《核电厂水处理用离子交换树脂动力学性能试验方法》

ICS

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NB

中华人民共和国能源行业标准

NB/T×××××—××××

核电厂水处理用离子交换树脂动力学性能

试验方法

Testmethodsforthemasstransfercoefficientofionexchangeresinsusedinnuclear

powerplantwatertreatmentsystems

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（征求意见稿）

××××-××-××发布××××-××-××实施

国家能源局发布

1

目  次

前  言.............................................................................II

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语和定义.........................................................................1

4原理...............................................................................1

5树脂试样制备.......................................................................2

5.1取样...........................................................................2

5.2反洗...........................................................................2

5.3再生...........................................................................3

5.4树脂颗粒粒径分布测定...........................................................3

6测定步骤...........................................................................3

6.1树脂的装柱.....................................................................3

6.2MTC值测定操作步骤..............................................................3

6.3MTC计算........................................................................4

6.4注意事项.......................................................................5

1

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核电厂水处理用离子交换树脂动力学性能试验方法

1范围

本方法规定了核电厂水处理系统用颗粒状离子交换树脂（以下简称“树脂”）动力学性能的试验方法。

本方法适用于核电厂用树脂质量传递系数（MTC）的测定。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本方法的引用而成为本方法的条款。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版

本适用于本方法。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本方法。

GB/T601化学试剂标准溶液的制备

GB/T603化学试剂试验方法中所用制剂及制品制备

GB/T5475离子交换树脂取样方法

GB/T5476离子交换树脂预处理方法

GB/T6682分析实验室用水规格和试验方法

DL/T519发电厂水处理用离子交换树脂验收标准

DL/T771发电厂水处理用离子交换树脂选用导则

3术语和定义

下列术语和定义适用于本方法。

3.1

树脂质量传递系数masstransfercoefficient（MTC）ofionexchangeresin

主要用于评价离子交换树脂在离子交换过程中表现出来的，与树脂内部结构及交换基团特性有关的

交换快慢及难易程度的一个动力学性能指标。

3.2

树脂的离子型ionictypeofionexchangeresin

离子交换树脂中存在的可交换离子的种类。各种离子型的相对含量，通常用树脂中存在的该离子型

的摩尔质量数与树脂全交换容量的百分比表示。

3.3

清洗水耗rinsewaterconsumption

清洗树脂所用水的体积与树脂体积之比，通常用树脂床层体积（bedvolume，BV）的倍数表示。

