樹脂�(jìn)行離子交換反�(yīng)的性能和再生問(wèn)�/南京純凈水設(shè)�/南京純水
�(lái)源:純水�(shè)� 作者:南京萊弗特環(huán)??萍脊?/a> 日期�2018-06-25 05:20:54 瀏覽量:572�一、交換能�
氫型�(yáng)離子交換樹脂在水中可解離出氫離子(H+),當(dāng)遇到金屬離子或其它陽(yáng)離子,就�(fā)生互相交換作�,但交換后的樹脂,就不再是氫型樹脂了。例如,�(dāng)水中的陽(yáng)離子如鈣離子、鎂離子的濃度相�(dāng)大時(shí),磺酸型的陽(yáng)離子交換樹脂中的氫離子,可和�、鎂離子�(jìn)行交�,而形成「鈣型」或「鎂型」的�(yáng)離子交換樹脂,如下式� 2R-SO3H + Ca2+ � (R-SO3)2Ca + 2H+ (鈣型�(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂) 2R-SO3H + Mg2+ � (R-SO3)2Mg + 2H+(鎂型�(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂) 氫型�(yáng)離子交換樹脂的交換能力與被交換的�(yáng)離子的價(jià)�(shù)有密切關(guān)�。在常溫�,低濃度水溶液中,交換能力隨離子�(jià)�(shù)增加而增�,即�(jià)�(shù)越高的陽(yáng)離子被交換的傾向越大。此外,若價(jià)�(shù)相同,離子半徑越大的�(yáng)離子被交換的傾向也越�。如果以自來(lái)水中�(jīng)常出�(xiàn)�(yáng)離子列為參考對(duì)�,則氫型�(yáng)離子交換樹脂的交換能力順序可表示如下� �(qiáng)酸性:Fe3+>Fe 2+>Mn2+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>H+ 弱酸性:H+>Fe3+>Fe 2+>Mn2+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+ 由上述交換能力順序可知:�(qiáng)酸性與弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的母體,�(duì)�(yáng)離子交換能力順序相同,的差異是:兩者對(duì)H+的交換能力不�,強(qiáng)酸性對(duì)氫離子的親和力弱,弱酸性對(duì)氫離子的親和力強(qiáng),這�(gè)特性可能會(huì)深深影響它�?cè)谒莞椎淖饔门c功能� 雖然氫型弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂�(duì)氫離子的親合力強(qiáng),但氫離�(H+)與氫氧離�(OH-)�(jié)合成�(H2O)的親合力更強(qiáng),所以在堿性水�(zhì)�,弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂中的H+�(huì)快速被OH-所消�,OH-主要�(lái)自KH硬度(HCO3-)的水解反�(yīng)� HCO3- + H2O ←→ H2CO3 + OH- H+所� 留之「活性位置」再改由其它�(yáng)離子如Fe3+>Fe 2+>Mn2+>Ca2+>Mg2+……等依序取代,一直持�(xù)到HCO3-被消除為�(KH=0)。因此弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的主要作用區(qū)間是在于pH=5 ~ 14的水�(zhì)。由于HCO3-為暫�(shí)硬度的陰離子,因此當(dāng)HCO3-被消除后,它的「當(dāng)量陽(yáng)離子�,如如鈣、鎂等離子也同時(shí)被取�,故能消除所有暫�(shí)硬度的「當(dāng)量陽(yáng)離子�� 氫型�(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂�(duì)氫離�(H+)的親合力弱,使它在任何pH之下,它都具有交換能力,因此可以除去GH硬度(暫時(shí)硬度及硬�)�
樹脂�(jìn)行離子交換反�(yīng)的性能和再生問(wèn)�/南京純凈水設(shè)�/南京純水�(jī)
二、交換容�
