[精选]水处理工艺——离子交换处理31084.pptx
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1、1.离子交换树脂的结构及合成离子交换树脂的结构及合成 离离子子交交换换树树脂脂是是由由高高聚聚物物骨骨架架和和连连结结在在骨骨架架上上的的可可交交换换基基团团(简简称称功功能能团团)组组成成的的。骨骨架架具具有有庞庞大大的的空空间间网网络络结结构构,它它是是有有许许多多低低分分子子化化合合物物(称称为为单单体体)聚聚合合而而形形成成的的不不溶溶于于水水的的高高分分了了化化合合物物,高高分分子子链链上上有有各各种种可可交交换换功功能能基基团团。根根据据单单体体的的的的种种类类树树脂脂可可分分为为苯苯乙乙烯烯系系、丙丙烯烯酸酸系系和和酚酚醛醛系系等等。下面以苯乙烯系树酯为例讨论。下面以苯乙烯系树酯
2、为例讨论。苯乙烯系树脂的制备:苯乙烯系树脂的制备:树树脂脂制制备备过过程程可可分分为为高高分分子子聚聚合合物物骨骨架架的的制制备备和和在在高高分分子子聚聚合合物物骨骨架架上上引引入入可可交交换换的的基基团团的的两两个个反反应应阶阶段段。苯苯乙乙烯烯系系树树脂脂是是以以苯苯乙乙烯烯和和二二乙乙烯烯苯苯为为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架,也称白球。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架,也称白球。二二乙乙烯烯苯苯在在高高聚聚物物中中起起的的是是空空间间架架桥桥作作用用,使使聚聚合合物物形形成成网网状状交交联联,聚聚合合物物中中
3、二二乙乙烯烯苯苯的的含含量量愈愈多多,白白球球的的网网状状结结构构就就愈愈坚坚固固。我我们们通通常常把把聚聚合合物物中中二二乙乙烯烯苯苯的的质质量量百百分分数数叫叫做做交交联联度度。如如交交联联度度为为7 7,就就是是指指白白球球中中二二乙乙烯烯苯苯的的质质量量占占7%7%。白白球球制制备备出出来来以以后后,再再将将白白球球通通过过磺磺化化反反应应、氯氯甲甲基基反反应应和和胺胺化化反应,即可分别得到阴、阳离子交换树脂反应,即可分别得到阴、阳离子交换树脂。下面就分别介绍。下面就分别介绍。二乙烯苯二乙烯苯苯乙烯苯乙烯CH=CHCH=CH2 2n nCHCHCHCH2 2CHCHCHCH2 2 CH
4、 CH聚苯乙烯聚苯乙烯CHCHCHCH2 2 CH CH+过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰CH=CHCH=CH2 2CH=CHCH=CH2 2mm苯乙烯树脂的制备苯乙烯树脂的制备苯苯乙乙烯烯阳阳树树脂脂的的制制备备磺化反应:磺化反应:CHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2SOSO3 3H HSOSO3 3H HCHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2+H+H2 2SOSO4 4 聚苯乙烯聚苯乙烯苯乙烯系磺酸型阳树脂苯乙烯系磺酸型阳树脂100100,AgAg2 2SOSO4 4聚苯乙烯聚苯乙烯高分子骨架高分子骨架的制备
5、:的制备:苯乙烯阴树脂的制备苯乙烯阴树脂的制备氯甲基化反应氯甲基化反应:氨化反应:氨化反应:CHCHCHCH2 2氯球氯球 CH2CI三甲基胺三甲基胺+(CH3)3 N CHCHCHCH2 2CI CH2N (CH3)3 苯乙烯季胺盐阴树脂苯乙烯季胺盐阴树脂 CH2CICHCHCHCH2 2聚苯乙烯聚苯乙烯+CH2OCH2CI氯甲醚氯甲醚CHCHCHCH2 2+CH3OH氯甲基聚苯乙烯(氯球)氯甲基聚苯乙烯(氯球)2 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名 离离子子交交换换树树脂脂产产品品型型号号是是根根据据国国家家标标准准GBl63179离离子子交交换换树树脂产品分类、命名及型号脂产品分类、命
