大孔树脂静态吸附,大孔阳树脂

受污染离子交换树脂的清洗方法
（从英文文献翻译过来的，语句有些晦涩生硬）
本应用指南介绍了以延长树脂寿命和改善系统性能为目的使用化学品清洁受污染离子交换树脂的分布步骤。本文着重研究了细菌、藻类、铁、锰、有机物和油污染。
大多数类型的离子交换树脂都会被悬浮物污染。因pH值或相对不溶性盐浓度的变化而可能会导致沉淀的产生，不容易通过正常的再生过程去除的其他物质的吸附或离子交换也会不断累积并造成树脂污染。定期清洗处理可防止积垢并延长树脂寿命。
通常，增加再生剂的量、增加再生频率和提高再生温度都可以防止污染物滞留，达到减少污染的效果。
实践操作过程中应确保离子交换装置中的所有树脂定期与使用足够的再生剂再生，并遵循定期清洁程序。
离子交换装置性能衰减的原因
尽管采取了预防措施，下列情况仍可能导致装置性能衰减。
• 操作装置树脂的损失。
• 进料分析的变化。如果要去除的离子浓度增加，则产水量将成比例减少。好定期检查进料分析，并调整设备运行以适应任何变化。
• 操作过程中的错误。不正确的再生条件、未能按照说明操作设备、错误的反洗程序、不一致的淋洗量和再生浓度等相对容易检查，以确保所有功能正常运行。
• 工厂工程硬件故障。这是难诊断的情况。
• 树脂污染或降解。
如果床层高度、进料分析、操作过程和工程硬件检查结果都令人满意，则应取树脂样品进行检测。
取样评估树脂
树脂的评估取决于样品的采集方式。好确保用于测试的样品代表树脂床层的主体。如果难以实现，则应向分析员提供用于获取样品的方法。
为获得含混床或其他空气混合装置的树脂的代表性样品，应将树脂混合5分钟，并在混合后取样。没有混合设施时，床层通常会因定期的反冲洗操作而处于规整状态。根据再生和使用方式的不同，表面样品的污染可能会有很大的差异性，污染含量和树脂分级都不具有代表性。因此，有必要在不同的床层深度取多个样品并重新混合，或者取一个核心样品并在提交测试之前混合。
根据污染剂的性质，可以使用各种程序清洗受污染树脂。
本文件包涵了以下处理程序：
• 细菌和藻类污染
• 铁和锰污染
• 有机物污染
• 油污染
细菌和藻类消毒处理程序
在某些条件下，当污染的水源被注入离子交换系统时，树脂会被细菌或藻类污染。当观察到树脂床层受到污染时，应考虑以下处理。
过氧乙酸
过氧乙酸是过氧化氢的衍生物，对多种微生物有很好的处理作用。研究表明，过氧乙酸具有抗菌、杀菌、杀孢子、抗病毒等作用，在医药领域的应用越来越广泛。
Degussa技术应用部门与Chemiewerk Homburg AG共同完成的工作证明了过氧乙酸具有的广泛的杀菌作用，适合作为去离子消毒剂。
在水中加入0.1%过氧乙酸溶液，反应时间为1小时，浓度为104–105/mL煤泥和霉菌都能几乎被去除为零。使用过氧乙酸后的短淋洗时间也很重要（通常约45分钟或10–15 BV）。
实验表明，过氧乙酸除了具有良好的消毒作用外，对阴、阳树脂的离子交换性能影响小。
如果使用过氧乙酸作为消毒剂，则阳树脂和阴树脂均应采用以下程序：
• 确保阴离子树脂已经完全失效，因为过氧乙酸在pH<8时表现佳。
• 配制1BV含0.1% 过氧乙酸的溶液。
• 以5 BV/h的流速通入1BV消毒剂，并将其排放到批准用于化学废物处理的排水管中。
• 通完过氧乙酸后，关闭所有阀门，保持消毒剂至少一小时，以浸泡树脂和管道。
• 使用原水以5BV/h的速度进行置换淋洗至少60分钟，然后快速冲洗30分钟。
• 将树脂再生一次再恢复使用。
次氯酸钠
次氯酸钠通常以小瓶容器的形式使用。对于树脂灭菌，稀释市售次氯酸盐得到的0.1%可用氯溶液就够用了。
准备次氯酸钠处理之前，请遵循以下程序：
• 在处理前用盐水再生交换柱，将所有树脂转化为失效态（通常需要两次或三次再生）。需要注意的时，如果在处理前树脂没有完全失效，阳树脂将会再处理过程产生氯气。
• 处理床层所需的小溶液体积为3 BV（即安装的树脂体积的3倍）。
