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陰離子交換樹脂

陰離子交換樹脂  陰離子交換樹脂

  陰離子交換樹脂是在分子中含有堿性基團的離子交換樹脂。在水或溶劑中能溶脹,在水中具有堿性,能以其氫氧根離子或非金屬離子交換溶液中的陰離子。含有氫氧根離子的樹脂,根據電離常數的大小,可分為強堿性、中等堿性和弱堿性三類。強堿性陰離子交換樹脂,主要是分子中含有季銨基-N(CH3)3OH的樹脂。弱堿性陰離子交換樹脂,有間苯二胺-甲醛樹脂、三聚氰胺-胍·甲醛樹脂等。

  一、基本概念

  離子交換法(ion exchange process)是液相中的離子和固相中離子間所進行的的一種可逆性化學反應,當液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時,便會被離子交換固體吸附,為維持水溶液的電中性,所以離子交換固體必須釋出等價離子回溶液中。

  中等或稱強弱性混合體陰離子交換樹脂由四乙烯五胺與環氧氯丙烷所生成的樹脂。陰離子交換樹脂可用于水的處理(如硬水軟化、海水淡化等),廢水中有害陰離子(如氰離子、硫氰酸離子等)的除去,氨基酸、維生素丙、酒石酸的分離及稀有元素的提取等。

  二、分類介紹

  陰離子交換樹脂交換能力依其交換能力特征可分:

  1. 強堿型陰離子交換樹脂:主要是含有較強的反應基如具有四面體銨鹽官能基之-N+(CH3)3,在氫氧形式下,-N+(CH3)3OH-中的氫氧離子可以迅速釋出,以進行交換,強堿型陰離子交換樹脂可以和所有的陰離子進行交換去除。

  如磺酸基-SO3H,容易在溶液中離解出H+,故呈強酸性。樹脂離解后,本體所含的負電基團,如SO3-,能吸附結合溶液中的其他陽離子。這兩個反應使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強,在酸性或堿性溶液中均能離解和產生離子交換作用。

  樹脂在使用一段時間后,要進行再生處理,即用化學藥品使離子交換反應以相反方向進行,使樹脂的官能基團回復原來狀態,以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理,一般上使用鹽酸以1:10的比例稀釋后清洗,此時樹脂放出被吸附的陽離子,再與H+結合而恢復原來的組成。

  2. 弱堿型陰離子交換樹脂: 這類樹脂含弱酸性基團,如羧基-COOH,能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解后余下的負電基團,如R-COO-(R為碳氫基團),能與溶液中的其他陽離子吸附結合,從而產生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱,在低pH下難以離解和進行離子交換,只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH5~14)起作用。這類樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)

  如氨基,僅能去除強酸中的陰離子如SO42-,Cl-或NO3-,對于HCO3-,CO32-或SiO42-則無法去除。

  3 . 對陰離子的吸附

  強堿性陰離子樹脂對無機酸根的吸附的一般順序為:

  SO42-> NO3- > Cl- > HCO3- > OH-

  弱堿性陰離子樹脂對陰離子的吸附的一般順序如下:

  OH-> 檸檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- >草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- >醋酸根- > HCO3-

  三、用途

  陰離子交換樹脂[1]主要用于純水、高純水的制備,廢水處理,生化制品的提取,放射性元素提煉,抗菌素分離等及濕法冶金中鎢、鉬的提取。 例如:工業水處理,熱電廠硬水軟化,高純水制備,脫鹽脫堿水制備,凝結水處理,工業廢水處理等領域。

  四、注意事項

  1、保持水分

  離子交換樹脂含有一定水份,不宜露天存放,儲運過程中應保持濕潤,以免風干脫水,使樹脂破碎,如貯存過程中樹脂脫水了,應先用濃食鹽水(25%)浸泡,再逐漸稀釋,不得直接放入水中,以免樹脂急劇膨脹而破碎。

  2、保持一定溫度

  冬季儲運使用中,應保持在5-40℃的溫度環境中,避免過冷或過熱,影響質量,若冬季沒有保溫設備時,可將樹脂貯存在食鹽水中,食鹽水濃度可根據氣溫而定。

  3、雜質去除

  離子交換樹脂的工業產品中,常含有少量低聚合物和未參加反應的單體,還含有鐵、鉛、銅等無機雜質,當樹脂與水、酸、堿或其它溶液接觸時,上述物質就會轉入溶液中,影響出水質量,因此,新樹脂在使用前必須進行預處理,一般先用水使樹脂充分膨脹,然后,對其中的無機雜質(主要是鐵的化合物)可用4-5%的稀鹽酸除去,有機雜質可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去,洗到近中性即可。如在醫藥制備中使用,須用乙醇浸泡處理。

  4、定期活化處理

  樹脂在使用中,防止與金屬(如鐵、銅等)油污、有機分子微生物、強氧化劑等接觸,免使離子交換能力降低,甚至失去功能,因此,須根據情況對樹脂進行不定期的活化處理,活化方法可根據污染情況和條件而定,一般陽樹脂在軟化中易受Fe的污染可用鹽酸浸泡,然后逐步稀釋,陰樹脂易受有機物污染,可用10%NaC1+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗,必要時可用1%雙氧水溶液泡數分鐘,其它,也可采用酸堿交替處理法,漂白處理法,酒精處理及各種滅菌法等等。

  5、新樹脂預處理

  新樹脂的預處理:離子交換樹脂的工業產品中,常含有少量低聚物和未參加反應的單體,還含有鐵、鉛、銅等無機雜質。當樹脂與水、酸、堿或其它溶液接觸時,上述物質就會轉入溶液中,影響出水質量。因此,新樹脂在使用前必須進行預處理。一般先用水使樹脂膨脹,然后,對其中的無機雜質(主要是鐵的化合物)可用4-5%的稀鹽酸除去,有機雜質可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去洗到近中性即可。

  6、數值型號規定

  110* 弱酸性丙烯酸系

  陽離子交換樹脂 -COOH (a)≥12(H型)

  (b)≥4(H型) (美)Amberlite IRC-84 水處理,電鍍含鎳廢水處理以及制藥工業等。

  D151* 大孔弱酸丙烯酸

  系陽離子交換樹脂 -COOH (a)≥9.5(H型)

  (b)≥3(H型) (美)Amberlite IRC-72 水處理,制藥工業,食品制糖工業等。

  D152* 大孔弱酸丙烯酸

  系陽離子交換樹脂 -COOH (a)≥9.5(H型)

  (b)≥3(H型) (法)Duolite C-464 水處理,三廢酸堿中和,制藥、食品制糖等。

  D113* 大孔弱酸丙烯酸

  系陽離子交換樹脂 -COOH (a)≥10.8(H型)

  (b)≥4.2(H型) (德)Lewatit CNP 80 水處理及廢水處理,回收貴金屬,抗菌素提純分離。

  DLT** 大孔苯乙烯系膦酸樹脂 -CH2PO(OH)2 (a)≥7.0

  (b)≥2.4 - 在濃中除鐵離子,對三價鐵離子選擇性好。

  +全交換量:(a) 毫摩爾/克(干) (b) 毫摩爾/毫升(濕)

  *樹脂結構:Acrylic-DVB

  **樹脂結構:DLT: Sryrene-DVB

  五、附錄

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