6、名及型号而制定的。而制定的。离离子子交交换换树树脂脂的的全全名名称称由由分分类类名名称称、骨骨架架(或或基基团团)名名称称、基基本本名名称称依依次次排排列列组组成成。基基本本名名称称为为离离子子交交换换树树脂脂。大大孔孔型型树树脂脂在在全全名名称称前前加加“大大孔孔”两两字字。分分类类属属酸酸性性的的,在在基基本本名名称称前前加加“阳阳”字字;分分类类属碱性的,在基本名称前加属碱性的,在基本名称前加“阴阴”字。字。离离子子交交换换树树脂脂产产品品的的型型号号以以三三位位阿阿拉拉伯伯数数字字组组成成。第第一一位位数数字字代代表表产产品品分分类类,第第二二位位数数字字代代表表产产品品骨骨架架组组成
7、成,第第三三位位数数字字为为顺顺序序号号,用以区别功能基或交联剂的差异用以区别功能基或交联剂的差异。代号数字的意义见表。代号数字的意义见表3.5.1和和3.5.2。代号代号0 01 12 23 34 45 56 6功能基功能基强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性螯合性螯合性两性两性氧化还原氧化还原表表3.5.1 3.5.1 分类代号分类代号表表3.5.1 3.5.1 骨架代号骨架代号代号代号0 01 12 23 34 45 56 6骨架类型骨架类型 苯乙烯系苯乙烯系 丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系 乙烯吡啶系乙烯吡啶系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系例如:例如:00170017(凝
8、胶型凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂,交联度为苯乙烯系强酸阳离子交换树脂,交联度为7 7。11041104(凝胶型凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂,交联度为丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂,交联度为4 4。D201D201大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。3.3.离子交离子交换树换树脂的特性脂的特性 物理性能物理性能:(1)外观。外观。(2)颗粒度。颗粒度。(3)含水量。含水量。(4)密度。密度。1)湿真密度。湿真密度。2)湿视密度。湿视密度。5)机械强度。机械强度。(6)耐热性耐热性化学性能:化学性能:(1)交换反应的可逆性交换反应的可逆性(2)酸、碱
9、性酸、碱性(3)选择性。选择性。(4)交换容量。交换容量。1)全交换容量。全交换容量。2)工作交换容量。工作交换容量。树脂的离子交换是一种可逆反应,反应式可表示为:树脂的离子交换是一种可逆反应,反应式可表示为:RA+B RB+ARA+B RB+A与任何化学平衡一样,上述反应遵循质量作用定律,它的逆反应就是与任何化学平衡一样,上述反应遵循质量作用定律,它的逆反应就是A A型树脂的型树脂的再生。平衡常数表达式:再生。平衡常数表达式:K KB BA A=RB=RBA/A/(RARABB)K KB BA A11树脂对树脂对B B的亲和力大于对的亲和力大于对A A的亲和力,的亲和力,图中曲线图中曲线c
10、c;K KB BA A1A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+排水装置排水装置压脂层压脂层200mm进水装置进水装置反洗空间反洗空间中间排液装置中间排液装置树脂层树脂层1600mm逆流再生阳离子交换器结构图逆流再生阳离子交换器结构图进水装置的作用进水装置的作用是均匀分布进水于是均匀分布进水于交换器的过水断面上。另一个作用交换器的过水断面上。另一个作用是均匀收集反洗排水是均匀收集反洗排水。排水装置的作用排水装置的作用是均匀收集处理好是均匀收集处理好的水;另一个作用是均匀分配反洗的水;另一个作用是均匀分配反洗进水。进水。中间排液装置的作用中间排液装置的作用:中间排液装:中间排液装置对逆流再生离
