除铁树脂

硅溶胶的离子交换质量与下列因素有关，树脂再生的程度、平衡性质、树脂的高度、流入深度、离子大小等。把通过阳离子交换柱的硅溶胶稀深再通过弱碱性阴离子树脂交换柱，去除液体中的阴离子CL-，以达到更加稳定的状态。以交换柱流出来的稀硅深胶浓渡很低，需进行浓缩，为了防止浓缩时胶凝，浓缩前迅速加入稳定剂。稳定剂常用的为MOH（M为L,Na,K,Rb,Cs,NH4.NH2等)稳定剂的用量应该恰当，若小于SiO2摩尔数的1%则难于起到稳定作用；若超过5%则将降低制品的纯度。取5kg上述硅溶胶用10%NAOH溶液调PH值至78。取900g调整液注入减压器中进行减压浓缩。并以保持容器内液面恒定为原则，徐徐加入剩余的4100g调整液。浓缩温度保持78℃，后制得900g含SiO2 20%，Na20 0.33%，PH为9.6的硅溶胶，其平均粒径约16mum。离子交换树脂进行离子交换后，已失去交换能力。需用盐酸稀液洗涤，用HCL中的H+取代树脂上的Na+。而使离子交换树脂的活性基团氧化，使树脂再生，恢复交换能力。再生后和离子交换树指用蒸馏水冲洗至规定的PH值为止，备下次使用。

离子交换树脂在饮用水中除高氯酸根的应用
SL891是在大孔结构的苯乙烯-二乙烯苯共聚体上带有季铵基［-N(CH3)3OH］的阴离子交换树脂。于自来水和饮用水中高氯酸根的去除和净化，对高氯酸根有优良的选择性。

二、理化性能指标：
指 标 名 称 指 标
出厂型式 氯 型
含 水 量 % 52.0~62.0
高氯酸根吸附容量 g/L ≥ 25.0
湿视密度 g/ml 0.65 ~ 0.73
湿真密度 g/ml 1.05 ~ 1.11
范围粒度 % （0.315~1.25mm）≥ 95.0
下限粒度 % (＜0.315mm) ≤1.0
均一系数 ≤ 1.60
整 球 率 % ≥ 95.0


三、使用时参考指标：
使用温度 ℃ ≤ 60
床层高 mm ≥ 600
反洗展开率 % 50~85
运行流速 BV/h 5~15
适用pH范围 3~9

四、基本原理：
饮用水中的高氯酸盐是一种持久性的有毒化学物质，它通常是以NH4ClO4、KClO4、NaClO4的形式存在。高氯酸盐对人体的影响主要表现为对甲状腺吸收碘的抑制，从而导致甲状腺激素分泌的减少，这就造成对发育系统特别是对大脑发育的影响。过量的摄入高氯酸盐会导致甲状腺激素的分泌不足，而甲状腺激素分泌不足会抑制人体正常的新陈代谢和生长发育，尤其是对儿童的影响。
由于高氯酸根的非挥发性和在水中的高溶解性，不可能用过滤、沉淀等普通物理方法去除；活性炭对其吸附量也很小；而且在通常的水质环境下，由于温度较低，离子浓度很小，高氯酸盐与大多数还原剂都不发生反应。针对高氯酸根的离子特性，采用离子交换法进行处理无疑是好的方法之一。

新型软化树脂在水中除铁软化的应用
SL858是一种强酸性苯乙烯系薄壳式阳离子交换树脂，是一种的除铁、软化树脂。该树脂的功能基团大部分集中在球体表面，使树脂具有更高的离子交换速度。各种离子在树脂的表面就能发生交换，无需扩散到树脂内部。避免了运行中的离子泄漏，了在再生过程中，树脂基团得到再生，再生转型率更高，在运行中树脂能更好的发挥除盐的作用，出水离子泄漏低，更进一步的是再生过后的淋洗过程中，残留物及水污染物更易被清洗掉。
SL858由于其特殊的结构和特的理化性能，决定了它是一种的软化树脂，非常适用于饮用水行业软化除铁和钙镁离子。
二、理化性能指标：
指 标 名 称 指 标
外 观 棕褐至黑色球状颗粒
出厂型式 钠型
含 水 量 % 48.0~56.0
铁吸附容量 g/L ≥ 14.5
湿视密度 g/ml 0.75 ~ 0.85
湿真密度 g/ml 1.18 ~ 1.28
范围粒度 % （0.315~1.25mm）≥ 95.0
下限粒度 % (＜0.315mm) ≤1.0
均一系数 ≤ 1.60
整 球 率 % ≥ 95.0
三、使用时参考指标：
指标名称 参考值
树脂层高 mm ≥600
设计反洗空间 % ≥ 60
反洗展开率 % 50~85
运行温度 ℃ 5~60
运行流速 BV/h 5~15
适用pH范围 3~9

