離子交換樹脂是什么？
2018-11-14 15:49:14
admin 
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隨著污水處理要求越來越高，污水中有些雜質(zhì)需要通過離子交換的方式來凈化。那么就要用到離子交換樹脂，離子交換樹脂能夠有效地通過離子吸附相反電荷的離子，達(dá)到凈化的效果。今天小編就和大家介紹一下離子交換樹脂是什么？
隨著污水處理要求越來越高，污水中有些雜質(zhì)需要通過離子交換的方式來凈化。那么就要用到離子交換樹脂，離子交換樹脂能夠有效地通過離子吸附相反電荷的離子，達(dá)到凈化的效果。今天小編就和大家介紹一下離子交換樹脂是什么？
什么是離子交換樹脂？
離子交換是一種可逆的化學(xué)反應(yīng)，其中溶解的離子從溶液中除去，并用相同或相似電荷的其他離子代替。離子交換樹脂本身不是化學(xué)反應(yīng)物，而是促進(jìn)離子交換反應(yīng)的物理介質(zhì)。樹脂本身由形成烴網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)聚合物組成。整個聚合物基質(zhì)是離子交換位點(diǎn)，其中帶正電離子（陽離子）或帶負(fù)電離子（陰離子）的所謂“官能團(tuán)”固定在聚合物網(wǎng)絡(luò)上。這些官能團(tuán)容易吸引相反電荷的離子。
離子交換樹脂的物理特性是什么？
離子交換樹脂的幾何形狀，尺寸和結(jié)構(gòu)可以在不同類型之間變化。大多數(shù)離子交換交換系統(tǒng)使用由微小的多孔微珠組成的樹脂床，盡管一些系統(tǒng)，例如用于電滲析的系統(tǒng)，使用片狀網(wǎng)狀樹脂。離子交換樹脂珠通常是小的和球形的，半徑僅為0.25至1.25毫米。根據(jù)應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，樹脂珠粒可具有均勻的粒度或高斯尺寸分布。大多數(shù)應(yīng)用使用凝膠樹脂珠，具有半透明的外觀，并提供高容量和化學(xué)效率。大孔樹脂由于其不透明的白色或黃色外觀而可識別，通常保留用于苛刻條件，因?yàn)樗鼈兙哂邢鄬^高的穩(wěn)定性和耐化學(xué)性。
離子交換樹脂組化學(xué)特性是什么？
離子交換樹脂基質(zhì)通過在稱為聚合的過程中使烴鏈彼此交聯(lián)而形成。交聯(lián)使樹脂聚合物具有更強(qiáng)，更有彈性的結(jié)構(gòu)和更大的容量（按體積計(jì)）。雖然大多數(shù)離子交換樹脂的化學(xué)組成是聚苯乙烯，但某些類型是由丙烯酸（丙烯腈或丙烯酸甲酯）制造的。然后樹脂聚合物經(jīng)歷一種或多種化學(xué)處理以將官能團(tuán)結(jié)合到位于整個基質(zhì)中的離子交換位點(diǎn)。這些官能團(tuán)使離子交換樹脂具有分離能力，并且從一種樹脂到下一種樹脂會有很大差異。
離子交換樹脂有哪些類型？
強(qiáng)酸陽離子（SAC）交換樹脂
強(qiáng)酸陽離子樹脂由具有磺酸鹽（SO 3 -）官能團(tuán)的聚苯乙烯基質(zhì)組成，該官能團(tuán)帶有鈉離子（Na 2+）用于軟化應(yīng)用，或氫離子（H +）用于脫礦質(zhì)
弱酸陽離子（WAC）交換樹脂
弱酸陽離子樹脂由丙烯酸聚合物組成，該聚合物已用硫酸或苛性鈉水解以產(chǎn)生羧酸官能團(tuán)。由于它們對氫離子（H +）的高親和力，弱酸陽離子樹脂通常用于選擇性地除去與堿度相關(guān)的陽離子。
強(qiáng)堿陰離子（SBA）交換樹脂
