去離子水樹脂

離子交換樹脂是具有網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的高分子多元酸或多元堿的聚合物。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架一般十分穩(wěn)定，與酸、堿及某些有機溶劑和一般弱氧化劑都不起作用，對熱也比較穩(wěn)定。在其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架上有許多可電離、可被交換的基團，如磺酸基(-SOH)、羧基(-COOH)及季胺基 (-NROH)等，正由于這些基團的存在，才使樹脂具有離子交換能力。

離子交換樹脂的種類很多，常用的是聚苯乙烯型離子交換樹脂。它是以苯乙烯和二乙烯苯聚合而成球形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中二乙烯苯是交聯(lián)劑。經(jīng)濃硫酸磺化后，即制得聚苯乙烯型磺酸基陽離子交換樹脂。

如果用其它基團代替磺酸基，就可以得到一系列陽離子交換樹脂。例如-COOH、-OH等。這些基團上的氫離子可被樣品溶液中的陽離子交換。

陰離子交換樹脂具有與陽離子交換樹脂同樣的有機骨架，只是在骨架上引入了可離解的堿性基團，如-NH、-NH、-NHR等。這類樹脂若用NaOH溶液處理，則發(fā)生交換反應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)?OH型陰離子交換樹脂。其反應(yīng)如下:

R-N(CH)Cl + OH ====== R-N(CH)OH + C1

這些基團上的氫氧根離子可被樣品溶液中的陰離子交換。

陽樹脂分弱樹脂和強樹脂兩大類。分子式H-R(當(dāng)然也可以是Na-R型), H就是氫離子。樹脂高度約0.8米到1.6米。當(dāng)水從上向下，通過樹脂層時，水中的陽離子與樹脂的H離子發(fā)生交換，樹脂最上層是鐵鈣鎂離子，接著是鉀鈉氨離子。

出水水質(zhì)是酸性的，PH值一般小于3。當(dāng)運行約一天左右時，出水開始出現(xiàn)鈉離子，表示反應(yīng)到了終點，需要用酸(HCl)反洗，將鈉鈣離子再置換出來。

1.樹脂顆粒尺寸

離子交換樹脂通常制成珠狀顆粒，樹脂顆粒較細者，反應(yīng)速度較大，但細顆粒對液體通過的阻力較大，需要較高的工作壓力。將樹脂在充分吸水膨脹后進行篩分，累計其在20、30、40、50…目篩網(wǎng)上的留存量，以9000粒子可以通過其相對應(yīng)的篩孔直徑，稱為樹脂的"有效粒徑"。大粒徑樹脂為0.6~1. 2mm(20^40目)之間，粉末樹脂的粒徑樹脂0. 01~0. 1mm。

2.樹脂的密度

樹脂密度分為干密度和濕密度。干密度是在溫度115℃真空干燥后的密度。

干真密度=干樹脂重/干樹脂顆粒的體積g/cm

濕密度又分濕真密度和濕視密度。

(1)濕真密度一。是樹脂在水中充分膨脹后的質(zhì)量與自身所占體積(不含樹脂顆粒的空隙)的比值(g/ cm,不同類型樹脂，濕真密度不同。

濕真密度=濕樹脂重/濕樹脂顆粒的體積g/cm

即使同一類型的陽樹脂或陰樹脂，由于所含交換離子種類不同，濕真密度大小也不相同，此值一般在1.04~1.3之間，陽樹脂常比陰樹脂濕真密度大。

濕真密度在雙層床工藝過程中與樹脂的分層效果有關(guān)。

(2)濕視密度。濕視密度又稱堆積密度，是指樹脂在水中充分溶脹后，單位體積樹脂所具有的質(zhì)量。

濕視密度=濕樹脂質(zhì)量/濕樹脂的堆積體積g/cm。

樹脂的密度與它的交聯(lián)度和交換基團的性質(zhì)有關(guān)。交聯(lián)度高的樹脂密度較高，強酸性或強堿性樹脂的密度高于弱酸或弱堿性，大孔型樹脂的密度則較低。例如，苯乙烯系凝膠型強酸陽離子樹脂的真密度為1. 26g/mL,視密度為0. 85g/mL;丙烯酸系凝膠型弱酸陽離子樹脂的真密度為1. 19g/mL，視密度為0. 75g/mL。.

