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阳离子交换树脂详细说明

发布时间:2017/8/10 10:37:11 浏览次数:382

    阳离子交换树脂遇水可将其本身的某一种具有活性的离子和水中某电离子相互交换,即发生置换反应,去除水中可溶解的离子。阳离子交换树脂有粉状和球状,都是人工合成的,结构较复杂,主要由两部分组成:一是高分子聚合物骨架,记作R;另一部分是带有可交换离子的活性基团所组成。在工业应用中,离子交换树脂的优点主要是处理能力大,脱色范围广,脱色容量高,能除去各种不同的离子,可以反复再生使用,工作寿命长,运行费用较低。
    阳离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.315~1.25mm,其阳离子交换能力依其交换能力特征可分:强酸(732)001×7为通用型;(732)001×7FC适用于双层床、双室床、浮动床系统;(732)001×7MB适用于混床系统,(732)001×7FD。主要含有强酸性的反应基如磺酸基(-SO3H),此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。弱酸型阳离子交换树脂:具有较弱的反应基如羧基(-COOH基),此离子交换树脂仅可交换弱酸中的阳离子如Ca2+、Mg2+,对于强碱中的离子如Na+、K+等无法进行交换。 
    出厂性能指标:
    指标名称:(732) 001×7、出厂型式:钠型、外观:棕黄色透明球状颗粒、全交换容量  mmol/g 4.51、体积交换容量 mmol/g 1.92、含水量 %40-50、湿视密度 g/ml0.77-0.87、湿真密度 g/ml1.25-1.29、有效粒径 mm0.4-0.6、均一系数 ≤ 1.55、范围粒度 %(0.315-1.25)98.5、下限粒度 %(<0.315)0.35、渗磨圆球率 %≥71.32、磨后圆球率 %≥90
    使用时参考指标:
    PH范围:0-14、充许温度℃:钠型≤120℃,氢型≤100℃、膨胀率: (Na+→H+)≤10%、工业用树脂层高度: 1.0-3.0 m、再生液浓度: NaCl:4-10%, HCl:2-5%, H2SO4:1-2;2-4%、再生剂用量(按100%计):湿树脂NaCl(工业)75-150 kg/m3, HCl(工业)40-100 kg/m3, H2SO4(工业)75-150、再生液流速: 5-8 m/h、再生接触时间: 30-60 minute、正洗流速::10-20 m/h、正洗时间:约30 minute、运行流速 :10-40 m/h、工作交换容量:(湿树脂) Nacl再生≥800-100 mmol/l, Hcl再生≥1000-1300 mmol/l
    阳离子交换树脂主要用于硬水软化、脱盐水、纯水和高纯水的制备,也用于催化剂和脱水剂,以及湿法冶金、分离提纯稀有元素、食品、制药、制糖,工业也用于湿法冶金提取钨、钼、钒、稀土等和其他稀有元素分离,以及作为酯化反应的合成酯类精细产品和脱水剂等。在环保领域处理废水并回收其中的金、银、铜、铬、钯等贵金属,在植物提取和生化提取行业用于脱色、分离、精制等工序,还用于抗生素提取和分析化学中测试铜、锌、铝、钛、稀土元素等。
    树脂的耐热性表示树脂受热时仍保持其理化性能的能力。各种树脂都有自己的最高使用温度限值,超过这个限值,树脂的热分解加重,理化性能就会变差。不同树脂的耐热性是不同的,一般规律是,阳离子交换树脂比阴离子交换树脂耐热性强,盐型树脂比游离酸或碱型树脂强,Ⅰ型强碱性阴树脂比Ⅱ型耐热性强,弱碱基团要比强碱基团耐热性强,苯乙烯系强碱性阴树脂要比丙烯酸系强碱性阴树脂耐热性强。
    一般阳离子交换树脂可耐100℃或更高些的温度:如Na型苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂可在150℃下使用,而H型应在100~120℃下使用。