4原理

在实验室标准条件下，将一定量的待测阴树脂和阳树脂充分混合组成混合树脂层。先用除盐水淋洗

2-+2-+

混脂，测定出水SO4或Na浓度；接着向淋洗液中注入NH3溶液淋洗30min，测定出水SO4或Na浓

2-+2-+

度；再注入Na2SO4溶液30min，测定出水SO4或Na浓度；根据进、出水SO4或Na浓度计算阴树脂

或阳树脂的MTC。树脂动力学性能试验装置示意图见图1。

2

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所需仪器设备如下：

a)除盐水泵×1：流量（1.0～2.0）L/min（用于树脂试样制备）；

b)注射泵×2：100mL注射器，流量（0.5～3）mL/min；

c)夹层玻璃交换柱×1：Φ2.5cm×60cm（其截面积记为A，精确至0.05cm2）；

d)夹层玻璃交换柱×1：Φ5.0cm×60cm或Φ5.0cm×90cm（用于阴树脂的处理）；

e)夹层玻璃交换柱×1：Φ5.0cm×60cm或Φ5.0cm×90cm（用于阳树脂的处理）；

2-2-

f)SO4分析仪×1：可测低于0.1μg/L的SO4含量，可采用离子色谱仪；

g)Na+分析仪×1：可测低于0.1μg/L的Na+含量，可采用离子色谱仪；

h)电导率仪×2：具备温度补偿功能，电导池常数0.01cm-1；

i)颗粒粒度分析仪×1：可测粒度范围（0.01～3.00）mm；

j)浮子流量计×1：可计量流量（0.5～3.0）L/min；

k)恒温循环水泵×1：流量（1.0～2.0）L/min；

l)量筒、烧杯。

所需试剂材料如下：

2-

a)超纯水：满足GB/T6682规定的一级试剂水，其中SO4含量不超过0.5μg/L；

b)Na2SO4溶液：900mg/L；

c)NH3溶液：3000mg/L；

d)阳树脂参考标准：推荐使用核级全新H型强酸性阳树脂；

e)阴树脂参考标准：推荐使用核级全新OH型强碱性阴树脂。

图1树脂动力学性能试验装置示意图

5树脂试样制备

5.1取样

按照GB/T5475规定的方法，取待测阳树脂、阴树脂各500mL，置于玻璃交换柱。

3

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5.2反洗

启动除盐水泵，分别对在交换柱中的阳、阴树脂进行反洗，树脂的展开率应不低于50%，直到试样

中无可见机械杂质，出水澄清时为止。

5.3再生

5.3.1氢型阳树脂再生

如果试验用的阳树脂不是H型树脂，则需进行再生处理。将阳树脂置于夹层玻璃交换柱中，先用

1.0mol/LHCL溶液以25ml/min的流量通过交换柱树脂层，时间为1h；再以25mL/min的超纯水淋洗树脂

15min；最后以100mL/min的超纯水淋洗树脂至出水电导≤20μS/cm，淋洗时间不应超过1h。

5.3.2氢氧型阴树脂再生

如果待检测的阴树脂不是OH型的，则需进行再生处理。将阴树脂置于夹层玻璃交换柱中，加热至

50℃，先用2.0mol/LNaOH溶液以25ml/min的流量通过交换柱树脂层，时间为1h；再以25mL/min的超

纯水淋洗树脂15min；最后以100mL/min的超纯水淋洗树脂至出水电导≤20μS/cm，淋洗时间不应超过1h。

5.4树脂颗粒粒径分布测定

按照GB/T5787规定的方法，对树脂的有效粒径进行测定，也可采用粒度测定仪测量树脂粒度分布，

计算加权平均粒径。其中阴树脂粒径记为PAnion（mm）（精确至0.01mm），阳树脂粒径记为PCation（mm）

（精确至0.01mm）。

6测定步骤

6.1树脂的装柱

6.1.1树脂的清洗

在室温条件下，分别用5BV的除盐水以10BV/h的流量清洗阴、阳树脂样品。

6.1.2阴、阳树脂取样与混合

用100mL量筒量取（75±1）mL阴树脂样品，注水至超过树脂界面以上10mL。敲击量筒底部，

使树脂之间紧密无空隙，记录体积为VAnion（mL）（精确至0.5mL）；用250mL量筒量取（150±1）mL

阳树脂，注水至超过树脂界面以上10mL，敲实后记录体积为VCation（mL）（精确至0.5mL）。将两种

树脂全部转入烧杯，倾倒多余的水，用玻璃棒搅拌混合均匀。

6.1.3交换柱清洗与树脂装柱

调节交换柱除盐水流量为1L/min，记流速为F（mL/min）；调节恒温水箱的温度，使交换柱出水温

+2-

度为（25±1）℃，记为T（℃）；用除盐水清洗交换柱至出水达到Na和SO4基线（应不大于0.5μg/L），

2-2-++

记录此时SO4浓度为[SO4]Baseline（精确至0.1μg/L），Na浓度为[Na]Baseline（精确至0.1μg/L）。

关闭交换柱进、出水阀门，开启交换柱的顶盖，将混合树脂小心地装入交换柱。确保树脂层中没有

气泡形成，以及混脂层阴阳树脂没有分离。再向交换柱中注满除盐水，盖上顶盖。

6.2MTC值测定操作步骤

2-+

6.2.1高速淋洗与测定[SO4]Rinse和[Na]Rinse

4

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打开交换柱进、出水阀门，调节出水口流速为1L/min，高速淋洗混合树脂样品，至出水电导值≤

