化等现象,而且会对后续的阴离子交换树脂的制水过程产生不利的。对被污染的树脂进行及时的诊断和有效的复苏对水处理系统的运行具有很重要的意义。 1 污染机理简介 树脂为多孔网状立体结构,多孔网眼是离子在树脂内部扩散进出的通道,通道内壁具有众多的功能基团,是离子交换反应的活性点,一旦此活性点被覆盖,离子交换过程就无法进行。在离子交换过程中,交换势能较高、附着力强的离子或大分子之类的物质,容易被交换或吸附到树脂±,而在再生时却难以洗脱下来,从而阻碍了离交换反应的讲行或是在离子交换反应过程中生成难溶的沉积物,并沉积在树脂内部,阻塞了离子交换的通道。 2 阳离子交换树脂的不同污染形式及解决方法 2.1混凝剂过量引起的污染 为了解决水中悬浮物的,预处理中通常要投加混凝剂,一旦混凝剂投加的量不合适就会对后面的阳离子交换树脂产生污染。据报道[1],在使用epi—DMA(二甲胺—环氧卤丙烷)和poly—DADMAC(二烯丙基二甲胺氯的均聚物)作为混凝剂时,若出水中含有1 mg/L的上述混凝剂时就会导致阳离子交换树脂的严重污染,而且发现具有线性结构的混凝剂更容易污染树脂,并能够进入树脂颗粒内部。 当树脂发生上述污染时,如果污染程度不是很严重可以采用如加大反洗流速、延长反洗时间或通人压缩空气等手段予以复苏。如果污染程度较严重时,可以采用加入表面活性剂和分散剂的方法。其中表面活性剂可以增加树脂表面的亲

离子交换树脂的交换原理

离子交换树脂的交换原理 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架(或基因)名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种,凡具有物理孔结构的称大孔型树脂,在全名称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”,分类属碱性的,在名称前加“阴”。如:大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。 离子交换树脂的结构,由三部分组成,分别是: (1)高分子骨架:由交联的高分子聚合物组成; (2)离子交换基团:它连在高分子骨架上,带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团; (3)孔:它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 接下来宏昌化工小编着重给您介绍一下离子交换的基本原理: 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一,有些离子易被交换树脂吸附,但吸着后要把它置换下来就比较困难;而另一些离子很难被吸着,但被置换下来却比较容易,这种性能称为离子交换的选择性。 离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交

换离子发生交换。一般来说,离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子,则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中,原子序数较大的离子其水合半径较小,阳离子交换树脂对其的选择性较大。 对于强酸性阳离子交换树脂来说,它对一些离子的选择性顺序为:Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应,但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的,而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。

离子交换树脂

1、离子交换树脂在长期储存中,或需在停用设备内长期存放,强型树脂(强酸性和强碱性树脂)应转为盐型,弱型树脂(弱酸性和弱碱性树脂)可转为相应的氢型或游离胺型,也可转变为盐型,以保持树脂性能的稳定。然后浸泡在洁净的水中。停用设备若须将水排去,则应密封,以防树脂中水份散失。 2、离子交换树脂内含有一定的平衡水份,在储存和运输中应保持湿润,防止脱水。树脂应储存在室内或加遮盖,环境温度以5°C-40°C为宜。袋装树脂应避免直接日晒,远离锅炉、取暖器等加热装置,避免脱水。 若发现树脂已有脱水现象,切勿将树脂直接放于水中,以免干树脂遇水急剧溶胀而破碎。应根据其脱水程度,用10%左右的食盐水慢慢加入到树脂中,浸泡数小时后用洁净水逐步稀释。 3、当环境温度在0°C或以下时,为防止树脂因内部水份结冰而崩裂,应做好保温措施,或根据气温条件,将树脂存于相应浓度的食盐水中,防止冰冻。若发现树脂已被冻,则应让其缓慢自然解冻,切不可用机械力施于树脂。 食盐溶液浓度与冰点的关系如下表: 4、长期停用而放置在交换器内的树脂,为防止微生物(如藻类、细菌等)对树脂的不可逆污染,树脂在停用前须彻底反洗,以除去运行时积聚的悬浮物质,并注意定期冲洗和换水。或彻底反洗后采用以下措施: 阴树脂:用3倍树脂体积的10%NaCl+2%NaOH混合液分两次通过树脂层,每次静止浸泡数小时,然后将其排去。如有必要,在重新启动前用2倍树脂体积的0.2%过氧化氢(H2O2)溶液淋洗树脂层。 阳树脂:在阳离子交换器及管系内可充入0.5%的甲醛溶液,并在停用期间保持此浓度。也可用食盐水浸泡。在设备重新启动前用0.2%过氧化氢或0.5%甲醛溶液淋洗。 2 树脂的预处理 在离子交换树脂的工业产品中,常含有少量的有机低聚物及一些无机杂质。在使用初期会逐渐溶解释放,影响出水水质或产品质量。因此,新树脂在使用前必须进行预处理,具体方法如下: 1、树脂装入交换器后,用洁净水反洗树脂层,展开率为50-70%,直至出水清晰、无气味、无细碎树脂为止。 2、用约2倍树脂体积的4-5%HCl溶液,以2m/h的流速通过树脂层。全部通入后,浸泡4-8小时,排去酸液,用洁净水冲洗至出水呈中性,冲洗流速为10-20m/h。 3、用约2倍树脂体积的2-5%NaOH溶液,按上面进HCl溶液的方法通入和浸泡。排去碱液,用洁净水冲洗至出水呈中性,冲洗流速同上。 酸、碱溶液若能重复进行2-3次,则效果更佳。

相关主题
文本预览
相关文档 最新文档