弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的反應(yīng)與再生問(wèn)題剖析

陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂樹(shù)脂的貯存：

  離子交換樹(shù)脂肪內(nèi)含有一定量的水份，在運(yùn)輸及貯存過(guò)程中應(yīng)盡量保持這部分水。如貯存過(guò)程中樹(shù)脂脫了水，應(yīng)先用濃食鹽水（-10）浸泡，再逐漸稀釋?zhuān)坏弥苯臃庞谒?，以免?shù)脂急劇膨脹而破碎。在長(zhǎng)期貯存中，強(qiáng)型樹(shù)脂應(yīng)轉(zhuǎn)變成鹽型，弱型樹(shù)脂可轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的氫型或游離堿型也可轉(zhuǎn)為鹽型，然后浸泡在潔凈的水中。樹(shù)脂在貯存或運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)保持在5-40C的溫度環(huán)境中，避免過(guò)冷或過(guò)熱，影響質(zhì)量。若冬季沒(méi)有保溫設(shè)備時(shí)，可將樹(shù)脂貯存在食鹽水中，食鹽水的溫度可根據(jù)氣溫而定。
新樹(shù)脂的預(yù)處理：

  新樹(shù)脂常含有溶劑、未參加聚合反應(yīng)的物質(zhì)和少量低聚合物，還可能吸著鐵、鋁、銅等重金屬離子。當(dāng)樹(shù)脂與水、酸、堿或其他溶液相接觸時(shí)，上述可溶性雜質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)入溶液中，在使用初期污染出水水質(zhì)。所以，新樹(shù)脂在投運(yùn)前要進(jìn)行預(yù)處理。

陽(yáng)樹(shù)脂的預(yù)處理

陽(yáng)樹(shù)脂預(yù)處理步驟如下：

  首先使用飽和食鹽水，取其量約等于被處理樹(shù)脂體積的兩倍，將樹(shù)脂置于食鹽溶液中浸泡18-20小時(shí)，然后放盡食鹽水，用清水漂洗凈，使排出水不帶黃色;其次再用2-4NaOH溶液，其量與上相同，在其中浸泡2-4小時(shí)（或作小流量清洗），放盡堿液后，沖洗樹(shù)脂直至排出水接近中性為止。后用5HCL溶液，其量亦與上述相同，浸泡4-8小時(shí)，放盡酸液，用清

水漂流至中性待用。

 陰樹(shù)脂的預(yù)處理

  其預(yù)處理方法中的第一步與陽(yáng)樹(shù)脂預(yù)處理方法中的第一步相同；而后用

5HCL浸泡4-8小時(shí)，然后放盡酸液，用水清洗至中性；而后用2-4NaOH溶

液浸泡4-8小時(shí)后，放盡堿液，用清水洗至中性待用。

弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的反應(yīng)與再生問(wèn)題剖析                  

　　一、交換能力

　　氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在水中可解離出氫離子(H+)，當(dāng)遇到金屬離子或其它陽(yáng)離子，就發(fā)生互相交換作用，但交換后的樹(shù)脂，就不再是氫型樹(shù)脂了。例如，當(dāng)水中的陽(yáng)離子如鈣離子、鎂離子的濃度相當(dāng)大時(shí)，磺酸型的陽(yáng)離子交換樹(shù)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(yáng)離子交換樹(shù)脂，如下式：2R-SO3H+Ca2+→(R-SO3)2Ca+2H+(鈣型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂)2R-SO3H+Mg2+→(R-SO3)2Mg+2H+(鎂型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂)氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換能力與被交換的陽(yáng)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(yáng)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(yáng)離子被交換的傾向也越大。如果以自來(lái)水中經(jīng)常出現(xiàn)陽(yáng)離子列為參考對(duì)象。

離子交換樹(shù)脂

　　二、交換容量

　　離子交換樹(shù)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(lái)。所謂交換容量是指每克干樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂種類(lèi)、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(shù)脂在一定的再生劑量條件下，所取得的再生樹(shù)脂之交換容量，可用于顯示樹(shù)脂再生效率。

　　由于樹(shù)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(yáng)離子交換樹(shù)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(wú)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(shù)脂

　　三、再生

　　離子相對(duì)濃度高低對(duì)樹(shù)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(yáng)離子交換樹(shù)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(yáng)離子交換樹(shù)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(guò)程是可逆的，因此當(dāng)交換樹(shù)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(lái)，使之一再重復(fù)被循環(huán)使用，這種作用稱(chēng)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(shù)脂中的氫離子，都被其它硬度離子交換后，這些樹(shù)脂就沒(méi)有軟化水質(zhì)作用，此時(shí)之狀態(tài)稱(chēng)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(shù)脂，利用再生劑洗出所交換來(lái)的陽(yáng)離子，讓樹(shù)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(shù)脂型態(tài)等。無(wú)論是強(qiáng)酸性或弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)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?shù)脂若吸附有機(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(guò)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(shù)脂

　　四、影響再生特性的主要因素

　　氫型樹(shù)脂的再生特性與它的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，強(qiáng)酸性氫型樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂與再生酸液浸泡接觸時(shí)間較短。反之，交聯(lián)度高的樹(shù)脂，則需要較長(zhǎng)再生酸液與樹(shù)脂接觸的時(shí)間。無(wú)論強(qiáng)酸性或弱酸性氫型樹(shù)脂的「交聯(lián)度」均可以在制造時(shí)控制。由于氫型樹(shù)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(shù)脂在使用過(guò)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。