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。離子交換樹脂塔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。在實(shí)際運(yùn)用中，為降低再生費(fèi)用，要適當(dāng)控制再生劑用量，使樹脂的性能恢復(fù)到z1ui經(jīng)濟(jì)合理的再生水平，通?？刂菩阅芑謴?fù)程度為70～80%。離子樹脂交換容量的測(cè)定一般以無機(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)。

　樹脂的一般也稱樹脂的污染，分為下面三種情況:

　　1.無機(jī)物 無機(jī)物主要是由于銅、鐵、錳、鈣、鎂、鋁等鹽類在堿性環(huán)境下水解生成氫氧化物絮狀沉淀，水中硅含量高時(shí)生成硅膠，這些物質(zhì)堵塞樹脂孔道，影響了樹脂的孔道擴(kuò)散，當(dāng)銅離子、鐵離子等重金屬離子存在時(shí)，還會(huì)使樹脂氧化，改變樹脂結(jié)構(gòu)，使樹脂喪失交換能力。袋裝樹脂應(yīng)避免直接日曬，遠(yuǎn)離鍋爐、取暖器等加熱裝置，避免脫水。

　　2.有機(jī)物 樹脂的有機(jī)物一般是針對(duì)陰離子交換樹脂而言。水中的有機(jī)物主要是動(dòng)植物腐爛分解產(chǎn)生的腐殖酸、富維酸等帶負(fù)電基團(tuán)的線形分子，其帶負(fù)電基團(tuán)和陰樹脂帶正電的固定基團(tuán)發(fā)生電性復(fù)合作用，緊緊地吸附在交換位置上。這些線形分子通常帶有多個(gè)負(fù)電基團(tuán)，可以和樹脂的多處交換位置發(fā)生復(fù)合作用，形成一種卷曲物質(zhì)纏繞在樹脂孔結(jié)構(gòu)中，不但覆蓋了樹脂的官能基團(tuán)，還堵塞了樹脂的孔道，使樹脂的交換能力下降，嚴(yán)重者會(huì)使離子交換反應(yīng)不能進(jìn)行。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。采用一般清洗方法很難將其從樹脂孔道中消除掉，這種現(xiàn)象稱為“瓶頸效應(yīng)”。另外，強(qiáng)酸性陽樹脂被氧化的降解產(chǎn)物二乙烯苯及陽樹脂機(jī)械破碎形成的帶負(fù)電基團(tuán)的膠狀物，也能使陰樹脂受到。

　　3.微生物 當(dāng)樹脂儲(chǔ)存或長時(shí)間沒有進(jìn)行再生時(shí)，樹脂吸附了水中的藻類和微生物，這些微生物以樹脂內(nèi)硝1酸鹽、胺等為營養(yǎng)物迅速繁殖，微生物不但污染水質(zhì)，還可以破壞樹脂結(jié)構(gòu)，使樹脂降低或者喪失交換能力。因此為了減少樹脂的污染和，原水在進(jìn)入交換柱之前應(yīng)進(jìn)行一定的預(yù)處理。換裝新的離子交換樹脂時(shí)，必須完全的清洗樹脂罐，不得有老舊樹脂殘留罐底，否則這些使用過的樹脂將會(huì)污染水質(zhì)。

離子交換樹脂應(yīng)用范圍

離子交換樹脂被廣泛應(yīng)用于電力、石化行業(yè)，隨著工業(yè)飛速地發(fā)展，水污染已日趨嚴(yán)重，離子交換樹脂原水的進(jìn)水水質(zhì)有機(jī)物COD、膠體等有顯著的增加，因此，近年來，不斷有使用離子交換樹脂的企業(yè)，發(fā)現(xiàn)樹脂的制水量下降、再生失敗率增加，酸堿費(fèi)用也急劇增加，甚至影響到了生產(chǎn)。離子交換樹脂都是用有機(jī)合成方法制成。常用的原料為或(酯)，通過聚合反應(yīng)生成具有三維空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架，再在骨架上導(dǎo)入不同類型的化學(xué)活性基團(tuán)(通常為酸性或堿性基團(tuán))而制成。 離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。此外，帶有電荷的有機(jī)物質(zhì)也會(huì)受到離子交換樹脂的吸附，使離子交換樹脂很容易受到有機(jī)物質(zhì)的污染(Fouling)。大多數(shù)制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范圍內(nèi)，大部分在0.4～0.6mm之間。

離子交換樹脂的發(fā)展

離子交換技術(shù)有相當(dāng)長的歷史，某些天然物質(zhì)如泡沸石和用煤經(jīng)過磺化制得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是，隨著現(xiàn)代有機(jī)合成工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，研究制成了許多種性能優(yōu)良的離子交換樹脂，并開發(fā)了多種新的應(yīng)用方法，離子交換技術(shù)迅速發(fā)展，在許多行業(yè)特別是高新科技產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。近年國內(nèi)外生產(chǎn)的樹脂品種達(dá)數(shù)百種，年產(chǎn)量數(shù)十萬噸。 在工業(yè)應(yīng)用中，離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復(fù)再生使用，工作壽命長，運(yùn)行費(fèi)用較低(雖然一次投入費(fèi)用較大)。以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù)，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等，各具獨(dú)特的功能，可以進(jìn)行各種特殊的工作，是其他方法難以做到的。離子交換技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還在迅速發(fā)展之中。 離子交換樹脂的應(yīng)用，是近年國內(nèi)外制糖工業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)研究課題，是糖業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。開始反洗時(shí)，流量應(yīng)小，待樹脂層內(nèi)氣泡被排出，樹脂開始浮動(dòng)后，再加大反洗流量。膜分離技術(shù)在糖業(yè)的應(yīng)用也受到廣泛的研究。 離子交換樹脂都是用有機(jī)合成方法制成。 離子交換樹脂的品種很多，因化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同而具有不同的功能和特性，適應(yīng)于不同的用途。應(yīng)用樹脂要根據(jù)工藝要求和物料的性質(zhì)選用適當(dāng)?shù)念愋秃推贩N。