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工作原理

离子交换树脂是什么？

时间:2018-11-14   浏览:398338
随着污水处理要求越来越高，污水中有些杂质需要通过离子交换的方式来净化。那么就要用到离子交换树脂，离子交换树脂能够有效地通过离子吸附相反电荷的离子，达到净化的效果。今天小编就和大家介绍一下离子交换树脂是什么？
 
离子交换树脂图片

什么是离子交换树脂？

离子交换是一种可逆的化学反应，其中溶解的离子从溶液中除去，并用相同或相似电荷的其他离子代替。离子交换树脂本身不是化学反应物，而是促进离子交换反应的物理介质。树脂本身由形成烃网络的有机聚合物组成。整个聚合物基质是离子交换位点，其中带正电离子（阳离子）或带负电离子（阴离子）的所谓“官能团”固定在聚合物网络上。这些官能团容易吸引相反电荷的离子。
 
离子交换树脂的物理特性是什么？
离子交换树脂的几何形状，尺寸和结构可以在不同类型之间变化。大多数离子交换交换系统使用由微小的多孔微珠组成的树脂床，尽管一些系统，例如用于电渗析的系统，使用片状网状树脂。离子交换树脂珠通常是小的和球形的，半径仅为0.25至1.25毫米。根据应用和系统设计，树脂珠粒可具有均匀的粒度或高斯尺寸分布。大多数应用使用凝胶树脂珠，具有半透明的外观，并提供高容量和化学效率。大孔树脂由于其不透明的白色或黄色外观而可识别，通常保留用于苛刻条件，因为它们具有相对较高的稳定性和耐化学性。             
 
离子交换树脂组化学特性是什么？
离子交换树脂基质通过在称为聚合的过程中使烃链彼此交联而形成。交联使树脂聚合物具有更强，更有弹性的结构和更大的容量（按体积计）。虽然大多数离子交换树脂的化学组成是聚苯乙烯，但某些类型是由丙烯酸（丙烯腈或丙烯酸甲酯）制造的。然后树脂聚合物经历一种或多种化学处理以将官能团结合到位于整个基质中的离子交换位点。这些官能团使离子交换树脂具有分离能力，并且从一种树脂到下一种树脂会有很大差异。
 
离子交换树脂有哪些类型？
强酸阳离子（SAC）交换树脂
强酸阳离子树脂由具有磺酸盐（SO 3 -）官能团的聚苯乙烯基质组成，该官能团带有钠离子（Na 2+）用于软化应用，或氢离子（H +）用于脱矿质
弱酸阳离子（WAC）交换树脂
弱酸阳离子树脂由丙烯酸聚合物组成，该聚合物已用硫酸或苛性钠水解以产生羧酸官能团。由于它们对氢离子（H +）的高亲和力，弱酸阳离子树脂通常用于选择性地除去与碱度相关的阳离子。
强碱阴离子（SBA）交换树脂
强碱阴离子树脂通常由经过氯甲基化和胺化的聚苯乙烯基质组成，以将阴离子固定到交换位点。1型强碱阴离子是通过应用三甲胺生产的，其产生氯离子（Cl -），而2型强碱阴离子树脂是通过应用二甲基乙醇胺生产的，其产生氢氧根离子（OH -）。
弱碱阴离子（WBA）交换树脂
弱碱阴离子树脂通常由经过氯甲基化的聚苯乙烯基质组成，然后用二甲胺胺化。弱碱阴离子树脂的独特之处在于它们不具有可交换的离子，因此用作酸吸收剂以除去与强无机酸相关的阴离子。
螯合树脂。螯合树脂是最常见的特种树脂类型，用于选择性去除某些金属和其他物质。在大多数情况下，树脂基质由聚苯乙烯组成，尽管多种物质用于官能团，包括硫醇，三乙基铵和氨基膦等。
 
离子交换树脂如何工作？
要完全了解离子交换树脂的工作原理，首先要了解离子交换反应的原理非常重要。简而言之，离子交换是带电粒子或离子的可逆交换与相同电荷的交换。当存在于不溶性离子交换树脂基质上的离子有效地与周围溶液中存在的类似电荷的离子交换位置时，会发生这种情况。
 
离子交换树脂以这种方式起作用，因为其官能团是基本上固定的离子，其永久地结合在树脂的聚合物基质中。这些带电离子将容易与相反电荷的离子键合，这些离子通过施加抗衡离子溶液而被输送。这些反离子将继续与官能团结合，直至达到平衡。
 
