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阳离子交换树脂是一种聚合物,带有相应的功能基团。一般情况下,常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。当水中的钙镁离子含量高时,阳离子交换树脂可以释放出钠离子,功能基团与钙镁离子结合,这样水中的钙镁离子含量降低,水的硬度下降。硬水就变为软水,这是软化水设备的工作过程。
当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后,树脂的软化能力下降,可以用氢化纳溶液流过树脂,此时溶液中的钠离子含量高,功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合,这样树脂就恢复了交换能力,这个过程叫作“再生”。阳离子交换树脂的再生方式离子交换剂失效后通过再生来恢复离子交换能力,常用再生方式有顺流再生与逆流再生。
阳离子交换树脂,软化树脂,树脂顺流再生时原水与再生液流过交换剂层的方向相同。因此在再生液流过交换剂层时接触到的是交换剂层上部完全失效的已包含上部交换剂层被置换出来的离子,影响交换剂层下部的再主度(再生度指离子交换剂层中已再生离子量与全部交换容量的比值),造成处理水质降低、再生剂耗量增加。顺流再生离子交换设备简单,工作可靠,但受原水水质组分影响大,再生效果换容量不能得到充分利用。而再生后,下部再生度低,为了提高出水质量和工作交换容量,增加再生剂的耗量。
再生用的药品质量对阳离子交换树脂的再生效果有很大的影响,阴阳离子交换树脂再生采用高纯碱有利于对阴树脂的再生。根据离子交换平衡原理,对工业碱与高纯碱质量的理论分析得出,采用高纯碱再生时,其阴床出水Cl一含量仅为工业碱再生时的1/46。实践证明,采用高纯碱再生时,树脂的再生度提高了约77%,树脂的工作交换容量提高了约13%,同时设备的周期制水量提高了约16 %。表3-24为弱碱阴树脂工作交换容量与进水质、碱液质量的关系。
离子交换是可逆的,离子交换剂失效后理论上再生1 mol离子量需要再生剂的摩尔量称为再生比耗(或称再生水平),以纯度再生剂表示。也可用实际再生剂的消耗量与理论需要量的比值来表示,如强碱阴树脂需要纯度NaOH的再生比耗为1.5,即实际再生lmol离子量需要的NaOH量1.5×40是60g(1molNaOH是40g),也可以说强碱阴树脂需要纯度NaOH的再生比耗(再生水平)为60g/mol。再生比耗与进水水质、树脂质量、再生方式等因数有关。阳离子交换树脂再生,其再生剂量应是设计再生剂量的1.5~2倍,逆流再生设备在大反洗后的再生剂量要增加10%-50%。
一般均在常温下再生。阴树脂再生时,所用再生液的温度和再生时间,对再生程度的影响要比阳树脂大。当原水中Si02 <A<10%,加热碱液不经济Si02 <A比值升高时,加热碱液除硅效果明显提高。阴阳离子交换树脂提高再生液的温度可以改善对硅酸的再生效果和缩短再生时间,但温度太高易使树脂的交换基团分解,影响其交换容量的使用寿命。实践证明,再生和清洗的佳温度对于工型强碱性阴树脂为35~50℃ II型为(35士3)℃在动态阴离子交换过程中,HSiO-3在树脂层中的分布情况与其他阴离子有些不同。HSiO-3虽然主要是被下层的阴树脂吸附着,但就是在上层的树脂中也有少量吸附。同理,再生时,树脂层中硅酸氢根被置换出来的速度也就比较缓慢。碱液不加热要增加再生剂的耗量。
离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类,它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类,阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 (或再分出中强酸和中强碱性类)。
离子交换树脂(ionresin)的基体(matrix),制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类,它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应,形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。苯乙烯系树脂是先使用的,丙烯酸系树脂则用得较后。
树脂的交联度,即树脂基体聚合时所用二乙烯苯的百分数,对树脂的性质有很大影响。通常,交联度高的树脂聚合得比较紧密,坚牢而,密度较高,内部空隙较少,对离子的选择性较强;而交联度低的树脂孔隙较大,脱色能力较强,反应速度较快,但在工作时的膨胀性较大,机械强度稍低,比较脆而易碎。工业应用的离子树脂的交联度一般不低于4%;用于脱色的树脂的交联度一般不8%;单纯用于吸附无机离子的树脂,其交联度可较高。