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离子交换树脂的应用,是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题,是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。
离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯),通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架,再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。
离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状,也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3~1.2mm 范围内,大部分在0.4~0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性),化学性质也很稳定,在正常情况下有较长的使用寿命。
大孔离子交换树脂使用一段时间后,吸附的杂质快接近到饱和状态,就要进行再生处理等处理方式,用化学药剂将树脂所吸附的离子,并其他杂质洗脱除去,使之恢复原来的组成和性能。
大孔离子交换树脂的再生应当根据各种树脂的种类和特性,以及运行的经济性,选择适当合适的再生药剂和工作条件。大孔型离子交换树脂和交联度低的树脂较易再生,而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。
大孔离子交换树脂的再生特性一般又与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生相比之下会比较困难,需用再生剂量会比理论所需的剂量高相当多;而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生,所用再生剂量只需稍多于理论值。
为降低再生费用,要适当控制再生剂的使用用量,使大孔离子交换树脂性能恢复到经济合理的再生水平,通常控制性能恢复程度为 70~80% 。如果要达到更高的再生水平,再生剂就量要大量增加,再生剂的利用率则下降。
离子交换树脂的种类:
按骨架结构不同,离子交换树脂可分为凝胶性和大孔型树脂两大类;按所带的交换功能基的特性,离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,阳离子树脂又分为强酸性树脂和弱酸性树脂两类,阴离子树脂又分为强碱性树脂和弱碱性树脂两类,生产厂家津南大化工厂即是按此分类——
强酸性阳离子树脂
此类树脂含有大量的强酸性基团,如磺酸基-SO3H,容易在溶液中离解出H+,故呈强酸性,树脂离解后,本体所含的负电基团,如SO3-,能吸附结合溶液中的其他阳离子,这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换;此类树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药剂使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用。
强酸性树脂的离解能力很强,在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。
弱酸性阳离子树脂
此类树脂含弱酸性基团,如羧基-COOH,能在水中离解出H+而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团,如R-COO-(R为碳氢基团),能与溶液中的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用,这种树脂的酸性即离解性较弱,在低pH下难以离解和进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5~14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
强碱性阴离子树脂
此类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称胺基)-NR3OH(R为碳氢基团),能在水中离解出OH-而呈强碱性,这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。这种树脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。
弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(胺基)-NR2,它们在水中能离解出OH-而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用,这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附,只能在中性或酸性条件(如pH1~9)下工作,可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
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