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反應，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反應物，而是促進離子交換反應的物理介質。樹脂本身由形成烴網(wǎng)絡的有機聚合物組成。整個聚合物基質是離子交換位點，其中帶正電離子（陽離子）或帶負電離子（陰離子）的所謂“官能團”固定在聚合物網(wǎng)絡上。這些官能團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，尺寸和結構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)應用和系統(tǒng)設計，樹脂珠粒可具有均勻的粒度或高斯尺寸分布。大多數(shù)應用使用凝膠樹脂珠，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，因為它們具有相對較高的穩(wěn)定性和耐化學性。
離子交換樹脂組化學特性是什么？
離子交換樹脂基質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，更有彈性的結構和更大的容量（按體積計）。雖然大多數(shù)離子交換樹脂的化學組成是聚苯乙烯，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)歷一種或多種化學處理以將官能團結合到位于整個基質中的離子交換位點。這些官能團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？
強酸陽離子（SAC）交換樹脂
強酸陽離子樹脂由具有磺酸鹽（SO 3 -）官能團的聚苯乙烯基質組成，該官能團帶有鈉離子（Na 2+）用于軟化應用，或氫離子（H +）用于脫礦質
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。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的陽離子。
強堿陰離子（SBA）交換樹脂
強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組成，以將陰離子固定到交換位點。1型強堿陰離子是通過應用三甲胺生產(chǎn)的，其產(chǎn)生氯離子（Cl -），而2型強堿陰離子樹脂是通過應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組成，然后用二甲胺胺化。弱堿陰離子樹脂的獨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無機酸相關的陰離子。
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。在大多數(shù)情況下，樹脂基質由聚苯乙烯組成，盡管多種物質用于官能團，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。當存在于不溶性離子交換樹脂基質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，因為其官能團是基本上固定的離子，其永久地結合在樹脂的聚合物基質中。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)與官能團結合，直至達到平衡。
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。當溶液移動通過離子交換樹脂時，樹脂的官能團吸引溶液中存在的任何抗衡離子。如果官能團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用于典型的離子交換水軟化系統(tǒng)。在該實施例中，軟化機理由陽離子交換樹脂組成，其中磺酸根陰離子（SO 3 -）官能團固定在離子交換樹脂基質上。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結合。一旦樹脂耗盡，必須通過所謂的再生循環(huán)將其恢復以供進一步使用。在再生循環(huán)期間，通過施加濃縮的再生溶液基本上逆轉離子交換反應。根據(jù)樹脂的類型和手頭的應用，再生劑可以是鹽，酸或苛性堿溶液。隨著再生循環(huán)的進行，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?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。
離子交換樹脂結構：
水處理應用的現(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構。該結構賦予離子交換樹脂珠粒一定的物理性質。用于水處理樹脂的另一種重要的樹脂珠結構是丙烯酸樹脂結構。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。在不知道特定地點的運行條件的情況下，不能說哪種樹脂結構“更好” 。“更好”的樹脂會具有與現(xiàn)場運行參數(shù)最佳匹配的運行特性，從而最大限度地提高運營效率和成本效益。
樹脂結構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。在對主要實驗室進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構中具有較小的孔，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。由于較大的孔結構，大孔樹脂通常被認為更容易洗脫污垢，并且它們通常可以在更惡劣的操作環(huán)境中更好地站立。
樹脂結構的最新發(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)生了幾種獨特的操作特性，使制造商能夠提供更適合特定應用的樹脂。一般而言，關于脫礦質和軟化應用，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)市場設計的系統(tǒng)可沒有充分利用UPS樹脂所需的控制或監(jiān)控設備，則應使用控制和監(jiān)控系統(tǒng)構建工業(yè)系統(tǒng)，以便用戶利用這些樹脂。
水天藍環(huán)保是一家專業(yè)從事環(huán)保水處理的高新技術企業(yè)，主要生產(chǎn)經(jīng)營離子交換樹脂、實驗室廢水處理設備以及配套的工業(yè)自動化成套設備。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)集成和全面的技術服務綜合能力。
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