離子交換樹脂�(jìn)行離子的交換反應(yīng)的性能,主要由「交換容量」表�(xiàn)出來(lái)。所謂交換容量是指每克干樹脂所能交換離子的毫克�(dāng)量數(shù),以m mol/g為單�。當(dāng)離子為一�(jià)�(shí)(如K+),其毫克�(dāng)量數(shù)即為其毫克分子數(shù),對(duì)于二�(jià)(如Ca2+)或更多價(jià)離子(如Fe3+),其毫克�(dāng)量數(shù)即為其毫克分子數(shù)乘以其離子價(jià)�(shù)。交換容量又分為「總交換容量」、「操作交換容量」和「再生容量」等三種表示方法。「總交換容量」表示每克干樹脂所能�(jìn)行離子交換反�(yīng)的化�(xué)基總�,屬于理論性計(jì)�?!覆僮鹘粨Q容量」表示每克干樹脂在某一定條件下的離子交換能�,屬于操作性計(jì)量,它與樹脂種類、總交換容量,以及具體操作條�(如接觸時(shí)�、溫�)等因素有�(guān),可用于顯示操作效率?!冈偕萘俊贡硎久靠烁蓸渲谝欢ǖ脑偕鷦┝織l件下,所取得的再生樹脂之交換容量,可用于顯示樹脂再生效率。由于樹脂的�(jié)�(gòu)不同(主要是活性基�(shù)目不�),強(qiáng)酸性與弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的交換容量也不相�。一般而言,弱酸性的活性基�(shù)目通常多于于強(qiáng)酸性,故總交換容量較高�7.0 ~ 10.5 m mol/g,相形之下,�(qiáng)酸性僅�3.2 ~ 4.5m mol/g而已,但在實(shí)際應(yīng)用中,弱酸性的操作交換容量卻不一定高于強(qiáng)酸�,例�,pH值低�5�(shí),弱酸性的操作交換容量為零,根本無(wú)交換作用。在pH值為6.5�(shí),兩者的操作交換容量相似;但在堿性溶液中,弱酸性遠(yuǎn)高于�(qiáng)酸性。在再生容量方面,弱酸性則通常高于�(qiáng)酸性,故弱酸性的使用壽命�(huì)更長(zhǎng)一��
三、再�
離子相對(duì)濃度高低�(duì)樹脂的交換性質(zhì)�(huì)�(chǎn)生很大的影響。當(dāng)水溶液中氫離子的濃度相當(dāng)大時(shí),鈣型或鎂型的陽(yáng)離子交換樹脂中的鈣離子或鎂離�,可與氫離子�(jìn)行交換,重新成為氫型�(yáng)離子交換樹脂。換言之,交換反應(yīng)也可以反方向�(jìn)�。由于離子交換過(guò)程是可逆的,因此當(dāng)交換樹脂交換了一定量的離子后,可用相�(duì)濃度較高的氫離子再取代下�(lái),使之一再重�(fù)被循�(huán)使用,這種作用稱為再生(regeneration)。其反應(yīng)式如下: (R-SO3)2Ca + 2H+ � 2R-SO3H + Ca2+ (R-COO)2Ca + 2H+ � 2R-COOH + Ca2+ �(dāng)氫型樹脂中的氫離�,都被其它硬度離子交換后,這些樹脂就沒有軟化水�(zhì)作用,此�(shí)之狀�(tài)稱為「飽和�?fàn)顟B(tài)。再生操作主要目的就是將已經(jīng)�(dá)到「飽和�?fàn)顟B(tài)的樹脂,利用「再生劑」洗出所交換�(lái)的陽(yáng)離子,讓樹脂重新再回�(fù)到原有的交換容量,或所期望的容量程�,或原有的樹脂型�(tài)�。無(wú)論是�(qiáng)酸性或弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂,都可以使用稀硫酸或稀鹽酸作為再生�,但一般認(rèn)為以稀硫酸作為再生�,效果可能會(huì)好一�。因?yàn)闃渲粑接?�(jī)物的�,稀硫酸較稀鹽酸更能解析出有 �(jī)�,所以一般工藝多采用稀硫酸為再生劑。不�(guò)�(shí)際應(yīng)用時(shí),可能因?yàn)榱蛩岬娜〉幂^為困�,所以多使用鹽酸作為再生劑居��
四、影響再生特性的主要因素
