离子交换树脂介绍

认识离子交换树脂

离子交换树脂的结构与分类离子交换树脂的基本物化性能离子交换树脂的化学反应水处理中的离子交换树脂系统离子交换树脂常见问题分析离子交换树脂在医药工业中的应用简介离子交换树脂的结构与分类以聚合物骨架来区分苯乙烯系(*0*)丙烯酸系(*1*)酚醛系(*2*)环氧系(*3*)以离子性来区分强酸阳离子树脂(0**)磺酸基弱酸阳离子树脂(1**)羧酸基强碱阴离子树脂(2**)季胺基盐弱碱阴离子树脂(3**)叔胺基以结构孔隙来区分凝胶大孔大孔(D***)离子交换树脂基本物化性能离子形态交换容量工作交换容量总交换容量含水量密度真密度堆积密度颗粒有效粒径平均粒径均一系数离子交换树脂在水处理应用软化以钠型强酸阳离子树脂去除水中的钙镁离子除碱以氢型阳离子树脂去除水中的碱性离子除盐以阳阴离子树脂去除水中的阳阴离子精处理以阳阴离子树脂混床去除水中残留的阳阴离子SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H3SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HHO3SSO3H磺酸基阳离子交换树脂聚苯乙烯链离子交换树脂是什么？离子交换树脂是具有交换或吸附离子功能基的有机高分子聚合物凝胶和大孔树脂的结构GEL凝胶MR大孔凝胶树脂与大孔树脂凝胶树脂大孔树脂聚苯乙烯交联化学结构苯乙烯二乙烯苯(DVB)Cross-linkedpolystyrene交联聚苯乙烯交换功能基弱酸阳离子树脂羧酸基强酸阳离子树脂磺酸基弱碱阴离子树脂叔胺基强碱阴离子树脂季胺基交联度与多孔性DVB离子亲和力差异性抗氧化性高低离子迁移性(动力学性能)高工作交换容量总交换容量总交换容量(Ex:2.0eq/lresin)进水出口水含水量交联度%(DVB)010203040506070809010002468101214161820凝胶强酸树脂颗粒度以传统反应釜法生产颗粒分布呈钟形曲线分布树脂颗粒分布在0.3-1.2mm之间均一系数在1.5-1.9之间以先进的喷射法生产

树脂颗粒分布很均匀均一系数在1.25以下树脂颗粒大小AmberjetAmberlite树脂颗粒度MeanDiameter(平均粒径)

平均粒径是树脂颗粒一半通过一半停留在筛网上的网目的大小EffectiveSize(有效粒径)

有效粒径是90%树脂停留在筛网上的网目大小

UniformityCoefficient(均一系数)

40％树脂颗粒停留在筛网上时的网目大小除以有效粒径的商数值有效粒径和均一系数0,20,30,41,50,90,50,7mm0,11050%通过塞子的数量99,9有效粒径平均粒径60c10c60U.C.=c60/c10Amberjet4200Cl

体积变化供货时树脂体积 1,000liters最初再生用120g/l100%NaOH

再生后树脂体积 1,180liters工作交换容量为0.6eq/l树脂运行终点的体积 1,060liters正常再生树脂运行终点的体积

(approx.) 1,180liters树脂100%转为OH型的体积

(approx.) 1,300liters离子交换树脂对不同的离子具有不同的亲和力一般来说对高价离子的选择性较高高亲和力的离子优先被交换亲和力最差的离子优先泄漏离子选择性离子选择性SAC

WAC

SBA

WBACa++ H+ SO4 OHMg++ Ca++ Cl H2SO4Na+ Mg++ CO2 HClH+ Na+ SiO2 CO2 OH 高低离子交换平衡R-H++KHNa+R-Na++H+Na=[R-Na][H][R-H][Na]KHNa=选择性系数++++强酸阳床强碱阴床Ca++Mg++Na+OutletOutletSO4--Cl-HCO3-HSiO3-H+OH-离子选择性动力学性能:离子交换有多快?时间Totalcapacity树脂100%再生开始失效泄漏Ions纯溶液0%100%Operatingcapacity运行终点工作交换容量

工作交换容量永远小于总交换容量工作交换容量与以下因素有关：树脂选择性再生转型进水水质流速总交换容量温度床高树脂的状况因为：1离子交换树脂没有百分之一百再生转型

2失效层不是很平坦工作交换容量失效层未失效层

0100失效层

,%层高交换层运行终点失效层

泄漏0100失效层

,%工作交换容量1.2eq/lresin交换层

典型的工作交换容量

树脂种类工作交换容量再生剂用量

(克当量每升) %

弱酸树脂

1.0-2.6105-115

强酸树脂

0.8-1.3200-250

弱碱树脂

0.9-1.1 120-125

强碱树脂

0.3-0.7 200-300工作交换容量计算A=流量(吨/小时)B=运行时间(小时)C=离子浓度(克当量/吨)出水量=AxB工作交换容量

=

水量x离子浓度工作交换容量

=流量x

制水周期x离子浓度强酸阳离子交换树脂

SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H磺酸基AMBERJET1200H,AMBERLITEIR120H磺化磺酸化聚苯乙烯=强酸阳离子交换树脂