四、运行操作方案：
操作 溶液 流速(BV/h) 用量(BV)
反洗 清水 2.0~4.0 1.5~2.0
再生 5～7%NaCl溶液 1.5~2.0 2.0~2.5
置换 清水 1.0~2.0 1.0~1.5
淋洗 清水 5.0~10.0 2.0~4.0
运行 原水 5.0~15.0 ——

含酚废水主要来自石油化工厂、树脂厂、塑料厂、合成纤维厂、炼油厂和焦化厂等化工企业。它是水体的重要污染物之一，我国规定挥发酚的排放标准为0.5mg/L[1]。酚类化合物是一种原型质毒物，所有生物活性体均能产生毒性。人如果长期饮用被酚污染的水能引起慢性中毒，出现贫血、头昏、记忆力衰退以及各种神经系统的疾病，严重的会引起死亡。含酚废水不仅对人类健康带来严重威胁，也对动植物产生危害[2]。毫无疑问，含酚废水排入水体或用于灌溉均需经过治理处理，使之符合达到国家要求的排放标准。
处理含酚废水用较多的是活性炭吸附。本文研究了大孔吸附树脂处理含酚废水，大孔吸附树脂是内部呈交联网络结构的高分子珠状体，具有优良的孔结构和很大的比表面积，通过范德华引力可从水中吸附有机溶质[3]，实现废水中有机物的富集和分离[4]。与其它方法相比，大孔树脂吸附法具有吸附效果好、脱附再生容易、性能稳定、适用范围宽、实用性好、可实现综合利用等特点，是处理含酚工业废水的有效方法。
2 试验部分
2.1仪器和试剂
2.1.1仪器：内径10mm玻璃吸附柱，721分光光度计，25mL磨口比色管
2.1.2试剂：A.R苯酚，A.R丙酮，4-氨基安替比林，铁氰化钾，浓氨水，氯化铵。
2.2实验过程
在吸附柱中加入10~11ml大孔吸附树脂，用10~20BV丙酮慢速淋洗树脂，淋洗液与水混合后无明显的油珠滴，则证明树脂已洗净，再用10~20BV的去离子水淋洗树脂，排尽气泡。以浓度为6500mg/L的苯酚水以流速为3.0~3.5ml/h的速度通过吸附柱，分段检测流出液苯酚的浓度。当接近吸附终点时，每次分析的流出液的体积应为5~2ml。当流出液苯酚浓度达到10mg/L时为吸附终点。树脂失效后，进行再生，用纯水以2BV/h的流速将残留苯酚洗出，清洗五个树脂床层后，用2倍树脂体积4%的氢氧化钠溶液进行洗脱，收集洗脱液。
2.3实验结果
不同周期吸附数据见表1，吸附曲线见图1；不同周期的吸附容量、洗脱量和解析率见表2。
表1 不同周期流出液中苯酚浓度（mg/ml）及树脂吸附酚量（g/L-R）
处理量（BV）
周期数 苯酚浓度 6 12 18 24 30 36
周期 0 0 0 0 0 0.05
第二周期 0 0 0 0 0 0.08
第三周期 0 0 0 0 0 0.12
第四周期 0 0 0 0 0 0.13
第五周期 0 0 0 0 0 0.13



图1 不同周期流出液中苯酚浓度（mg/ml）变化曲线

表2 不同周期树脂吸附容量、洗脱量和洗脱率

项目
周期数 树脂吸附酚量g/L-R 洗脱量
g/L-R 洗脱率
%
周期 97.5 97.0 99.5
第二周期 97.5 95.8 98.3
第三周期 95.7 94.6 98.9
第四周期 95.5 94.2 98.6
第五周期 95.5 94.5 99.0