11、子交换器运行效果置对逆流再生离子交换器运行效果有较大影响,其作用是均匀排出再有较大影响,其作用是均匀排出再生液,防止树脂乱层、流失外,还生液,防止树脂乱层、流失外,还应有足够的强度,安装时应保证在应有足够的强度,安装时应保证在交换器内呈水平状态,交换器内呈水平状态,2.阳离子交换器(阳床)阳离子交换器(阳床)压脂层的作用压脂层的作用过滤掉水中的悬浮物过滤掉水中的悬浮物及机械杂质;使进水通过压脂层均及机械杂质;使进水通过压脂层均匀作用于树脂层表面;防止树脂在匀作用于树脂层表面;防止树脂在逆流再生中乱层。逆流再生中乱层。图图3.7.2 3.7.2 交换器中离子分布情况交换器中离子分布情况 (a)(
12、a)开始进水时开始进水时 (b)(b)交换器失效时交换器失效时当当交交换换器器不不断断进进水水,随随离离子子交交换换的的不不断断进进行行,由由于于水水中中的的CaCa2+2+比比MgMg2+2+、NaNa2+2+与与树树脂脂的的亲亲合合力力更更大大,更更易易被被树树脂脂吸吸收收,所所以以水水中中的的CaCa2+2+离离子子可可和和已已吸吸收收了了MgMg2+2+的的树树脂脂进进行行交交换换反反应应,使使CaCa型型树树脂脂层层向向下下扩扩展展,而而被被置置换换下下来来的的MgMg2+2+一一起起与与NaNa+型型树树脂脂发发生生交交换换,使使MgMg2+2+型型树树脂脂层层下下移移而而NaNa
13、+的的交交换换区区域域也也逐逐渐渐下下移移。在在运运行行过过程程中中,这这三三层层不不同同型型态态的的交交换换剂剂的的高高度度在在不断地向下扩展,如图不断地向下扩展,如图3.7.23.7.2所示。所示。阳床整个制水周期阳床整个制水周期(运行开始到交换器失效这段时间运行开始到交换器失效这段时间)中中电导率、钠离子浓度、酸度变化可用图电导率、钠离子浓度、酸度变化可用图3.7.33.7.3表示。表示。开始通水正洗时随水的不断通入,水质越来越好。因开始通水正洗时随水的不断通入,水质越来越好。因而电导率、酸度、钠离子快速下降(而电导率、酸度、钠离子快速下降(a a点前)。在点前)。在abab为为稳定制水
14、过程,稳定制水过程,b b点后树脂开始失效。此时水中钠增加,点后树脂开始失效。此时水中钠增加,氢离子减少而氢氧根增加,使酸度下降,电导率下降。氢离子减少而氢氧根增加,使酸度下降,电导率下降。图图3.7.3 3.7.3 强酸强酸HH型阳离子交型阳离子交 换换 器典型出水曲线器典型出水曲线ab运行时的交换情况运行时的交换情况无顶压逆流再生的操作步骤:无顶压逆流再生的操作步骤:1 1)小反洗。小反洗。只对压脂层进行反洗,冲洗掉积聚在压脂层上的污只对压脂层进行反洗,冲洗掉积聚在压脂层上的污染物。用水为该级交换器的进口水,流速树脂不乱层为宜,一染物。用水为该级交换器的进口水,流速树脂不乱层为宜,一直反洗
15、至出水清澈为为止。直反洗至出水清澈为为止。2 2)放水放水。待树脂颗粒下沉后,放掉中间排液装置以上的水。待树脂颗粒下沉后,放掉中间排液装置以上的水。3 3)进再生液进再生液。将再生液放入交换器内,严格控制其流速和浓度。将再生液放入交换器内,严格控制其流速和浓度4 4)逆流再生逆流再生。进完再生液,关闭再生液计量箱出口阀,按再生。进完再生液,关闭再生液计量箱出口阀,按再生液的流速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗,直至出液的流速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗,直至出水指标合格为止。关闭进水阀。水指标合格为止。关闭进水阀。5 5)小正洗小正洗。水从上部进入,控制适当的流速,洗去再生后压
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