在工业应用中,离子交换树脂的优点主要是处理能力大,脱色范围广,脱色容量高,能除去各种不同的离子,可以反复再生使用,工作寿命长,运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术,如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等,各具特的功能,可以进行各种的工作,是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。
业内人士都知道,离子交换树脂是由、、苯乙烯、二乙烯苯等各种原料利用化学合成方法制成的高分子聚合物,是一种不溶解于水、酸、杖、的物质。当盐水通过装有阳离子交换树脂层的时候,带有正电荷的纳离子就被阳离子交换树脂释放出来的氢离子取代,这时溶液变成酸性很张的盐酸。当你再将这浓液通过阴离子交换树脂时,同样的原理,溶液中带有负电荷的氛离子就被离干交换树脂释放出来的氢氧离子所取代,这时盐水就变成了一杯不含杂质的淡水了。当然你也可以反过来,先用阴离子交换树脂,再用阳离子交换树脂,同样会得到一杯淡水,只是在中阴反应交换过程中先变成破性很强的氢氧化纳水溶液罢了。因此应用这种化学方法,可将自来水、海水或含有杂质的水来达到净化的目的,
随着现代科学的不断发展,生产和生活所需淡水日益增多,甚至超过人类所能支配的淡水量,使地球上淡水资源发生,离子交换树脂将海水变成淡水这一重大科学成果,缓解了饮用水缺乏。
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。
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。
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