通用型离子交换树脂

1.通用型离子交换树脂的分类

″ 按吸附离子分类：

阳离子交换树脂/阴离子交换树脂

″ 按照水溶液酸碱性分类：

强/弱酸性离子交换树脂/强/弱碱性离子交换树脂

″ 按树脂骨架分类：

苯乙烯系/丙烯酸系/环氧系/酚醛系，等

″ 按制作方法分类：

大孔型/凝胶型

2.离子交换树脂的工作原理

离子交换反应：离子交换反应是指离子交换剂功能基中的阳离子或阴离子与溶液中同性离子进行可逆交换的过程

3.如何选用树脂

″ 针对水中需要吸附的离子不同，可以选择使用不同的阴阳离子交换树脂

″ 相较强酸型树脂，弱型树脂具有更大的工作交换容量，更简便快捷的再生选择性；但是使用PH上有一定限制，例如：弱酸型树脂在酸性条件下无法工作，同样，弱碱型树脂在碱性条件下无法工作，需要在特定条件下使用，也可以使用串联工艺。

″ 丙烯酸系树脂具有优异的抗污染性能，可以再料液氧化物含量较高的条件下工作。

″ 大孔型树脂相较于凝胶型，具有更优异的机械强度，因为具有永久性的大孔，也可以对水中的部分离子进行吸附。

4.树脂的使用及工作原理：

″ 强酸性阳离子交换树脂

这类树脂含有强酸性基团,如磺酸基－SO3H,能在溶液中离解出H+ 而呈强酸性,反应式为：

R-SO3H→R-SO3－ +H+

树脂中的 SO3－ 基团能吸附结合溶液中的其他阳离子，如:

R-SO3－ +Na+ →R-SO3Na

这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。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。

树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品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。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与 H+ 结合而恢复原来的组成。

″ 弱酸性阳离子交换树脂

这类树脂含弱酸性基团,如羧基－COOH,能在水中离解出H+而呈弱酸性,反应式为: 

R-COOH→R-COO－+H+

同样，R-COO－ 能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换用。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)。

″ 强碱性阴离子交换树脂

这类树脂含有强碱性基团，如季胺基( 亦称四级胺基 ) －NR3OH( R为碳氢基团 )，能在水中离解出OH－而呈强碱性，反应式为:

R-NR3OH→R-NR3+ + OH－

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。如以Cl－代表阴离子，此反应为：

R-NR3OH+Cl－ →R-NR3Cl+OH－

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。

″ 弱碱性阴离子交换树脂

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( 三级胺基 ) -NR2 ，它们在水中能离解出 OH－而呈弱碱性，反应简式为:

R-NH2 +H2O→R-NH3 + +OH－

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。在多数情况下，这种树脂将整个酸分子吸附，以 HA 代表酸分子，反应式为：

R-NH2 + HA→R-NH3A

这种树脂只能在中性或酸性条件 ( 如 pH 1～9) 下工作。它可用 NaCO3 、NH4OH 进行再生。

5.离子交换树脂的转型

在实际使用上，常将这些树脂转变为其他离子型式运行，以适应各种需要。

例如，常将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出Na+与溶液中的Ca2+、Mg2+ 等阳离子交换吸附，除去这些离子。反应时没有放出H+，可避免溶液pH下降和由此产生的副作用(如蔗糖转化和设备腐蚀等)。这种树脂以钠型运行使用后，可用盐水再生(不用强酸)。

又如，阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作时放出Cl－而吸附交换其他阴离子，它的再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转变为碳酸氢型(HCO3－ )运行。强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后，就不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然有这些树脂的其他典型性能，如离解性强和工作的 pH 范围宽广等。

5.树脂污染的种类与解决办法

从树脂的结构和工作过程来看，树脂被污染的原因，主要有以下四个方面：

″ 某种物质包裹了树脂的表面，导致水中离子无法通过表面进入树脂

″ 某种物质部分/全部堵塞了树脂的交换孔道，导致水中离子在交换过程中无法移动

″ 某种物质和交换基团上的可移动离子发生了交换，导致水中离子无法再与之交换

″ 某种物质导致了树脂的骨架变化

综上所述，树脂的污染一般分为以下几类：

″ 油脂污染：油脂污染主要是因为脂类物质存于原水中，在树脂的表面形成了一层油膜，堵塞了交换孔道，导致树脂颜色发黑，交换容量下降，并使树枝粘结在一起，可用NaOH溶液或者Na2CO3混合液进行处理恢复。

″ 悬浮物污染：原水中有大量的悬浮物，可造成悬浮物污染，会堵塞树脂的交换孔道，导致交换容量下降，可以利用空气进行擦洗处理。

″ 铝钙污染：如果用硫酸再生阳离子交换树脂，有可能产生硫酸钙沉淀，导致树脂的交换孔道被堵塞，再生时很难被去除，导致交换容量降低，可以使用盐酸和特定络合剂对树脂进行冲洗处理。

″ 铁离子污染：原水中含铁或者管道被腐蚀后，会因为PH下降而产生Fe（OH3），堵塞了树脂孔道；若水中含有大分子有机物时，会形成螯合物，会与阴离子交换树脂进行反应，从而污染树脂。铁污染会导致树脂表面颜色明显变深，甚至变为黑色。可以使用亚硫酸钠与盐酸和EDTA的混合物进行清洗，处理外部包裹的铁污染物；针对树脂内部的铁污染，可利用盐酸与EDTA进行浸泡，处理。

″ 有机物污染：有机物污染是由于生物质提腐烂后产生的各种带负电的基团与碱性阴树脂进行反应，这种污染很难洗出，针对不同污染有不同处理方法。

″ 微生物污染：当树脂长期停止使用，微生物会大量繁殖，导致树脂污染，可使用甲醛进行处理。

″ 硅污染：水中的胶体硅禁入树脂孔道，或者溶解的硅酸根离子由于再生不足留在树脂柱底部，再生时用强碱，充足处理，完全再生即可。

″ 活性余氯污染：水中余氯会氧化离子交换树脂，破坏树脂的基本骨架，可在树脂柱前加装活性炭过滤器进行预防。