• 以正常再生流量或大约4 BV/h的流度使个BV的溶液通入树脂床层。
• 保留部分第二个BV的溶液在树脂床层中一段时间，不超过2小时。
• 以大约4BV/h的流速将第三个BV的溶液通入树脂床层。
• 用软化水以约4 BV/h的流速置换次氯酸钠，然后充分淋洗以去除所有次氯酸钠残留。至少8-10BV水。
• 在恢复使用之前，对树脂进行三次再生。
注意，这种处理方式可能会稍微破坏树脂的交联基质。因此，不建议频繁使用。
对于酚醛树脂、缩聚树脂和螯合树脂，也不推荐使用该处理方法。
对于阴离子树脂，次氯酸钠是会氧化胺基团的。因此，只有在极端情况下，才会考虑进行一次次氯酸钠的消毒。
使用次氯酸钠时，应始终采取适当的安全预防措施。此外，将废物排入下水道时，应遵守所有环境法律法规。所有排放区域应避免酸或其他可能与稀释次氯酸盐产生不利反应的化学品。

铁、锰污染处理
铁在水中会以几种不同的形式存在。例如，在未充气的井水中，铁可以以二价铁的形式（Fe2+）存在，但被氧化后，它会转化为三价铁的形式（Fe3+）。
在与有机物络合的情况下，铁会以阴离子络合物的形式存在。
通常情况下，三价铁是采用氢型或者钠型阳树脂来去除的。
氢型阳离子树脂作为脱盐系统的阶段时，水中的铁被去除，并用矿物酸在再生时洗脱。但是软化树脂的情况不同，离子交换树脂去除水中的铁后会使用盐水再生程序，在再生循环期间积聚的铁并不会被洗脱。因此，铁会在树脂上循环累积，并导致不断的铁污染。
如果铁以有机/铁络合物的形式存在，则络合物会呈阴离子形式，可以通过阴离子树脂从溶液中除去。
因为阴离子树脂是用苛性钠再生的，所以即使在每个再生周期中有机物质都基本上被去除了，铁也会保留在树脂上。铁在树脂上的积聚也导致了阴离子树脂的铁污染。
当水的铁含量大于0.5ppm时，建议采用一些预处理，将离子水平降低到<0.1ppm。
当给水中含有铁时，使用硫酸会导致铁在树脂上积聚并导致性能降低。在这些情况下，应考虑使用盐酸进行处理，前提是装置的内部结构和相应的管道工程与盐酸兼容。
当铁积聚在软化树脂上时，可以考虑用盐酸或连二亚硫酸钠处理。
连二亚硫酸钠
连二亚硫酸钠是一种强力还原剂。当被应用于受铁污染的树脂床层时，它将减少任何以可溶亚铁形式存在的铁，并在正常水循环期间使树脂床层不含铁。
推荐在树脂床层使用连二亚硫酸钠时采用以下程序：
• 在水中加入连二亚硫酸钠（不能反加）配制4%的溶液。配制时要非常小心，因为会产生强烈的有害烟雾。配制足够的溶液，以树脂床层上使用时，溶液能够完全浸没所有的树脂。
• 往树脂床层中加入连二亚硫酸钠溶液。
• 搅动树脂，使连二亚硫酸钠溶液均匀地分布在树脂床层。搅拌过程中不能带入空气，因为这会氧化连二亚硫酸钠。
• 保持溶液与树脂床层接触至少3小时。如果可能的话，溶液可以保持接触6小时。
• 充分排干淋洗。对装置加压后自上而下顺流淋洗，然后反洗30分钟，去除一切外来杂质。
• 在恢复运行之前按照常规方式重新再生一次。
由于连二亚硫酸钠溶液的相对不稳定性，采用连二亚硫酸钠和三聚磷酸钠组合的处理方法比单使用连二亚硫酸钠更为有效。
连二亚硫酸钠和三聚磷酸钠
• 将2%连二亚硫酸钠和2%三聚磷酸钠混合。得到的溶液更稳定，并且能够保持除铁能力长达16小时。
• 在考虑预防措施的情况下，我们建议在再生过程中每100克氯化钠中添加1克连二亚硫酸钠。
• 采取预防措施是为了防止在盐水通入前加入或者直接加入盐水中时配制溶液中的连二亚硫酸钠被氧化。
连二亚硫酸钠在高温或潮湿的环境下会分解。因此，应将其保存在密封、防水的容器中，并存放在阴凉、干燥的地方。这样可以长期储存，分解造成的损失可以忽略不计。处理连二亚硫酸钠时应注意，与水接触后，该产品会迅速分解并产生高度易燃的气体。
连二亚硫酸钠被归类为易燃固体，会以适当的警告标签装运。任何漏出的材料都应立即清理干净，并用大量的水冲洗现场。部分使用过连二亚硫酸钠的容器也存在一定的火灾危险。