氫型樹脂的再生特性與它的類型和結(jié)�(gòu)有密切關(guān)�,強(qiáng)酸性氫型樹脂的再生比較困難,需要的再生酸液的劑量比理論值高許多,而且須較�(zhǎng)的接觸時(shí)�。相形之下,弱酸性氫型樹脂的再生則比較容�,需要的再生酸液的劑�?jī)H比理論值高一�,也不需要長(zhǎng)的接觸時(shí)�。一般認(rèn)為,在硫酸或鹽酸的用量為其總交換容量的二倍時(shí),每次再生樹脂與再生酸液浸泡接觸�(shí)間是:強(qiáng)酸性約30 ~ 60�;弱酸性約30 ~ 45分。此�,氫型樹脂的再生特性也與它們的「交�(lián)度」有�(guān)。所謂交�(lián)度乃是定量樹脂中所含的交聯(lián)�(如苯乙烯)的質(zhì)量百分率。通常交聯(lián)度低的樹脂,其特征是聚合密度較低,內(nèi)部空隙較�,網(wǎng)孔大,對(duì)水的溶脹性好,但�(duì)離子選擇較弱,交換反�(yīng)速度�,較易再生,因此每次再生樹脂與再生酸液浸泡接觸時(shí)間較�。反之,交聯(lián)度高的樹�,則需要較�(zhǎng)再生酸液與樹脂接觸的�(shí)�。無(wú)論強(qiáng)酸性或弱酸性氫型樹脂的「交�(lián)度」均可以在制造時(shí)控制。由于氫型樹脂的�(wǎng)孔不僅提供了良好的離子交換條�,而且也像活性碳一般,能產(chǎn)生分子吸附作�,也可能吸附各種� �(jī)�,因此容易受到有 �(jī)物污�,而影響其操作效率,也使得其再生操作發(fā)生困�。如果樹脂在使用�(guò)程中,吸附了� �(jī)�,特別是大分子有 �(jī)�,再生接觸時(shí)間須更久,而且通常要提高溫�(70 ~ 80�)才能除去大部分有 �(jī)�,以免其效能降低太快,同�(shí)在高溫下操作,也可以加速再生反�(yīng)�(shí)�,使浸泡接觸�(shí)間得以因而縮�。在這方面應(yīng)用的再生�,以硫酸較佳,理由是硫酸在加熱時(shí)相當(dāng)安定,鹽酸則可能�(huì)�(chǎn)生有毒的氯化氫氣��
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�、再生液濃度與再生效率的�(guān)�
樹脂再生的化�(xué)反應(yīng)是它原先交換的逆反�(yīng),按化學(xué)反應(yīng)的平衡原�,提高反�(yīng)物濃�,可促�(jìn)反應(yīng)向另一邊�(jìn)�,故提高酸液濃度可加速再生反�(yīng)速率,�(jìn)而提高再生效�。但是,這并不表示酸液濃度越高越�,假如沒有經(jīng)�(guò)�(shí)�(yàn)去評(píng)估交換樹脂所需要的酸量,就�(huì)�(fā)生「過(guò)猶不及」的�(wèn)�。雖然再生酸液濃度不足時(shí),使樹脂的再生率降低,將多少�(huì)影響后續(xù)的硬水軟化功能。相反地,若所用酸液過(guò)�,平日浪�(fèi)了酸�,增加了再生的成�,也是不劃算�。為了讓消費(fèi)者了解再生酸液的劑量�(wèn)�,有些服�(wù)較好的廠�,都�(huì)主動(dòng)提供適合的濃度供人參考。有,如果水還中酸液氫離子濃度超�(guò)1mol/l以上�(shí),再生反�(yīng)速率可能�(huì)受到�(wǎng)孔擴(kuò)散作用的限制,因此網(wǎng)孔較小的樹脂,不宜使用高濃度酸液再生,否則可能也�(huì)造成浪費(fèi)酸液的現(xiàn)�。此外,盡管硫酸是很好的再生�,但仍要防止被樹脂吸收的鈣離子與硫酸反應(yīng),而在樹脂中生成硫酸鈣沉淀�,若要避免此�(wèn)題發(fā)�,可在一次操作時(shí),先倒入1 ~ 2﹪硫酸浸泡洗脫一�,在第二次操作時(shí),再使用較高濃度硫酸處理。后,如果打算僅使用「一次操作再生」即要完成再生作�(yè),無(wú)妨斟酌提高酸液的操作濃度,以增加其再生效�。雖然這種操作方式方便,但再生效率將不如將該相同劑量酸液稀�,分兩二次或多次浸泡處理�(lái)得好。不�(guò),要�(jìn)行多次操�,還得考慮為了多增加一�(diǎn)再生效率,值不值得�(fā)花力氣去處理�
兩種氫型�(yáng)離子交換樹脂重要性質(zhì)作一歸納:一般強(qiáng)酸性樹脂可在所有pH值范圍內(nèi)操作,但其交換容量較�,而須�(jīng)常再�,此外又因再生效率較差,所需再生劑費(fèi)較高,但可以除去所有硬度離�,或�(diào)節(jié)pH。弱酸性樹脂具有較高的交換容量,再生效率較�,所需再生劑較�,但僅能在有限的pH值范圍內(nèi)操作,以及僅能除去暫�(shí)硬度離子�
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