离子交换水用户培训研讨.doc

化学水处理设备用户培训教材 离子交换水处理设备 本辑专供海容无顶压逆流强型复床离子交换器 系列用户作技术培训教材之用 合肥水泥研究设计院 2011年1月 安徽合肥 目录 离子交换树脂的基础知识 离子交换器内部结构 离子交换器的工况分析 离子交换设备的运行再生工作原理与步序 离子交换设备的运行监督控制指标 离子交换树脂的基础知识 离子交换树脂 离子交换 (Ion Exchange ) 是除去水中离子态物质的水处理方法之一 , 采用离子交换树脂法可制取软水、纯水和超纯水 ( 指电导率≤0. 1μ S/cm 的水 ) , 因而在水处理领域中被广泛应用 第一节离子交换剂及其分类 离子交换作用是用一种称为离子交换剂的物质来进行的 , 这种物质在溶液中能以所含 的可交换离子与溶液中的同种电荷的离子进行交换。离子交换剂的种类很多 , 有天然的和 合成的、有无机的和有机的、有阳离子型的和阴离子型的、有强型的和弱型的 , 如表1 所示。 名 称 无机 有机 天然 合成 碳质 合成 海 绿 砂 合 成 沸 石 磺 化 煤 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 强酸性 强碱性 弱碱性 弱酸性 活 性 基 团 钠 离 子 交 换 基 团 钠 离 子 交 换 基 团 阳 离 子 交 换 基 团 磺酸基 -SO3H 羟酸基 _COOH 季铵基 I型 →N(CH)3 Ⅱ型 (CH3 )2 =N C2H40H 伯胺基-NHz 。 离子交换树脂是一种化工合成的高分子的聚合物 , 它与其他天然的离子交换剂相比具有如下优点 : 1. 交换容量高。 2. 外形大多为球状颗粒 , 水流阻力小。 3．机械强度高 4. 化学稳定性好 早期使用的天然硅质离子交换剂如海绿砂、合成沸和磺化煤等在上世纪五六十年代曾广泛应用于软化水工艺 , 但使用过程中也暴露出交换容量低、机械强度差、化学稳定性较差等缺点 ,现水处理领域已完全被离子交换树脂所取代。 因此离子交换树脂已成为目前最普遍采用的离子交换材料 一、离子交换树脂的结构和类型 离子交换树脂与其他交换剂一样 , 其结构通常分为两个部分。一部分称为骨架 , 在交换 过程中骨架不参与交换反应。另一部分为连接在骨架上的活性基团 , 活性基团所带的可交 换离子能与水中的离子进行交换 离子交换树脂外形大多呈珠状颗粒 , 它既不榕于水 , 也不溶于酸碱和有机溶剂。从微观来看 , 离子交换树脂具有三维空间网状结构 , 在网状结构的空隙部位分布着能提供可交换离子的活性基团。 以最常见的苯乙烯系离子交换树脂为例 , 苯乙烯和二乙烯苯共聚制得高分子化合 物--交联聚苯乙烯 在聚合反应中 , 二乙烯苯起到将苯乙烯长链交联起来而形成网状的作用 , 二乙烯苯 在聚合中所用重量占参与聚合单体的总重量的百分率 , 称为离子交换树脂的交联度。 交联度越高 , 树脂的网状结构越紧密。此种聚苯乙烯没有活性基团 , 因而通常称为白球。 将白球用浓硫酸磺化 , 可得磺酸型阳离子交换树脂 (RH) : 上述胺化反应用叔胺处理 , 制得季胺型强碱性阴离子交换树脂 （R≡NCl) , 若用仲胺 （CR=NH) 或伯胺 （C RNH2 ) 处理 , 则生成弱碱性阴离子交换树脂 ,（分别为 R=N . HCl 或RNH .2Cl) 。 强碱性阴离子交换树脂分 I 型和 Ⅱ 型 , 它们在制造过程中胺化虽都用叔胺 , 但 I 型用的是三甲胺（CH3) ≡N,Ⅱ型则用二甲基乙醇胺 （CH3)2NC2H40H, 因此 I 型的碱性比 Ⅱ 型强 , 但 Ⅱ 型的交换容量比较高。 按照树脂骨架的结构特征 , 离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型 , 它们的区别在于结构中孔眼的大小 , 凝胶型树脂不具有物理孔眼 , 只是在浸人水中时才显示其分子链之间的网状孔眼，而大孔树脂无论在干态或湿态 , 用电子显微镜观察 , 都可看到孔眼 , 其孔隙直径为20-1000nm,而凝胶网孔直径仅为 2-4 nm 按聚合物单体分 , 水处理常用的树脂有苯乙烯系和丙烯酸系两类 二、离子交换树脂的命名和型号 国际上离子交换树脂的品种很多 , 型号也不统一 , 我国早期也存在这种情况 , 用户极不 方便。为此 , 国家标准总局颁发了《离子交换树脂分类、命名及型号》国家标准 CGB 1631-79) 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架名称、基本名称组成。离子交换树脂分凝胶型 和大孔型两种 , 凡具有物理孔结构的称大孔型树脂 , 在全名称前加 大孔 两字。分类属酸性的应在名称前加一 阳 字 ; 分类属碱 性的 , 在名称前加一 阴 字。 离子交