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目錄
應(yīng)用領(lǐng)域
1）水處理
水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽(yáng)離子的去除。離子交換樹脂的最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(dǎo)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(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)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?jī)H次于水處理。
3）制藥行業(yè)
制藥工業(yè)離子交換樹脂對(duì)發(fā)展新一代的抗菌素及對(duì)原有抗菌素的質(zhì)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。2010年來(lái)還在中藥提成等方面有所研究。
4）合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)
在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無(wú)機(jī)酸、堿，同樣可進(jìn)行上述反應(yīng)，且優(yōu)點(diǎn)更多。如樹脂可反復(fù)使用，產(chǎn)品容易分離，反應(yīng)器不會(huì)被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控制等。
5）環(huán)境保護(hù)
離子交換樹脂已應(yīng)用在許多非常受關(guān)注的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題上。許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質(zhì)，這些可用樹脂進(jìn)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(zhì)等。
6）濕法冶金及其他
離子交換樹脂、陽(yáng)離子交換樹脂、陰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。
工作原理
采用離子交換方法，可以把水中呈離子態(tài)的陽(yáng)離子、陰離子去除，以氯化鈉（NaCl）代表水中無(wú)機(jī)鹽類，水質(zhì)除鹽的基本反應(yīng)可以用下列方程式表達(dá):
1、陽(yáng)離子交換樹脂:R-H + Na= R-Na + H
2、陰離子交換樹脂:R-OH + Cl= R-Cl + OH
陽(yáng)、陰離子交換樹脂總的反應(yīng)式即可寫成: RH+ROH+NaCl--RNa+RCl+H2O
由此可看出，水中的NaCl已分別被樹脂上的H和OH所取代，而反應(yīng)生成物只有H2O，故達(dá)到了去除水中鹽的作用。
主要工藝
去離子水的工藝大致可分為四種:
第一種:采用陽(yáng)陰離子交換樹脂取得的去離子水，一般通過(guò)之后，出水電導(dǎo)率可降到10us/cm以下，再經(jīng)過(guò)混床就可以達(dá)到0.2μs/cm以下了。但是這種方法做出來(lái)的水成本較高，而且顆粒雜質(zhì)太多，達(dá)不到理想的要求。
第二種:預(yù)處理（即砂碳過(guò)濾器+精密過(guò)濾器）+反滲透+混床工藝 這種方法是目前采用最多的，因?yàn)榉礉B透投資成本也不算高，可以去除90%以上的水中離子，剩下的離子再通過(guò)混床交換除去，這樣可使出水電導(dǎo)率:0.2左右。這樣是目前流行的方法。
第三種:采用兩級(jí)反滲透方式
其流程如下:
自來(lái)水→多介質(zhì)過(guò)濾器→活性炭過(guò)濾器→軟化水器→中間水箱→低壓泵→精密過(guò)濾器→一級(jí)反滲透→PH調(diào)節(jié)→混合器→二級(jí)反滲透（反滲透膜表面帶正電荷）→純水箱→純水泵→微孔過(guò)濾器→用水點(diǎn)
第四種:前處理與第二種方法一樣使用反滲透，只是后面使用的混床采用EDI連續(xù)除鹽膜塊代替，這樣就不用酸堿再生樹脂，而是用電再生。這就使整個(gè)過(guò)程無(wú)污染了，經(jīng)過(guò)處理后的水質(zhì)可達(dá)到:15M以上。但這這種方法的前期投資比較多，運(yùn)行成本低。根據(jù)各公司的情況做適當(dāng)?shù)耐顿Y。最好不過(guò)了。 其流程如下
原水→多介質(zhì)過(guò)濾器→活性炭過(guò)濾器→軟化水器→中間水箱→低壓泵→PH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)→高效混合器→精密過(guò)濾器→高效反滲透→中間水箱→EDI水泵→EDI系統(tǒng)→微孔過(guò)濾器→用水點(diǎn)
系統(tǒng)的預(yù)處理
先用清水對(duì)樹脂進(jìn)行沖洗，然后用4~5%的HCl和NaOH在交換柱中依次交替浸泡2~4小時(shí)，在酸堿之間用大量清水淋洗至出水接近中性，如此重復(fù)2~3次，每次酸堿用量為樹脂體積的2倍。最后一次處理應(yīng)用4~5%的HCl溶液進(jìn)行，放盡酸液，用清水淋洗至中性即可待用。
應(yīng)用領(lǐng)域
離子交換設(shè)備是傳統(tǒng)的去離子水設(shè)備，它的產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，造價(jià)相對(duì)較低。在以往的電廠鍋爐補(bǔ)給水都是采用陽(yáng)床+陰床+混床處理工藝。
2010來(lái)，隨著反滲透、EDI等工藝的發(fā)展，離子交換設(shè)備操作復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，浪費(fèi)酸堿，運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)更加突出，更多的應(yīng)用于反滲透的深度處理。
小型的離子交換設(shè)備常采用有機(jī)玻璃交換柱，有利于觀察樹脂運(yùn)行情況。如混合離子交換器再生分層是否充分，陽(yáng)離子是否"中毒"等，樹脂損耗情況等。
大型的離子交換設(shè)備則采用碳鋼內(nèi)襯環(huán)氧樹脂或襯膠，中間預(yù)留可視裝置，以便于離子再生時(shí)在線觀測(cè)再生液水位狀況。
系統(tǒng)特點(diǎn)
1、工業(yè)超純水處理工藝，是目前工業(yè)用超純水的制備上應(yīng)用最多的一種工藝之一。