強(qiáng)堿陰離子樹脂通常由經(jīng)過氯甲基化和胺化的聚苯乙烯基質(zhì)組成，以將陰離子固定到交換位點(diǎn)。1型強(qiáng)堿陰離子是通過應(yīng)用三甲胺生產(chǎn)的，其產(chǎn)生氯離子（Cl -），而2型強(qiáng)堿陰離子樹脂是通過應(yīng)用二甲基乙醇胺生產(chǎn)的，其產(chǎn)生氫氧根離子（OH -）。
弱堿陰離子（WBA）交換樹脂
弱堿陰離子樹脂通常由經(jīng)過氯甲基化的聚苯乙烯基質(zhì)組成，然后用二甲胺胺化。弱堿陰離子樹脂的獨(dú)特之處在于它們不具有可交換的離子，因此用作酸吸收劑以除去與強(qiáng)無機(jī)酸相關(guān)的陰離子。
螯合樹脂。螯合樹脂是最常見的特種樹脂類型，用于選擇性去除某些金屬和其他物質(zhì)。在大多數(shù)情況下，樹脂基質(zhì)由聚苯乙烯組成，盡管多種物質(zhì)用于官能團(tuán)，包括硫醇，三乙基銨和氨基膦等。
離子交換樹脂如何工作？
要完全了解離子交換樹脂的工作原理，首先要了解離子交換反應(yīng)的原理非常重要。簡而言之，離子交換是帶電粒子或離子的可逆交換與相同電荷的交換。當(dāng)存在于不溶性離子交換樹脂基質(zhì)上的離子有效地與周圍溶液中存在的類似電荷的離子交換位置時，會發(fā)生這種情況。
離子交換樹脂以這種方式起作用，因?yàn)槠涔倌軋F(tuán)是基本上固定的離子，其永久地結(jié)合在樹脂的聚合物基質(zhì)中。這些帶電離子將容易與相反電荷的離子鍵合，這些離子通過施加抗衡離子溶液而被輸送。這些反離子將繼續(xù)與官能團(tuán)結(jié)合，直至達(dá)到平衡。
在離子交換循環(huán)期間，將待處理的溶液加入離子交換樹脂床中并使其流過珠粒。當(dāng)溶液移動通過離子交換樹脂時，樹脂的官能團(tuán)吸引溶液中存在的任何抗衡離子。如果官能團(tuán)對新抗衡離子的親和力大于已存在的那些，則溶液中的離子將移除現(xiàn)有的離子并取代它們，通過共享的靜電吸引力與官能團(tuán)鍵合。通常，離子的尺寸和/或價數(shù)越大，其與相反電荷的離子的親和力就越大。
讓我們將這些概念應(yīng)用于典型的離子交換水軟化系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，軟化機(jī)理由陽離子交換樹脂組成，其中磺酸根陰離子（SO 3 -）官能團(tuán)固定在離子交換樹脂基質(zhì)上。然后將含有鈉陽離子（Na +）的抗衡離子溶液施加到樹脂上。通過靜電吸引將Na +保持在固定的SO 3 -陰離子上，在樹脂中產(chǎn)生凈中性電荷。在活性離子交換循環(huán)期間，將含有硬離子（Ca 2+或Mg 2+）的流加入到陽離子交換樹脂中。自SO 3 -官能團(tuán)對硬度陽離子的親和力大于對Na +離子的親和力，硬離子取代Na +離子，然后Na +離子作為處理流的一部分流出離子交換單元。另一方面，硬度離子（Ca 2+或Mg 2+）由離子交換樹脂保留。
樹脂再生是什么？
隨著時間的推移，污染物離子與離子交換樹脂中的所有可用交換位點(diǎn)結(jié)合。一旦樹脂耗盡，必須通過所謂的再生循環(huán)將其恢復(fù)以供進(jìn)一步使用。在再生循環(huán)期間，通過施加濃縮的再生溶液基本上逆轉(zhuǎn)離子交換反應(yīng)。根據(jù)樹脂的類型和手頭的應(yīng)用，再生劑可以是鹽，酸或苛性堿溶液。隨著再生循環(huán)的進(jìn)行，離子交換樹脂釋放污染物離子，將它們交換為再生溶液中存在的離子。污染物離子將作為再生劑流出物流的一部分離開離子交換系統(tǒng)，并且需要被適當(dāng)?shù)嘏懦觥Ｔ诖蠖鄶?shù)情況下，在下一個活性離子交換循環(huán)之前沖洗樹脂以除去任何殘留的再生劑。
