离子交换树脂的变质和污染

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离子交换树脂的变质和污染

* 来源 : 漂伊纯树脂(上海) * 作者 : admin * 发表时间 : 2019-10-29 * 浏览 : 5

  在离子交换水处理系统的运行过程中,各种离子交换树脂常常会渐渐改变其性能。原因有二:一是树脂的本质改变了,即其化学结构受到破坏;二是外来杂质的污染。由前一种情况造成的树脂性能的改变,是无法恢复的;由后一种情况所造成的树脂性能的改变,则可以采取适当的措施消除这些污物,从而使树脂性能复原或改进。

  1.变质

  (1)阳树脂

  阳树脂在应用中变质的主要原因是由于水中的氧化剂,如游离氯、硝酸根等;当温度高时,树脂受氧化剂的侵蚀更为严重,若水中有重金属离子,则能起催化作用。

  关于阳树脂氧化过程,现尚不完全清楚。一般认为树脂氧化结果,使苯环间碳链断开,并形成羧酸和酮。

  阳树脂氧化后发生的现象为:颜色变浅,树脂体积变大,因此易碎和体积交换容量降低,但质量交换容量变化不大。

  实践证明:强酸H树脂受侵害程度最为强烈,如当进水中含有0.5mg/LCl2时,只要运行4—6个月,树脂就有显著变化。

  磺酸基阳树脂的碳链氧化产物,由树脂上脱落下来变为可溶性物质,还含有弱酸基。当它进入阴离子交换器,会首先被阴树脂吸附,使水质降低。

  除去水中游离氯常用两种方法:一是用活性碳过滤器,另一种是加亚硫酸钠。

  (2)阴树脂

  总的来说,阴树脂的化学稳定性比阳树脂差,所以它对氧化剂和高温的抵抗力也较差。但由于在除盐系统中,阴离子设在阳离子交换器之后,故受害较轻;一般只是溶于水中的氧对阴树脂起破坏作用。

  阴树脂最易遭受侵害的部位是其分子中的的氮。如强碱性阴树脂受侵害时,季氮逐渐变为叔、仲、伯氮,使碱性减弱,最后降为非碱性物质。所以,强碱阴树脂在氧化变质过程中,表现出来的是交换基团的总量和强碱性交换基团的数量逐渐减少,且后者大于前者。这是因为阴树脂被氧化初期,季胺基团在大多数情况下,变成能进行阴离子交换的弱碱性基团。

  II型强碱性树脂比I型易受氧化。

  运行时提高水温会使树脂氧化速度加快。

  2.污染原因及处理方法

  (1)阳树脂

  阳树脂会受到进水中的悬浮物、铁、铝、油脂类CaSO4等物质污染。在除盐系统中用的阳树脂受铁、铝污染的可能性很小,因为以酸作再生剂能很好地溶解和清除铁、铝的沉积物。采用硫酸作再生剂时,可能会有硫酸钙沉积在树脂表面。

  若阳树脂受污染,可用下述方法处理。

  1)空气擦洗。从显微镜下能看出树脂表面有沉积物时,可采用空气擦洗法除去。所用压缩空气应净化。

  2)酸洗法。对那些不能用擦洗法除去的物质,如铁、铝、钙和镁的盐类,可用盐酸进行酸洗。

  首先进行实验室试验以确定处理树脂所需酸浓度、酸量和时间。

  工业设备进行酸洗。在除盐系统中可利用原有的再生系统,配制成所需浓度酸液。对树脂进行酸浸泡或低流速循环,或浸泡和循环交替进行。

  阳树脂酸洗处理可以辅以压缩空气擦洗。受CaSO4沉淀污染的阳树脂可用EDTA的稀溶液清洗。

  3)非离子表面活性剂清洗法。对由于水中有润滑油、脂类及蛋白质等有机物质,严重影响树脂的工艺特性,出现树脂结块,树脂密度减小的不正常现象。其受污染树脂特征主要是树脂颜色变黑,极象是受Fe污染。但若将少量放入水中摇动,有“彩虹”现象。受此类污染,可先将树脂转为钠型,然后将非离了表面活性剂加入反洗水中,通入交换器进行反洗即可除去。

  (2)阴树脂

  强碱性阴树脂在使用中,常易受到有机物、胶体硅、铁的化合物等杂质的污染,使交换容量降低。

  1)有机物污染

  对强碱性阴树脂,最大的污染源为有机物,有机物以植物和动物分解生成的腐植酸和富维酸为主,但种类很多。

  受有机物污染的特征是交换容量下降,再生后正洗所需时间较长,树脂颜色常变深,除盐系统出质量变坏pH降低。

  凝胶型强碱性阴树脂之所以易受腐植酸或富维酸污染,是由于其高分子骨架属于苯乙烯系,是憎水性的,而腐植酸和富维酸也是憎水性的,二者难以解吸。此外,有机物分子上的弱酸基团——COOH又起阳离子交换树脂的作用。

  R¢COOH + NaOH ® R¢COONa +H2O (再生时)

  R¢COONa + H2O ® R¢COOH +NaOH (制水时)

  为预防强碱性树脂受有机物污染,应合理采用过滤,活性碳吸附处理。

  阴树脂受有机物污染程度,可用下述简易方法判断。将50mm树脂装入锥形瓶中,用纯水摇动洗涤3—4次,以除去表面污染,然后加入10%食盐水,剧烈摇动5~10min后观察盐水的颜色,按溶液色泽判断污染程度。

  树脂污染程度判断

  色 泽污 染 程 度色 泽污染程度

  清 亮

  淡草黄色

  琥 珀 色不 污 染

  轻度污染

  中度污染棕 色

  深棕或黑色重度污染

  严重污染

  一般在树脂受到中度污染时即进行复苏处理。

  复苏方法很多,最常用的是碱性食盐水处理法,具体方法:用两倍以上树脂体积的含10%NaCl和1%NaOH混合液浸泡16~18小时,然后用水冲洗至pH为7~8。如将处理液加热至40~50℃,效果会提高,但II型树脂只能用40℃。

  工业用NaCl和NaOH混合后,会产生沉淀,最好将沉淀物除去。

  有的用含次氯酸钠的氢氧化钠溶液处理严重污染的树脂,效果更好,但这种方法对树脂有氧化作用,不易常用。

  2)胶体硅污染

  胶体通常不会污染强碱性阴树脂,但当再生条件不当,如再生剂用量少,再生液温度及再生流速过低时,就存在强碱性阴树脂被胶体硅酸污染的可能性。现在对于胶体硅酸污染的过程尚无统一看法。当碱性阴树脂处于失效状态,长期停用后,再生时需用多量的碱,就是为除去胶体硅酸。

  3)铁污染

  运行中的树脂也经常被重金属离子及其氧化物污染,其中最常遇到的是铁的化合物。阴树脂再生时碱液中含有铁的化合物较多而引起。铁与大分子有机物生成络合物进入树脂网络,也会导致阴树脂受到污染。

  阴树脂受铁污染后颜色变黑,性能降低,再生效率降低,再生剂用量与清洗水耗增加,受铁污染后的阴树脂一般也采用与阳树脂相同的酸洗法进行处理。

  如果阴树脂既被有机物污染,又被铁离子及其氧化物污染,则应先除去铁离子及其氧化物,而后除有机物。

  利用超声波清洗受污染的阴、阳离子交换树脂是近年来应用的一项新技术。