在扑灭连二亚硫酸钠火灾时，燃烧的材料应用水完全淹没，因为水太少可能会引起其他问题。二氧化碳和干粉灭火器是无效的，因为连二亚硫酸钠自身会产生氧气供给燃烧。
要严格遵守从化学品供应商处获得的储存和处理连二亚硫酸钠推荐程序的全部细节，以确保完全符合当地健康和安全法规。
盐酸
在大多数情况下，不能用盐酸就地处理软化树脂，因为盐酸与软化装置的材料并不相容。
但是如果可以的话，采用三个BV的6%盐酸，并第二个BV的盐酸溶液与树脂床层接触时间在两小时以上。并且将酸加热到104°F（40°C）也是有效的。
然后用10%盐水对树脂进行两次再生，然后再投入使用。

有机物污染处理
阴离子树脂容易被地表水中存在的一些腐殖酸和黄腐酸污染。
由于这些有机物的分子量比较大，所以会被困于树脂基质中。常见的有机物污染表现包括了淋洗时间，交换量低，强碱树脂二氧化硅泄漏率高等。
以下程序有助于恢复树脂原有的离子交换性能：
• 树脂完全失效后再进行处理。
• 准备3BV的含2% w/v烧碱的10%w/v盐水溶液。溶液的温度控制在95°F（35°C）和140°F（60°C）之间，以确保佳的有机物洗脱效果。
• 以不超过2 BV/h的流速将个BV的盐水通入离子交换单元，然后引入第二个BV的盐水。
• 尽可能长时间(至少4小时)保留第二个BV的盐水，同时定期搅动树脂床层。
• 在保留时间结束时，以1BV/h的流速往树脂通入第三个BV的盐水，并用清水淋洗树脂，直到没有盐水残留为止。
• 恢复使用前，至少进行两个以上完整的再生循环。
盐酸
有的时候，阴离子树脂上也会检测到铁的存在。这可能是因为原水中含有一些有机铁化合物。
这种情况下，建议在盐水处理后立即采用6%盐酸处理阴树脂。应遵循的程序与盐水处理的程序类似。
在引入苛性钠再生剂之前，清除装置中的所有盐酸残留，并装置中与盐酸接触的所有部件均需与酸相容且具有耐酸性。
油污染处理
给水或再生溶液中的油会污染离子交换树脂。油会覆盖在树脂的表面，使得离子很难穿透油层进入大部分交换位点所在的树脂颗粒。油污染树脂后会导致树脂动力学性能和处理后的水质下降，并降低实际工作中的交换量。
为获得佳性能，离子交换树脂床层的进料溶液中应不含油。
清洗被油污染的树脂是非常困难的。如果树脂被严重污染，则可能无法充分清洗，使其适合继续使用。以下程序使用低发泡、非离子表面活性剂，建议用于轻度污染的离子交换树脂和惰性聚合物。
• 充分反洗被污染的树脂。
• 排空装置并加入不超过0.1%表面活性剂的溶液。在大约104°F（40°C）的温度下进行处理会达到好的效果。但是较低的温度使用时可能会产生相当大的泡沫。需要注意的是，要使用不会污染树脂的表面活性剂。
• 如果将空气引入树脂床，清洗效率会更高，因为这会使得树脂在表面活性剂溶液中浸泡时发生搅拌。搅拌应持续大约半小时。
• 然后，反洗装置，并自上而下顺流淋洗至泡沫完全消散。淋洗的部分水温控制在104°F（40°C）时效果是好的。
• 后，在进入下一个使用周期之前，再生并淋洗树脂。
定期对树脂进行检测、取样和清洗，可以防止污染物的积聚和树脂污染的加重。如此也将有助于优化性能和防止树脂的衰退。

制药应用 树脂类型
生物碱 软酸阳离子，微孔
抗酸剂 弱碱阴离子，微孔
β-2-微球蛋白&中等摩尔质量的物质 吸附树脂
聚苯乙烯硫酸钙，K+控制 强酸型阳离子，钙盐
止痛剂载体，剂载体 强碱性阴离子，苯乙烯
剂载体 强碱性阴离子，苯乙烯
消胆胺，降低胆固醇还原剂 强碱性阴离子，苯乙烯
色谱分离 色谱树脂
柠檬酸脱盐 弱碱阴离子大孔
临床试验研究 固相提取
可待因控制释放 强酸阳离子，粉末状
双氯芬钠控制释放 消胆胺
水消毒 强碱阴离子，碘释放
药物载体 软酸阳离子，细珠
右美沙芬，控释制剂 强酸氢离子，粉末状
酶提取/纯化 弱酸型阳离子
环境监控 固相提取
酶固定化 强碱性阴离子，高空隙率
水溶性纤维Fibersol脱色 强碱性阴离子，大孔