在离子交换循环期间，将待处理的溶液加入离子交换树脂床中并使其流过珠粒。当溶液移动通过离子交换树脂时，树脂的官能团吸引溶液中存在的任何抗衡离子。如果官能团对新抗衡离子的亲和力大于已存在的那些，则溶液中的离子将移除现有的离子并取代它们，通过共享的静电吸引力与官能团键合。通常，离子的尺寸和/或价数越大，其与相反电荷的离子的亲和力就越大。
 
让我们将这些概念应用于典型的离子交换水软化系统。在该实施例中，软化机理由阳离子交换树脂组成，其中磺酸根阴离子（SO 3 -）官能团固定在离子交换树脂基质上。然后将含有钠阳离子（Na +）的抗衡离子溶液施加到树脂上。通过静电吸引将Na +保持在固定的SO 3 -阴离子上，在树脂中产生净中性电荷。在活性离子交换循环期间，将含有硬离子（Ca 2+或Mg 2+）的流加入到阳离子交换树脂中。自SO 3 -官能团对硬度阳离子的亲和力大于对Na +离子的亲和力，硬离子取代Na +离子，然后Na +离子作为处理流的一部分流出离子交换单元。另一方面，硬度离子（Ca 2+或Mg 2+）由离子交换树脂保留。
 
树脂再生是什么？
随着时间的推移，污染物离子与离子交换树脂中的所有可用交换位点结合。一旦树脂耗尽，必须通过所谓的再生循环将其恢复以供进一步使用。在再生循环期间，通过施加浓缩的再生溶液基本上逆转离子交换反应。根据树脂的类型和手头的应用，再生剂可以是盐，酸或苛性碱溶液。随着再生循环的进行，离子交换树脂释放污染物离子，将它们交换为再生溶液中存在的离子。污染物离子将作为再生剂流出物流的一部分离开离子交换系统，并且需要被适当地排出。在大多数情况下，在下一个活性离子交换循环之前冲洗树脂以除去任何残留的再生剂。
 
离子交换树脂结构：
水处理应用的现代合成离子交换树脂在第二次世界大战期间被开发和完善。目前使用的大多数树脂具有苯乙烯 - 二乙烯基苯共聚物珠粒结构。该结构赋予离子交换树脂珠粒一定的物理性质。用于水处理树脂的另一种重要的树脂珠结构是丙烯酸树脂结构。丙烯酸树脂的操作性能与等效的苯乙烯 - 二乙烯基苯树脂的操作性能不同。在不知道特定地点的运行条件的情况下，不能说哪种树脂结构“更好” 。“更好”的树脂会具有与现场运行参数最佳匹配的运行特性，从而最大限度地提高运营效率和成本效益。
树脂结构的另一个不同之处在于凝胶和大孔树脂之间的差异。凝胶树脂是美国最广泛使用的树脂。在对主要实验室进行分析的离子交换树脂样品的分析中，只有约2％是大孔树脂样品。凝胶树脂通常可以表征为在树脂结构中具有较小的孔，较高的初始交换容量和较低的购买价格，而不是相同类型的大孔树脂。由于较大的孔结构，大孔树脂通常被认为更容易洗脱污垢，并且它们通常可以在更恶劣的操作环境中更好地站立。
树脂结构的最新发展是均匀粒径（UPS）树脂的可用性。树脂制造工艺先前以高斯分布模式（钟形曲线）从小到大制造树脂珠。如今，几家制造商已经完善了制造工艺，使树脂珠粒基本上形成一种粒径。这为树脂产生了几种独特的操作特性，使制造商能够提供更适合特定应用的树脂。一般而言，关于脱矿质和软化应用，UPS树脂将使用较少的水冲洗，反冲洗。使用较少的水，并且对于给定的床深度具有较低的压降。但是，除非密切监视和控制系统否则这些优点可能会被忽视，因此可能无法正常使用。如果为家庭或商业市场设计的系统可没有充分利用UPS树脂所需的控制或监控设备，则应使用控制和监控系统构建工业系统，以便用户利用这些树脂。
 
水天蓝环保是一家专业从事环保水处理的高新技术企业，主要生产经营离子交换树脂、实验室废水处理设备以及配套的工业自动化成套设备。致力于工业水处理环保。公司具有完整的环保水处理系统集成和全面的技术服务综合能力。
 
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