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。
3、制藥工業(yè)離子交換樹脂對(duì)發(fā)展新一代的抗菌素及對(duì)原有抗菌素的質(zhì)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。
4、合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。
5、電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)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。
系統(tǒng)簡(jiǎn)介
離子交換樹脂常用于原水處理的有鈉型陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱構(gòu)成。根據(jù)樹脂的酸堿性分，屬酸性的在名稱前加"陽(yáng)"，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂使用，就叫做"鈉型陽(yáng)離子交換樹脂"。屬堿性的在名稱前加"陰"。
基本類型
1、 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂
這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基-SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3-，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。
樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來(lái)狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹脂放出被吸附的陽(yáng)離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來(lái)的組成。
2、 弱酸性陽(yáng)離子樹脂
這類樹脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基-COOH，能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO-（R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中（如pH5~14）起作用。這類樹脂亦是用酸進(jìn)行再生（比強(qiáng)酸性樹脂較易再生）。
3、 強(qiáng)堿性陰離子樹脂
這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基（亦稱四級(jí)胺基）-NR3OH（R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能在水中離解出OH-而呈強(qiáng)堿性。這種樹脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿（如NaOH）進(jìn)行再生。
4、 弱堿性陰離子樹脂
這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基（亦稱一級(jí)胺基）-NH2、仲胺基（二級(jí)胺基）-NHR、或叔胺基（三級(jí)胺基）-NR2，它們?cè)谒心茈x解出OH-而呈弱堿性。這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件（如pH1~9）下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。
注:不論強(qiáng)堿性還是弱堿性樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。
離子交換容量
離子交換樹脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)的性能，表現(xiàn)在它的"離子交換容量"，即每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù)，meq/g（干）或 meq/mL（濕）;當(dāng)離子為一價(jià)時(shí)，毫克當(dāng)量數(shù)即是毫克分子數(shù)（對(duì)二價(jià)或多價(jià)離子，前者為后者乘離子價(jià)數(shù)）。它又有"總交換容量"、"工作交換容量"和 "再生交換容量"等三種表示方式。
1、總交換容量，表示每單位數(shù)量（重量或體積）樹脂能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)的總量。
2、工作交換容量，表示樹脂在某一定條件下的離子交換能力，它與樹脂種類和總交換容量，以及具體工作條件如溶液的組成、流速、溫度等因素有關(guān)。
3、再生交換容量，表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量,表明樹脂中原有化學(xué)基團(tuán)再生復(fù)原的程度。
通常，再生交換容量為總交換容量的50~90%（一般控制70~80%），而工作交換容量為再生交換容量的30~90%（對(duì)再生樹脂而言），后一比率亦稱為樹脂的利用率。
在實(shí)際使用中，離子交換樹脂的交換容量包括了吸附容量，但后者所占的比例因樹脂結(jié)構(gòu)不同而異?，F(xiàn)仍未能分別進(jìn)行計(jì)算，在具體設(shè)計(jì)中，需憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，并在實(shí)際運(yùn)行時(shí)復(fù)核之。
離子樹脂交換容量的測(cè)定一般以無(wú)機(jī)離子進(jìn)行。這些離子尺寸較小，能自由擴(kuò)散到樹脂體內(nèi)，與它內(nèi)部的全部交換基團(tuán)起反應(yīng)。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，溶液中常含有高分子有機(jī)物，它們的尺寸較大，難以進(jìn)入樹脂的顯微孔中，因而實(shí)際的交換容量會(huì)低于用無(wú)機(jī)離子測(cè)出的數(shù)值。這種情況與樹脂的類型、孔的結(jié)構(gòu)尺寸及所處理的物質(zhì)有關(guān)。
參考資料
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