強酸性離子交換樹脂取得了大的發(fā)展突破 強酸性離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架(或基因)名稱、基本名稱組成。孔隙結構分凝膠型和大孔型兩種,凡具有物理孔結構的稱大孔型樹脂,在全名稱前加“大孔”。分類屬酸性的應在名稱前加“陽”,分類屬堿性的,在名稱前加“陰”。如:大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。
強酸性離子交換樹脂還可以根據其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。樹脂中化學活性基團的種類決定了樹脂的主要性質和類別。首先區(qū)分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類,它們可分別與溶液中的陽離子和陰離子進行離子交換。陽離子樹脂又分為強酸性和弱酸性兩類,陰離子樹脂又分為強堿性和弱堿性兩類 (或再分出中強酸和中強堿性類)。
強酸性離子交換樹脂應用領域
1)水處理水處理領域離子交換樹脂的需求量很大,約占離子交換樹脂產量的90%,用于水中的各種陰陽離子的去除。目前,離子交換樹脂的zui大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上,其次是原子能、半導體、電子工業(yè)等。
2)食品工業(yè)離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如:高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后,再經水解反應,產生葡萄糖與果糖,而后經離子交換處理,可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量僅次于水處理。
3)制藥行業(yè)制藥工業(yè)離子交換樹脂對發(fā)展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。近年還在中藥提成等方面有所研究。
4)合成化學和石油化學工業(yè)在有機合成中常用酸和堿作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。如樹脂可反復使用,產品容易分離,反應器不會被腐蝕,不污染環(huán)境,反應容易控制等。甲基叔丁基醚(MTBE)的制備,就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑,由異丁烯與甲醇反應而成,代替了原有的可對環(huán)境造成嚴重污染的四乙基鉛。
5)環(huán)境保護離子交換樹脂已應用在許多非常受關注的環(huán)境保護問題上。目前,許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質,這些可用樹脂進行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子,回收電影制片廢液里的有用物質等。
6)濕法冶金及其他離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。
強酸性離子交換樹脂(IONRESIN)使用一段時間后,吸附的雜質接近飽和狀態(tài),就要進行再生處理,用化學藥劑將樹脂所吸附的離子和其他雜質洗脫除去,使之恢復原來的組成和性能。在實際運用中,為降低再生費用,要適當控制再生劑用量,使樹脂的性能恢復到合理的再生水平,通??刂菩阅芑謴统潭葹?0~80%。如果要達到更高的再生水平,則再生劑量要大量增加,再生劑的利用率則下降。
強酸性離子交換樹脂的再生的再生
應當根據樹脂的種類、特性,以及運行的經濟性,選擇適當?shù)脑偕巹┖凸ぷ鳁l件。離子交換樹脂的再生特性與它的類型和結構有密切關系。強酸性和強堿性樹脂的再生比較困難,需用再生劑量比理論值高相當多;而弱酸性或弱堿性樹脂則較易再生,所用再生劑量只需稍多于理論值。此外,大孔型和交聯(lián)度低的樹脂較易再生,而凝膠型和交聯(lián)度高的樹脂則要較長的再生反應時間。再生劑的種類應根據樹脂的離子類型來選用,并適當?shù)剡x擇價格較低的酸、堿或鹽。例如:鈉型強酸性陽樹脂可用10%NaCl 溶液再生,用藥量為其交換容量的2倍 (用NaCl量為117g/ l 樹脂);氫型強酸性樹脂用強酸再生,用硫酸時要防止被樹脂吸附的鈣與硫酸反應生成硫酸鈣沉淀物。為此,宜先通入1~2%的稀硫酸再生。氯型強堿性樹脂,主要以NaCl 溶液來再生,但加入少量堿有助于將樹脂吸附的色素和有機物溶解洗出,故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的堿鹽液再生,常規(guī)用量為每升樹脂用150~200g NaCl ,及3~4g NaOH。OH型強堿陰樹脂則用4%NaOH溶液再生。離子交換樹脂再生時的化學反應是樹脂原先的交換吸附的逆反應。按化學反應平衡原理,提高化學反應某一方物質的濃度,可促進反應向另一方進行,故提高再生液濃度可加速再生反應,并達到較高的再生水平。為加速再生化學反應,通常先將再生液加熱至70~80℃。它通過樹脂的流速一般為1~2 BV/h。也可采用先快后慢的方法,以充分發(fā)揮再生劑的效能。再生時間約為一小時。隨后用軟水順流沖洗樹脂約一小時(水量約4BV),待洗水排清之后,再用水反洗,至洗出液無色、無混濁為止。一些樹脂在再生和反洗之后,要調校pH值。因為再生液常含有堿,樹脂再生后即使經水洗,也常帶堿性。而一些脫色樹脂 (特別是弱堿性樹脂) 宜在微酸性下工作。此時可通入稀鹽酸,使樹脂 pH值下降至6左右,再用水正洗,反洗各一次。離子交換樹脂在使用較長時間后,由于它所吸附的一部分雜質(特別是大分子有機膠體物質)不易被常規(guī)的再生處理所洗脫,逐漸積累而將樹脂污染,使樹脂效能降低。此時要用特殊的方法處理。例如:陽離子樹脂受含氮的兩性化合物污染,可用4%NaOH 溶液處理,將它溶解而排掉;陰離子樹脂受有機物污染,可提高堿鹽溶液中的NaOH 濃度至0.5~1.0%,以溶解有機物。
特殊的離子交換樹脂再生方法:
污染較嚴重的樹脂,可用酸或堿性食鹽溶液反復處理,如先用10%NaCl +1%NaOH堿鹽溶液溶解有機物,再用4%HCl 或分別用10%NaOH 及1%HCl 溶解無機物,隨后再用10%NaCl +1%NaOH處理,在約70℃下進行。
如果上述處理的效果未達要求,可用氧化法處理。即用水洗滌樹脂后,通入濃度為0.5%的次氯酸鈉溶液,控制流速2~4BV/h,通過量10~20BV,隨即用水洗滌,再用鹽水處理。應當注意,氧化處理可能將樹脂結構中的大分子的連接鍵氧化,造成樹脂的降解,膨脹度增大,容易碎裂,故不宜常用。通常使用50周期后才進行一次氧化處理。由于氯型樹脂有較強的耐氧化性,故樹脂在氧化處理前應用鹽水處理,變?yōu)槁刃?,這還可避免處理過程中的pH值變化,并使氧化作用比較穩(wěn)定。