2.4数据分析
从五个周期的试验数据来看，SL300树脂对苯酚吸附容量高达100g/L-R。五个周期的运行结果基本一样，说明SL300树脂的重复性好、洗脱率高。SL300作为一种大孔吸附树脂，具有特殊的孔结构和比表面积，非常适合吸附酚类物质。经洗脱后，此树脂可重使用。同时，该树脂抗污染能力强，具有很高的吸附能力、耐温性、稳定性和机械强度，非常适合实际生产。
2 应用实例
常州永泰兴化工公司采用烷氧基化法生产对硝基苯乙(甲)醚，经还原制得对氨基苯乙(甲)醚，在生产过程中由于有副反应存在，产生大量的含酚废水。国内外有大量的报导采用大孔吸附树脂处理含酚废水，大孔吸附树脂是一类不含离子交换基团,具有大孔结构的高分子吸附剂。理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶剂,对有机物有浓缩、分离的作用,且不受无机盐类及强离子、低分子化合物的干扰。其吸附性能与活性炭相似,与范德华力或氢键有关。同时,网状结构和高比表面积,使得其具有筛选性能。了解到可采用大孔吸附树脂代替活性碳处理含酚废水，该公司经过大量应用对比试验，终选用SL300树脂处理该废水。
2.1 试验情况
该系统交换器装填5m3大孔吸附剂SL300，废水pH=5，运行流速5～7BV／h，温度90～100℃下吸附，经处理的废水中对酚浓度可从2500～5000mg／L下降到5mg／L以下，以10%氢氧化钠溶液为洗脱剂，解吸流速1～2BV／h，50℃解吸，对酚的回收率可达90％以上，回收产品的质量较好，可加以综合利用。
SL300树脂实际应用的废水中酚浓度为4500～5000mg／L，不同周期吸酚数据见表3，吸附曲线见图2；不同周期的吸附容量、洗脱量和洗脱率见表4。

表3 不同周期流出液中苯酚浓度（g/ml）及树脂吸附酚量（g/L-R）
处理量（BV）
周期数 苯酚浓度 6 12 18 24 30 36 42 48 54
周期 0 0 0 0 0 1.5 2.7 3.2 5.7
第二周期 0 0 0 0.1 0.5 1.2 2.3 3.4 6.2
第三周期 0 0 0 0.1 0.4 1.6 2.7 3.2 5.9
第四周期 0 0 0 0.1 0.4 1.5 2.9 3.8 6.7
第五周期 0 0 0 0.2 0.5 1.5 2.6 4.0 6.9



图2 不同周期流出液中苯酚浓度（g/L）变化曲线


表4 不同周期树脂吸附容量、洗脱量和洗脱率

项目
周期数 树脂吸附酚量g/L-R 洗脱量
g/L-R 洗脱率
%
周期 92.6 87.0 94.0
第二周期 93.1 89.2 95.8
第三周期 91.5 86.3 94.3
第四周期 90.6 85.6 94.5
第五周期 89.6 85.5 95.4
2.2 试验树脂性能评价
为了观察树脂应用于实际生产中性能变化，在两年的生产中我们对树脂取样进行分析检测，同时与新树脂的性能进行对比。试验结果见表5。
表5 SL300运行初期和运行两年性能对比
指标名称 新树脂 运行1年 运行2年
含水量 % 59.2 61.5 63.8
比表面积 m2/g 1753 1679 1652
磨后圆球率 % 98.6 93.6 90.6
粒度范围 (0.315~1.25mm) % 98.6 96.3 94.8
有效粒径 mm 0.56 0.53 0.50
均一系数 1.32 1.37 1.41
从上表看，SL300树脂在运行两年来，树脂的性能基本上没有发生大的变化，说明树脂在使用一年后树脂交换能力基本上还保持新树脂的能力。树脂有效粒径有所降低，这是因为树脂在使用一年后，由于受转型体积发生变化以及树脂在反洗冲洗过程中的影响，树脂难免会受到磨损，少量的树脂颗粒变细。树脂的磨后圆球率下降幅度仅为4.96%，树脂仍保持圆球状，说明SL300整体的强度并没有发生很大变化。SL300树脂使用两年后，其性能基本上没有发生变化，还完全可以用于实际生产。

3 结论
综合SL300树脂对含酚废水的吸附和洗脱试验以及树脂在现场使用两年后性能的变化，可以得出以下结论：
3.1采用大孔吸附树脂可以很好地处理含酚废水。树脂对酚的吸附选择性很高，吸附率通常大于99％，COD明显降低。废水经吸附后，一般都可达标，且不产生二次污染。用稀碱或有机溶剂脱附，洗脱率可达95％以上，且脱附高峰集中，无拖尾现象。
3.2吸附树脂有较高的耐氧化、耐酸碱、耐有机溶剂的性能，机械强度较好，可在150℃以下长期使用，在正常情况下，树脂年损耗率小于5％。
3.3此法可富集回收其中大部分酚类产品或原料，与其它方法相比，此法工艺简单，不需要特殊设备，技术容易掌握，可实现自动化。装置运转过程中热能、电能消耗较低，通常回收产品的价值可与处理装置的运转费用相当，有的尚有盈余。使用大孔吸附树脂既可以很好地处理含酚废水，保护环境，又能回收产品，变废为宝，具有很好的经济效益和社会效益。