(SAC)化学反应

强酸阳离子交换树脂运行2R-SO3H+Ca------------>(R-SO3)2Ca+2H

2R-SO3H+Mg------------>(R-SO3)2Mg+2HR-SO3H+Na--------------->R-SO3Na+H再生(R-SO3)2Ca+2H--------------->2R-SO3H+Ca(R-SO3)2Mg+2H--------------->2R-SO3H+MgR-SO3Na+H--------------------->R-SO3H+Na+++++++++++++++++弱酸阳离子交换树脂CHCH2CHCH2CHCH2COOHCOOHCOOHAMBERLITEIRC86化学反应

弱酸阳离子交换树脂运行2R-COOH+Ca(HCO3)2-------->(R-COO)2Ca+H2CO3

2R-COOH+Mg(HCO3)2-------->(R-COO)2Mg+H2CO3

再生(R-COO)2Ca+2H+--------------->2R-COOH+Ca++(R-COO)2Mg+2H+--------------->2R-COOH+Mg++弱酸阳离子交换树脂的特性氢型状态下最稳定对pH值低于5的水没有活性高再生效率对两价离子具有高亲和力流速对交换能力影响大树脂转型膨胀率高使用弱酸阳离子交换树脂的优点高交换能力高再生效率低再生废液可利用再生强酸阳离子树脂的废酸来再生只对中性及碱性水有效交换速度比强酸树脂慢树脂由氢型转成钠型膨胀率高树脂不能去除所有阳离子

弱酸阳离子交换树脂的缺点弱酸阳离子交换树脂的再生

再生剂用量：过量约10%

再生剂浓度:盐酸2to5%

硫酸0.5to0.7%

再生剂流速:HCl2to8BV/hr

硫酸15to25BV/hr

慢洗:以再生流速2BV

快洗:以运行流速2to12BV

最少接触时间:30分钟弱酸阳离子交换树脂的

工作交换容量水的硬度与碱度比总阳离子量流速与水温离子负荷与以下因素有关:苯乙烯系强碱I型树脂CHCH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3CH3CH3N+Cl-CH3CH3CH3N+Cl-AMBERLITEIRA402Cl,AMBERJET4200Cl再生运行2R-NOH+SO4-------->(R-N)2SO4+2OHR-NOH+Cl-------->R-NCl+OH(R-N)2SO4+2OH-------->2R-NOH+R-NCl+OH

-------->R-NOH+ClSO4化学反应

弱碱阴离子交换树脂

==______阴离子交换树脂选型准则抗有机污染能力工作交换容量硅泄漏物理稳定性热稳定性硅污染高硅负荷PH低再生温度低措施延长浸泡在温氢氧化钠溶液(50C)中的时间，可以有效的除去硅原因硅泄漏硅占总阴离子比例再生剂水平再生剂温度再生剂流速运行流速运行温度阳离子中钠的泄漏量再生方式有机物对阴树脂的影响淋洗时间逐渐延长电导率逐步增高PH逐渐降低到5.4-5.7过早的硅泄漏随着时间交换容量降低苯乙烯系弱碱树脂CH3CH2CHCHCH2CHCH2CH2CH2CH3N:CH3CH3N:AMBERLITEIRA96丙烯酸系阴树脂CCHCH2CHONHCH2CH2NCH3CH3CH3Clor(CH3)2SO4CCHCH2CHONHCH2CH2N+CH3CH3CH3Cl-AMBERLITEIRA67AMBERLITEIRA458Cl------>2R-N+SO4+2H2O

+

H2O化学反应

弱碱阴离子交换树脂运行

2R-N+2H+SO4-------->(R-NH)2SO4

R-N+H+Cl------->R-NH.Cl再生(R-NH)2SO4+2OH

R-NH.Cl+OH------>R-N+Cl==____++弱碱阴离子交换树脂树脂在盐型时较稳定仅能去除矿物酸高再生效率热稳定性好抗有机物污染流速对交换能力影响大弱碱阴离子交换树脂的功能去除矿物酸保护强碱阴离子交换树脂以免受有机物污染利用再生强碱阴离子树脂的废碱来再生弱碱阴离子交换树脂的优点高再生效率除矿物酸有高交换能力抗有机物污染低再生废液可利用再生强碱阴树脂的废碱来再生弱碱阴离子交换树脂的

工作交换容量

硫酸根与总矿物酸比二氧化碳浓度水温运行时间与以下因素有关：离子交换系统离子交换系统

树脂

设计设备操作进水出水理想的离子交换系统

出水水质达到要求出水水量达到要求.