水溶性纤维Fibersol分级 色谱树脂
明胶脱盐 弱碱性阴离子，大孔
葡萄糖抛光纯化 Macronet吸附剂
II价金属—例如钙吸附 亚氨基二（亚氨基膦）螯合
肝磷脂分离 强碱性阴离子，丙烯酸
对Fe高选择性 亚膦酸-磺酸螯合树脂
卫生设备 强碱性阴离子，碘释放
碘去除 强碱性阴离子树脂
（游离）点捕捉 强碱性阴离子
乳铁传递蛋白分离 弱酸性阳离子，H+形式
赖氨酸生产 强酸型阳离子
赖氨酸生产 弱酸型阳离子，微孔
溶解酶分离 弱酸型阳离子，高多孔性
金属，类似于二乙胺四乙酸 亚氨基二乙酸螯合树脂
聚苯乙烯硫酸钠 强酸型阳离子，钠盐
烟碱递送载体 弱酸性阳离子H+形式
麻黄素，控释制剂 强酸氢阳离子，粉末状
那可汀，控释制剂 强酸氢阳离子，粉末状
氧化树脂 强碱性阴离子
特殊金属选择性 胺肟
多肽纯化 弱碱性阴离子，高多孔性
杀虫剂去除 Macronet吸附剂
减少磷酸盐，肾处理 胍类树脂
等离子体处理 Macronet吸附剂
波拉克林钾，片剂崩解 弱酸性阳离子，钾盐
血液中污染物的去除 Macronet吸附剂
从水中去除残留的药物 Macronet吸附剂
链霉素 弱酸性阳离子，微孔
链霉素生产 弱酸性阳离子，H+形式
酒石酸纯化 弱碱性阴离子，大孔
矫味，苦的生物碱 弱酸性阳离子
苏氨酸分馏 色谱树脂
毒性金属—例如汞 异硫脲螯合树脂
对铁，锰等高选择性 亚氨基二膦螯合树脂
木糖醇纯化 强碱性阴离子，多孔性

吸附树脂在食品，药品和生物技术中的应用
特殊应用
活性药物成分，抗生素，果汁脱苦，有机溶剂和蒸汽的去除和回收，酶载体。
大孔吸附树脂为合成的聚合物，具有高交联度，多孔的结构。这些吸附剂在很多方面都能够取代常规的碳类吸附剂，原因在于聚合物吸附剂能在原位再生，碳类吸附剂则在设备中才能再生，大多数情况下，聚合物吸附剂具有非极性或疏水性，能够吸附易水溶的有机化合物。这些聚合物由干净的单体制成，具有很大的表面积，不含诸如盐，金属离子和其他的矿物类污染物，所以特别适合于食品和制药工业使用。
合成的聚合物吸附剂在食品与制药中的应用广泛且形式多样。
天然的离子交换剂，吸附剂（如陶土，皂土，藻酸盐，氧化铝，活性炭等）在过去已经被应用在医疗和制药工业中。合成的离子交换剂在医疗领域中的开发应用是一项较新的技术，但是，由于它们的结构灵活可调，稳定性好和专属性强，它们在医疗制药领域的应用变得愈加完善，许多新的用途也不断开发出来。
离子交换和吸附树脂除了能作为活性药物成分（API’s）与制药辅料，以及水处理介质以外，还可以广泛的用于其它制药工业，包括提取和纯化如酶，荷尔蒙，生物碱，病毒，抗生素（链霉素，青霉素）等生物制品，处理发酵产物等。
如何选择一种吸附剂
选用佳吸附剂主要取决于以下一些重要的因素。
，绝大多数吸附剂是在水性介质中使用的，判定该化合物是否能产生极性。可以通过很多因素来判断化合物的极性，包括但不限于它们的沸点和介电常数等。
其次要考虑被吸附化合物的分子尺寸大小是否与吸附剂特征相匹配，依次可以判定合适的吸附剂种类。（被吸附）化合物分子量也是衡量衡量吸附剂是否合适的另一重要指标。
后用化合物的同系物来评价判断化合物的性能，或在实验室试而再试也有助于判定树脂是否适用。当然，终还是要从选定吸附剂的实际使用效果来判定选择正确与否。
吸附剂的洗脱和再生
不管吸附剂聚合体将你的物质清除得有多充分，易洗脱和再生大概是选择某一种吸附剂的决定因素。无论是清除杂质或者是回收纯化某一产品，选择吸附剂都不是一项简易的工作。考虑如何将某一化合物从吸附剂中分离出来也是很重要的。蒸汽和水（60℃或者140°F）都能够用于洗提和重生，尽管如此，因为很多被分离出来的产品对温度比较敏感，因此这可能不是理想地方法。某些情况下，可以考虑使用某种溶剂。一种溶剂可能能够使聚合体吸附剂与吸附在它上面的化合物相互作用，从而产生选择性的解析作用。其他的可能性就是改变某些条件例如pH，从而改变被吸附物的电荷强度实现洗脱。