離子交換樹脂結(jié)構(gòu)：
水處理應(yīng)用的現(xiàn)代合成離子交換樹脂在第二次世界大戰(zhàn)期間被開發(fā)和完善。目前使用的大多數(shù)樹脂具有苯乙烯 - 二乙烯基苯共聚物珠粒結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)賦予離子交換樹脂珠粒一定的物理性質(zhì)。用于水處理樹脂的另一種重要的樹脂珠結(jié)構(gòu)是丙烯酸樹脂結(jié)構(gòu)。丙烯酸樹脂的操作性能與等效的苯乙烯 - 二乙烯基苯樹脂的操作性能不同。在不知道特定地點(diǎn)的運(yùn)行條件的情況下，不能說哪種樹脂結(jié)構(gòu)“更好” 。“更好”的樹脂會具有與現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)最佳匹配的運(yùn)行特性，從而最大限度地提高運(yùn)營效率和成本效益。
樹脂結(jié)構(gòu)的另一個不同之處在于凝膠和大孔樹脂之間的差異。凝膠樹脂是美國最廣泛使用的樹脂。在對主要實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析的離子交換樹脂樣品的分析中，只有約2％是大孔樹脂樣品。凝膠樹脂通常可以表征為在樹脂結(jié)構(gòu)中具有較小的孔，較高的初始交換容量和較低的購買價格，而不是相同類型的大孔樹脂。由于較大的孔結(jié)構(gòu)，大孔樹脂通常被認(rèn)為更容易洗脫污垢，并且它們通常可以在更惡劣的操作環(huán)境中更好地站立。
樹脂結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展是均勻粒徑（UPS）樹脂的可用性。樹脂制造工藝先前以高斯分布模式（鐘形曲線）從小到大制造樹脂珠。如今，幾家制造商已經(jīng)完善了制造工藝，使樹脂珠粒基本上形成一種粒徑。這為樹脂產(chǎn)生了幾種獨(dú)特的操作特性，使制造商能夠提供更適合特定應(yīng)用的樹脂。一般而言，關(guān)于脫礦質(zhì)和軟化應(yīng)用，UPS樹脂將使用較少的水沖洗，反沖洗。使用較少的水，并且對于給定的床深度具有較低的壓降。但是，除非密切監(jiān)視和控制系統(tǒng)否則這些優(yōu)點(diǎn)可能會被忽視，因此可能無法正常使用。如果為家庭或商業(yè)市場設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可沒有充分利用UPS樹脂所需的控制或監(jiān)控設(shè)備，則應(yīng)使用控制和監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建工業(yè)系統(tǒng)，以便用戶利用這些樹脂。
水天藍(lán)環(huán)保是一家專業(yè)從事環(huán)保水處理的高新技術(shù)企業(yè)，主要生產(chǎn)經(jīng)營離子交換樹脂、實(shí)驗(yàn)室廢水處理設(shè)備以及配套的工業(yè)自動化成套設(shè)備。致力于工業(yè)水處理環(huán)保。公司具有完整的環(huán)保水處理系統(tǒng)集成和全面的技術(shù)服務(wù)綜合能力。
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