离子交换树脂在发酵液中提取赖氨酸的应用
一、用户（1）工艺
1.交换柱直径为3200mm，树脂装填高度为mm，树脂装填体积为35m3。
2.赖氨酸母液pH为3.3~3.8，进料赖氨酸浓度为170g/L。
3.吸附流量为0.8~1.0BV/h，从上向下吸附，氢型上柱。控制赖氨酸尾液浓度≤2.0g/L。
4.吸附完赖氨酸后，用纯水洗去残留的赖氨酸，控制淋洗液赖氨酸浓度≤2.0 g/L，淋洗的这部分赖氨酸回收。
5.洗脱，用氨水和氯化铵混合液（21.78m3回收的洗脱液，也即氨水洗脱完水洗那部分+2.22m320%氯化铵+4.56m3氨水）进行洗脱，洗脱流量为1.0BV/h，洗脱时间约为40min。
6.淋洗，用2BV的纯水以3.0~5.0BV/h流量淋洗，淋洗液回收。淋洗结束后，从下向上以0.4BV/h的流量进纯水，同时从底部通入2.5kg的压缩空气10min，反洗30min，将树脂充分松动。
7.转型，用0.3BV5%盐酸溶液以1.0BV/h流量进行转型。
8.水洗，用0.3BV纯水以1.0BV/h流量进行水洗，此时纯水洗至流出液pH为3.0~4.0。
9.以上每个步骤进行时，都应将液位放至树脂层上300~500mm处。
10.经上述处理后，就可进行下一步吸附了。
11.此用户树脂吸附容量为130g/L-R。
二、用户（2）工艺
1.此用户为连续离交工艺，有30个交换柱，直径为1200mm，树脂装填高度为1800mm。
2.赖氨酸母液用硫酸调至pH为1.5，进料赖氨酸浓度为178g/L。
3.2BV6%氨水以1.0BV/h洗脱。
4.用纯水洗至流出液pH为9.0。
5.上柱吸附，吸附流量为1.0BV/h，控制赖氨酸尾液浓度≤2.0g/L。
6.用纯水洗去残留的赖氨酸，控制淋洗液赖氨酸浓度≤2.0g/L，淋洗的这部分赖氨酸回收。
7.经上述步骤处理后，就进行下一步吸附。
8.此用户树脂吸附容量为160g/L-R。

离子交换树脂在电镀废水回收锰、铬中的应用
设计方案：
一、客户水质及要求
水量：100m3/h
基础含盐量高
锰离子：2g/L（换算离子摩尔浓度为2000÷55=36.36mmol/L）
重铬酸根：100mg/L（换算离子摩尔浓度为100÷216=0.46 mmol/L）
硫酸铵：2g/L
pH：3-4
回收锰离子阳柱
装填量：35m3
树脂型号：SL258
再生周期：5天
回收重铬酸根阴柱
装填量：10m3
树脂型号：SL451
再生周期：5天
二、离子交换柱的设计参数
1、SL258除锰阳离子交换器：
直径：Ф3000×2200(直径×树脂层高)
形式：压力式
设计压力：0.4Mpa
试验压力：0.6Mpa
正常流量：100.0m3/h
材质：碳钢衬胶
垫层：石英砂
树脂装填量：15.5m3
如再生周期为5天，流量为100.0m3/h，总制水量为5×24×100=12000m3。
一天离子交换柱周期制水量为（15.5×2000÷36.36=852.6m3）需要离子交换柱数量：12000÷852.6=14台，那么需要SL258树脂体积为217m3。
上述再生周期为5天，不合理，树脂用量太大。如果改为一天再生一次，1×24×100=2400m3，2400÷852.6=2.8台即3台，那么需要SL258树脂体积为46.5m3。
2、SL451除重铬酸根阴离子交换器：
直径：Ф2500×2200(直径×树脂层高)
形式：压力式
设计压力：0.4Mpa
试验压力：0.6Mpa
正常流量：100.0m3/h
材质：碳钢衬胶
垫层：石英砂
树脂装填量：10.8m3
如再生周期为5天，流量为100.0m3/h，总制水量为5×24×100=12000m3。
一天离子交换柱周期制水量为（10.8×800÷0.46=18782.6m3），所以需要离子交换柱数量：1台，那么需要SL451树脂体积为10.8m3。
注意：本项目中的SL451好选用本公司强度较好的SL408好，由于一般的SL451在硫酸根含量高的系统中，膨胀度较大，容易疲劳，影响树脂强度，易破碎，而且该系统的重铬酸根还有一定的氧化性。