強(qiáng)酸性離子交換樹脂取得了大的發(fā)展突破 強(qiáng)酸性離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架(或基因)名稱、基本名稱組成??紫督Y(jié)構(gòu)分凝膠型和大孔型兩種,凡具有物理孔結(jié)構(gòu)的稱大孔型樹脂,在全名稱前加“大孔”。分類屬酸性的應(yīng)在名稱前加“陽(yáng)”,分類屬堿性的,在名稱前加“陰”。如:大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹脂。
強(qiáng)酸性離子交換樹脂還可以根據(jù)其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。樹脂中化學(xué)活性基團(tuán)的種類決定了樹脂的主要性質(zhì)和類別。首先區(qū)分為陽(yáng)離子樹脂和陰離子樹脂兩大類,它們可分別與溶液中的陽(yáng)離子和陰離子進(jìn)行離子交換。陽(yáng)離子樹脂又分為強(qiáng)酸性和弱酸性兩類,陰離子樹脂又分為強(qiáng)堿性和弱堿性兩類 (或再分出中強(qiáng)酸和中強(qiáng)堿性類)。
強(qiáng)酸性離子交換樹脂應(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。目前,離子交換樹脂的zui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。近年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)。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。甲基叔丁基醚(MTBE)的制備,就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑,由異丁烯與甲醇反應(yīng)而成,代替了原有的可對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的四乙基鉛。
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)問題上。目前,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。
強(qiáng)酸性離子交換樹脂(IONRESIN)使用一段時(shí)間后,吸附的雜質(zhì)接近飽和狀態(tài),就要進(jìn)行再生處理,用化學(xué)藥劑將樹脂所吸附的離子和其他雜質(zhì)洗脫除去,使之恢復(fù)原來的組成和性能。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)到合理的再生水平,通常控制性能恢復(fù)程度為70~80%。如果要達(dá)到更高的再生水平,則再生劑量要大量增加,再生劑的利用率則下降。
強(qiáng)酸性離子交換樹脂的再生的再生
應(yīng)當(dāng)根據(jù)樹脂的種類、特性,以及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,選擇適當(dāng)?shù)脑偕巹┖凸ぷ鳁l件。離子交換樹脂的再生特性與它的類型和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性樹脂的再生比較困難,需用再生劑量比理論值高相當(dāng)多;而弱酸性或弱堿性樹脂則較易再生,所用再生劑量只需稍多于理論值。此外,大孔型和交聯(lián)度低的樹脂較易再生,而凝膠型和交聯(lián)度高的樹脂則要較長(zhǎng)的再生反應(yīng)時(shí)間。再生劑的種類應(yīng)根據(jù)樹脂的離子類型來選用,并適當(dāng)?shù)剡x擇價(jià)格較低的酸、堿或鹽。例如:鈉型強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂可用10%NaCl 溶液再生,用藥量為其交換容量的2倍 (用NaCl量為117g/ l 樹脂);氫型強(qiáng)酸性樹脂用強(qiáng)酸再生,用硫酸時(shí)要防止被樹脂吸附的鈣與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀物。為此,宜先通入1~2%的稀硫酸再生。氯型強(qiáng)堿性樹脂,主要以NaCl 溶液來再生,但加入少量堿有助于將樹脂吸附的色素和有機(jī)物溶解洗出,故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的堿鹽液再生,常規(guī)用量為每升樹脂用150~200g NaCl ,及3~4g NaOH。OH型強(qiáng)堿陰樹脂則用4%NaOH溶液再生。離子交換樹脂再生時(shí)的化學(xué)反應(yīng)是樹脂原先的交換吸附的逆反應(yīng)。按化學(xué)反應(yīng)平衡原理,提高化學(xué)反應(yīng)某一方物質(zhì)的濃度,可促進(jìn)反應(yīng)向另一方進(jìn)行,故提高再生液濃度可加速再生反應(yīng),并達(dá)到較高的再生水平。為加速再生化學(xué)反應(yīng),通常先將再生液加熱至70~80℃。它通過樹脂的流速一般為1~2 BV/h。也可采用先快后慢的方法,以充分發(fā)揮再生劑的效能。再生時(shí)間約為一小時(shí)。隨后用軟水順流沖洗樹脂約一小時(shí)(水量約4BV),待洗水排清之后,再用水反洗,至洗出液無色、無混濁為止。一些樹脂在再生和反洗之后,要調(diào)校pH值。因?yàn)樵偕撼:袎A,樹脂再生后即使經(jīng)水洗,也常帶堿性。而一些脫色樹脂 (特別是弱堿性樹脂) 宜在微酸性下工作。此時(shí)可通入稀鹽酸,使樹脂 pH值下降至6左右,再用水正洗,反洗各一次。離子交換樹脂在使用較長(zhǎng)時(shí)間后,由于它所吸附的一部分雜質(zhì)(特別是大分子有機(jī)膠體物質(zhì))不易被常規(guī)的再生處理所洗脫,逐漸積累而將樹脂污染,使樹脂效能降低。此時(shí)要用特殊的方法處理。例如:陽(yáng)離子樹脂受含氮的兩性化合物污染,可用4%NaOH 溶液處理,將它溶解而排掉;陰離子樹脂受有機(jī)物污染,可提高堿鹽溶液中的NaOH 濃度至0.5~1.0%,以溶解有機(jī)物。
特殊的離子交換樹脂再生方法:
污染較嚴(yán)重的樹脂,可用酸或堿性食鹽溶液反復(fù)處理,如先用10%NaCl +1%NaOH堿鹽溶液溶解有機(jī)物,再用4%HCl 或分別用10%NaOH 及1%HCl 溶解無機(jī)物,隨后再用10%NaCl +1%NaOH處理,在約70℃下進(jìn)行。
如果上述處理的效果未達(dá)要求,可用氧化法處理。即用水洗滌樹脂后,通入濃度為0.5%的次氯酸鈉溶液,控制流速2~4BV/h,通過量10~20BV,隨即用水洗滌,再用鹽水處理。應(yīng)當(dāng)注意,氧化處理可能將樹脂結(jié)構(gòu)中的大分子的連接鍵氧化,造成樹脂的降解,膨脹度增大,容易碎裂,故不宜常用。通常使用50周期后才進(jìn)行一次氧化處理。由于氯型樹脂有較強(qiáng)的耐氧化性,故樹脂在氧化處理前應(yīng)用鹽水處理,變?yōu)槁刃停@還可避免處理過程中的pH值變化,并使氧化作用比較穩(wěn)定。