2-+2-+

0.06μS/cm，测定并记录淋洗出水SO4和Na浓度，记为[SO4]Rinse和[Na]Rinse（精确至0.1μg/L）；测

量树脂层厚度，记为L（精确至0.1cm）。该过程通常需要15min，但不超过1h。如出水电导值较高，则

需查找原因，并重新进行试验。

2-+

6.2.2注入NH3溶液与测定[SO4]NH3和[Na]NH3

当淋洗至至出水电导值≤0.06μS/cm时，启动NH3溶液注射泵，以0.5mL/min的流量注入NH3溶液，

2-+2-+

持续进药30min，直至电导稳定后，测定并记录淋洗出水SO4和Na浓度，记为[SO4]NH3和[Na]NH3

（精确至0.1μg/L）。

2-+

6.2.3注入Na2SO4溶液与测定[SO4]Effluent和[Na]Effluent

启动Na2SO4溶液注射泵，以0.5mL/min的流量注入Na2SO4溶液，持续进药30min，直至电导稳定

2-+2-+

后，测定并记录淋洗出水SO4和Na浓度，记为[SO4]Effluent和[Na]Effluent（精确至0.1μg/L）。

2-+

6.2.4停止淋洗与测定[SO4]Influent和[Na]Inffluent

旋转交换柱进、出水阀门，停止淋洗树脂，淋洗液经交换柱旁路流走。当交换柱被旁路时，测定并

2-+2-+

记录淋洗液SO4浓度和Na浓度，记为[SO4]Influent和[Na]Influent（精确至1μg/L）。

2-+

淋洗液SO4浓度和Na浓度测定完毕，依次关闭Na2SO4溶液注射泵和NH3溶液注射泵。

6.2.5交换柱清洗备用

开启交换柱顶盖，移出树脂样品，重新注满除盐水，盖上顶盖；打开进、出水阀门，清洗交换柱；

调节流量至合适大小，关闭恒温循环水泵。

6.3MTC计算

按照公式1~公式4计算MTC，计算结果保留两位有效数字，例如1.6×10-4m/s。

SO2-SO2-3

1FPAnion4Influent4Baseline10

k2-ln..（1）

SO42-2-

6(1)ALVAnion/VCationVAnionSO4SO460

EffluentNH3

SO2-SO2-

54Influent4Baseline（）

k2-6.8410PAnionln...............................................................2

SO42-2-

SO4SO4

EffluentNH3

Na+Na+3

1FPCationInfluentBaseline10

k+ln.......（3）

Na++

6(1)ALVAnion/VAnionVCationNaNa60

EffluentNH3

Na+Na+

5InfluentBaseline（）

k+6.8410Pln.................................................................4

NaCation++

NaNa

EffluentNH3

式中：

5

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——阴树脂质量传递系数，m/s；

kSO2-

4

——阳树脂质量传递系数，m/s；

kNa+

F-——除盐水流量，mL/min；

——树脂层孔隙率，对于大多数树脂，通常不直接测定ε值，取值0.35；

A——夹层玻璃柱内管截面积，cm2；

L——混合树脂层厚度，cm；

阴树脂颗粒粒径，；

PAnion——mm

阳树脂颗粒粒径，；

PCation——mm

阴树脂体积，；

VAnion——mL

阳树脂体积，；

VCation——mL

2-2-

SO——含NH3和Na2SO4的淋洗液SO4浓度，μg/L；

4Influent

2-2-

SO——交换柱清洗出水SO4基线值，μg/L；

4Baseline

2-2-

SO——淋洗液注入Na2SO4溶液时出水SO4浓度，μg/L；

4Effluent

2-淋洗液注入溶液时出水2-浓度，；

SO4——NH3SO4μg/L

NH3

++

Na——含NH3和Na2SO4的淋洗液Na浓度，μg/L；

Influent

Na+——交换柱清洗出水Na+基线值，μg/L；

Baseline

++

Na——淋洗液注入Na2SO4溶液时出水Na浓度，μg/L；

Effluent

++

Na——淋洗液注入NH3溶液时出水Na浓度，μg/L。

NH3

6.4注意事项

6.4.1温度对MTC测定结果影响较大，温度系数约为2.5%/℃，所有实验必须在25℃条件下操作。

6.4.2取少量树脂样品置于放大镜（放大倍数为12-15倍）下观察计算其破碎率，如果超过10%，则

应重新选取树脂进行试验。

2-+

6.4.3如果一天测定多个样品，[