最低的操作成本最低的再生废液量最高的再生效率最低的设备投资简单又方便的操作可靠又不会出错SACSBASCSBSBSBCO222CO2顺利与逆流再生Regeneration(30minutes)Loading(5to24hours)RFR(conventionalholddown)CFRFeedwaterFeedwaterRegenerant水质比较%ofrunNaleakagemeq/LAverageleakageCFR 0.04 = 5 礢/cmRFR 0.005 = 0.6 礢/cmRFR(conventionalholddown)CFR顺流再生设备进水口Jetbreaker再生液入口树脂床收集器出口自由空间视镜人孔增强板排气口气顶压设备制水再生再生剂收集器空气入口双层床弱碱树脂强碱树脂StratabedisatrademarkofRohmandHaas运行再生浮动床制水再生惰性树脂树脂无效空间无效空间进水再生剂清洗树脂转移口转移口进料口出料口反洗口树脂进口细颗粒出口小自由空间Amberpack树脂柱反洗柱AnAmberpack?lineAmberpackisapatentandtrademarkofRohmandHaasWAC/SACWBA/SBASBA/SACThepolishingunitisanAmberpackaswell(Sandwichtype)AmberpackPerformanceWaterqualityConductivity 0.2to0.5礢/cmSilicaleakage 0.5to2.5礸/LPressuredropdata @27癈&210-260m3/hCationcolumn 46to60kPaAnioncolumn 65to80kPa混床制水再生NaOH进口NaOHandacidoutlet酸进口SACSBA混床:树脂比例50:5034:6640:60SACSBASACSBASACSBA三层床TriobedisatrademarkofRohmandHaas在再生时可以看到三层床阴树脂惰性树脂阳树脂NaOH进口NaOH&酸出口酸进口如何达成理想的离子交换系统

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满室床技术-AMBERPACK

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水处理常见问题

水量不足水质达不到要求

产生问题的原因

设备的问题操作不当进水水质变化离子交换树脂的问题其他

采水量不足可能的原因进水水质变化

树脂流失不适当的再生操作

再生剂用量再生流速再生液浓度再生温度树脂劣化偏流运行终点的判定

最常见的树脂问题

树脂破裂含水量增加污染中毒(有机物，铁)化学劣化

铁污染硫酸钙沉淀氧化偏流强酸阳离子树脂常遇问题弱酸阳离子交换树脂常遇问题硫酸钙沉淀进水水质变化氧化偏流有机物污染强碱性交换能力丧失二氧化硅泄漏强碱阴离子交换树脂常遇问题树脂在反洗时流失二氧化硅沉淀慢洗时间过长弱碱阴离子交换树脂常遇问题如何达到低硅泄漏量选用苯乙烯系强碱I型阴离子树脂采用逆流方式再生使用高再生剂量提高再生温度每升强碱阴离子树脂的硅负荷以不超过12克为原则让阳塔钠离子泄漏量降低热降解反应水中溶解的杂质Cations AnionsCa ClMg SO4Na HCO3K CO3SiO2CO2++++++______进水水质分析进水阴阳离子必须平衡需要有各阳离子和阴离子单独的数据阳离子数据应包括钙、镁、钠和钾阴离子树脂应包括氯、硫酸根、硝酸根和碳酸氢根进水水质分析硅在中性水中为非游离状态。它不影响离子平衡。当水的pH接近中性时，重碳酸氢根的含量接近m-碱度。当pH值低于7或高于7.6时，应给出游离二氧化碳和p-碱度的值。因其影响阴离子的选择，应给出进水中的有机物含量系统选择取决于：进水水质要求的出水水质流速投资额离子交换系统的进展顺利再生系统逆流再生系统

水顶压气顶压紧密床逆流再生系统

浮动床

UpCoReAmberpack阳离子交换树脂的再生单独的SAC

HCl:50to60g/LSAC,浓度5%

H2S4:60to75g/LSAC

开始一半浓度为1.5%

后一半为3.0%WAC/SAC配合

WAC只需过量10%的酸全部阳离子再生比率为103%到108%.再生阴离子交换树脂仅使用SBA

NaOH:30to50g/L,浓度4%WBA/SBA配合使用

WBA仅需25%过量碱总阴离子再生比率为110%to115%.硬度总硬度:Ca++&Mg++暂时硬度:与重碳酸盐有关的硬度永久硬度:总硬度减去暂时硬度

注意:*弱酸树脂去除暂时硬度效果很好**永久硬度和钠离子仅能通过强酸阳离子去除。软化采用钠型强酸阳离子交换树脂采用氯化钠作再生剂(建议采用10%NaCl溶液作再生剂可以达到最佳运行效果)碱度

P-碱度=[OH]+1/2[CO3]M-碱度=[OH]+[CO3]+[HCO3]

注意:1.当P-Alk为0，M-Alk等于碳酸氢碱度.

没有OH&碳酸根存在. 2.当P-Alk等于1/2M-Alk

，M-Alk等于碳酸根。没有OH&碳酸根存在.3.当P-Alk等于M-Alk，仅有OH存在

4.OH和HCO3不能共存。碳酸根和二氧化碳不能共存。_酸－碱指示剂pH范围

指示剂

颜色变化3.2-4.4甲基橙红-黄8.2-10.0酚酞无色-粉红WACSACWBASBA典型DI布置AcidCausticDegasifier除盐Ion

WACSACDGWBASBACaMgNaHSO4Cl _HCO3CO2SiO26040500403080010

PPM

101050