    阳离子交换树脂的密度是指单位体积树脂所具有的质量,单位体积用g/mL表示。阳离子交换树脂的密度与交联度有关,交联度越高,阳离子交换树脂的密度越大。
    干真密度:是指阳离子交换树脂在干燥状态下的质量与它的真实体积之比。阳离子交换树脂的真实体积是树脂的排液体积,它不包括树脂颗粒内的网孔体积和树脂颗粒之间的空隙体积,所以求取树脂真实体积时,不能用水作排液介质,应该用不会使树脂溶胀的溶剂作排液介质,如甲苯。阳离子交换树脂的干真密度一般在1.2-1.6g/cm³左右,它主要用于研究树脂的结构和性能。阳离子交换树脂的密度是指单位体积树脂所具有的质量,单位体积用g/mL表示。阳离子交换树脂的密度与交联度有关,交联度越高,树脂的密度越大。
    湿真密度:是指阳离子交换树脂在水中经充分溶胀后的真密度。湿阳离子交换树脂的真实体积是指树脂在湿状态下的颗粒体积,此体积包括颗粒内网孔的体积,但颗粒和颗粒间的空隙体积不应计入。阳离子交换树脂树脂的湿真密度与其在水中所表现的水力学特性有密切关系,它直接影响到树脂在水中的沉降速度和反洗膨胀率,是树脂的一项重要实用性能。其值一般在1.04~1.30g/mL之间,阳离子交换树脂的湿真密度常比阴离子交换树脂的大。树脂的湿真密度随其交换基团的离子型不同而改变。由于湿真密度测定标准度较高,所以可用树脂含水率与交联度的关系来检验湿视密度测定结果,或近似估算湿视密度。在已知湿视密度和湿真密度的情况下,也可根据树脂含水率和交联度的关系求相应条件下树脂层的空隙率。空隙率越大,说明树脂颗粒均匀性越好。
    阳离子交换树脂的含水率(moisture content)是指单位质量的湿阳离子交换树脂(已除去表面水分)所含水量的百分数,一般在45%-50%左右。这种水称为产品水,是阳离子交换树脂的故有性质,它包括活性基团上可交换离子的水化水和网孔中的游离水两个部分。阳离子交换树脂含水率与交联度之间的关系:对同一种树脂来讲,树脂的含水率大则表示它的交联度低和空隙率大;同一种阳离子交换树脂(如磺酸型苯乙烯树脂)和相同交联度时,可交换离子的水化水不同,含水率也不同,H型的含水率比Na型的含水率大;交联度相同,阳离子交换树脂树脂的高分子骨架不同时,含水率也不同,磺酸型树脂比羧酸型阳离子交换树脂的含水率大。测定阳离子交换树脂含水率的关键是如何既除去表面水分,而又能保持内部水分不损失。除去颗粒表面水分的方法有吸干法、抽滤法和离心法。
    机械强度是指阳离子交换树脂颗粒抵抗各种机械力保持其完整球状的能力。在实际应用中,由于摩擦、挤压以及周期性转型使其体积胀缩等,都有可能造成阳离子交换树脂颗粒的破裂,而影响阳离子交换树脂的使用寿命。国家标准曾规定采用磨后圆球率和渗磨圆球率来判断树脂的机械强度。此法是按规定称取一定量的湿阳离子交换树脂,放入装有瓷球的滚筒中滚磨,磨后的阳离子交换树脂圆球颗粒占样品总量的百分数即为阳离子交换树脂的磨后圆球率;若将阳离子交换树脂用酸、碱交错转型一次,然后用前述方法测得阳离子交换树脂的磨后圆球率,称为阳离子交换树脂的渗磨圆球率,该指标表示阳离子交换树脂的耐渗透压能力,目前凝胶型阳离子交换树脂和大孔型阳离子交换树脂均采用这一指标评价树脂的机械强度。另外,还有压脂法和循环法表示阳离子交换树脂机械强度的:压脂法是取三颗直径相近的阳离子交换树脂颗粒放在一块玻璃下面,成三点支撑,然后在玻璃上加砝码,直到阳离子交换树脂颗粒被压碎,此时砝码的质量就称压脂强度;循环法是将阳离子交换树脂用酸、碱反复交错转型后,检查阳离子交换树脂的破碎程度。一般情况下,阳离子交换树脂因机械强度而造成的年损失率不应大于3%~8%。
    阳离子交换树脂内含有一定量的水份,在运输及储存过程中应尽量保持这部分水份。如树脂不慎失水,应先用10%浓盐水浸泡,再逐渐稀释,以免树脂急剧膨胀而破碎。在储存或运输过程中,应保持5-40℃的温度环境中,避免过冷或过热。若冬季没有防冻措施,可将树脂存放在食盐水中,食盐水浓度视温度而定。树脂一旦受冻,不要突然转到高温环境中,宜放置于5-10℃的低温环境中,让其缓慢自然解冻

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