此值一般在0.60~0.85之間，實際采用濕視密度(堆積密度)來計算離子交換器內(nèi)填充樹脂的質(zhì)量。

離子交換樹脂應(yīng)為不溶性物質(zhì)，但樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質(zhì)及樹脂使用過程中受高溫影響或被氧化會化學(xué)降解而生成的物質(zhì)，會在運行時溶解出來，稱為膠溶。交聯(lián)度較低和含活性基團多的樹脂，溶解傾向較大。離子交換器剛投入運行時發(fā)生出水帶色現(xiàn)象就是樹脂膠溶現(xiàn)象。

離子交換樹脂含有大量親水基團，與水接觸即吸水膨脹。溶液中電解質(zhì)濃度越大，樹脂內(nèi)外溶液的滲透壓差反而減小，樹脂的溶脹就小，所以對于"失水"的樹脂，應(yīng)將其先浸泡在飽和食鹽水中，使樹脂緩慢膨脹，不致破碎。當(dāng)樹脂中的離子變換時，如陽離子樹脂由H+轉(zhuǎn)為Na十，陰樹脂由C1-OH-轉(zhuǎn)為OH-,都因離子直徑增大而發(fā)生膨脹，增大樹脂的體積。通常，交聯(lián)度低的樹脂的膨脹度較大。在設(shè)計離子交換器本體高度與再生裝置及配水裝置時，必須考慮樹脂的轉(zhuǎn)型膨脹率體積改變率,以適應(yīng)生產(chǎn)運行時樹脂層中的離子轉(zhuǎn)型發(fā)生的樹脂體積變化。樹脂轉(zhuǎn)型體積改變率越小越好，在浮動床中這樣容易控制樹脂層裝填高樹脂層度及填床率，使落床、成床時樹脂層基本不亂。此外，對固定床的中排再生裝置設(shè)計有利。

樹脂顆粒使用時有轉(zhuǎn)移、摩擦、膨脹和收縮等變化，長期使用后會有少量損耗和破碎，當(dāng)樹脂破碎嚴(yán)重時，將會造成水流阻力的急劇增加，從而使設(shè)備出力達不到要求，影響正常運行，故樹脂要有較高的機械強度和耐磨性。交聯(lián)度低的樹脂較易碎裂，但樹脂的耐用性更主要地決定于交聯(lián)結(jié)構(gòu)的均勻程度及其強度。如大孔樹脂，具有較高的交聯(lián)度者，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能耐反復(fù)再生，一般交換器內(nèi)樹脂使用后其機械強度應(yīng)保證每年的耗損率不超過3%~7%。樹脂的損耗超過正常值時，除了檢查樹脂的流失情況，還應(yīng)考慮樹脂是否存在破損問題。

樹脂的交聯(lián)度

樹脂的骨架是靠交聯(lián)劑連接在一起的。交聯(lián)度是指交聯(lián)劑所占有的份數(shù)，一般用交聯(lián)劑占單體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示。例如，聚苯乙烯樹脂用二乙烯苯做交聯(lián)劑，其用量占單體總料量的8%時，這種樹脂的交聯(lián)度為8%。低交聯(lián)度為2%~4%，中交聯(lián)度為7%~8%，高交聯(lián)度為12%~20%;交聯(lián)度直接影響樹脂的性能。交聯(lián)度越高，樹脂的機械強度就越大，對離子的選擇性越強，但離子的交換速度就越慢。這是因為交聯(lián)度高，表明樹脂的結(jié)構(gòu)緊密，孔隙率低，同時樹脂在水中溶脹率也低，因而水中的離子在樹脂內(nèi)擴散速度小，影響了離子間的交換能力。

樹脂的穩(wěn)定性

樹脂的熱穩(wěn)定性。樹脂的熱穩(wěn)定性與構(gòu)成樹脂結(jié)構(gòu)中的各部分成分密切相關(guān)。鈉型樹脂比氫型、氫氧型都穩(wěn)定。如鈉型聚苯乙烯樹旨，能在120℃下使用，而其氫型只能在，100℃以下使用。強堿性聚苯乙烯樹脂可在60℃下使用。帶有經(jīng)基的酚醛陰樹脂只允許在30℃下長期使用。提高水溫能同時加快內(nèi)擴散和膜擴散，離子交換設(shè)備運行時，一般水溫保持在20~40℃。

(2)化學(xué)穩(wěn)定性。

1)耐酸堿性能。一般無機離子交換劑是不耐酸堿的，只能在pH≤8.5條件下使用。有機合成強酸、強堿性樹脂可在pH=1~14中使用。弱酸陽樹脂可在pH >4時使用，弱堿陰樹脂應(yīng)在pH<9時使用。一般樹脂的抗酸性優(yōu)于抗堿性。

2)抗氧化性能。各種氧化劑如氯、次氯酸、雙氧水、氧、臭氧等會對樹脂有不同程度的破壞作用，在使用前需要除去。不同類型的樹脂，受到損壞的程度不同。就其抗氧化的能力來講，交聯(lián)度高的樹脂優(yōu)于交聯(lián)度低的樹脂;聚苯乙烯類樹脂優(yōu)于麗醛陰樹脂只允許在30℃下長期使用。提高水溫能同時加快內(nèi)擴散和膜擴散，離子交換設(shè)備運行時，一般水溫保持在20-40℃。