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離子交換樹脂在水處理系統(tǒng)中應(yīng)用

2025-05-07 09:10

1、離子交換樹脂定義：

離子交換樹脂，是帶有官能團(tuán)、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不溶性的高分子化合物。通常是球形顆粒物。離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架名稱、基本名稱組成。目前離子交換樹脂廣泛應(yīng)用在水處理、化工、冶金、食品、制革、超純制藥等眾多領(lǐng)域。

2、離子交換樹脂分類：

離子交換樹脂可以根據(jù)其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。樹脂中化學(xué)活性基團(tuán)的種類決定了樹脂的主要性質(zhì)和類別。首先區(qū)分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類，它們可分別與溶液中的陽離子和陰離子進(jìn)行離子交換。陽離子樹脂又分為強(qiáng)酸性和弱酸性兩類，陰離子樹脂又分為強(qiáng)堿性和弱堿性兩類。

3、水處理行業(yè)離子交換樹脂的運(yùn)用

水處理行業(yè)是離子交換樹脂應(yīng)用較早的領(lǐng)域之一，并且對于離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂生產(chǎn)量的90%。

在凈水處理中，離子交換樹脂可用于水質(zhì)軟化和脫鹽、制取軟化水、純水和超純水。

在廢水處理中，主要利用離子交換樹脂中的可交換離子和廢水中的重金屬離子發(fā)生交換反應(yīng)，降低廢水中的重金屬濃度，從而實(shí)現(xiàn)深度凈化。

① 離子樹脂在水質(zhì)軟化中應(yīng)用：

a. 軟化過濾器組成及作用：

全自動(dòng)軟化水處理器主要由樹脂罐、全自動(dòng)多路控制閥和鹽箱三個(gè)主要部分組成。樹脂罐內(nèi)裝填離子交換樹脂，用于吸附水中的鈣、鎂離子;多路控制閥是軟化水處理設(shè)備的控制器，控制系統(tǒng)自動(dòng)完成運(yùn)行、再生、清洗、排污以及鹽箱補(bǔ)水的循環(huán)過程。鹽箱則用于儲(chǔ)存食鹽，以便在樹脂再生時(shí)使用。 

b. 軟化樹脂的工作原理

軟化樹脂主要通過離子交換的方式去除水中的硬度離子。這些硬度離子主要包括鈣離子(Ca2+)和鎂離子(Mg2+)，它們是水硬度的主要來源。軟化樹脂內(nèi)部含有大量的鈉離子(Na+)，當(dāng)水通過樹脂時(shí)，樹脂中的鈉離子會(huì)與水中的鈣,鎂離子進(jìn)行交換，從而去除水中的硬度離子。

c. 軟化過濾器應(yīng)用：

鍋爐給水、空調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)充水、換熱器、造紙、印染、紡織、石油化工用水、生物制藥、電子以及純水系統(tǒng)的預(yù)處理、工業(yè)零排等方面

② 離子交換樹脂純化和超純水制備中應(yīng)用：

a. 陰陽床的定義

陰陽床，也稱為離子交換器，是一種利用樹脂的離子交換功能去除水中離子的水處理設(shè)備。其工作原理基于樹脂的離子交換特性，通過樹脂上的離子與水中相應(yīng)離子的交換，達(dá)到去除水中離子的目的。

 

b. 工作原理

陰陽床由陽離子交換器和陰離子交換器串聯(lián)而成。原水首先經(jīng)過陽床，利用陽樹脂吸附水中的陽離子，同時(shí)釋放氫離子(H+)進(jìn)入水中，使水呈酸性。隨后，經(jīng)過除碳器去除呈氣態(tài)的二氧化碳，以確保陰離子交換柱在酸性環(huán)境下進(jìn)行高效交換。最后，水通過陰床，利用陰樹脂去除水中的陰離子。

c. 陰陽床應(yīng)用領(lǐng)域。

在化工、電力、冶金等行業(yè)中，陰陽床常被用于鍋爐給水的軟化處理，以防止水垢生成和腐蝕問題;

在農(nóng)業(yè)灌溉中，通過陰陽床處理后的水可以減少土壤鹽堿化現(xiàn)象;

在海水淡化預(yù)處理中，陰陽床也能發(fā)揮重要作用，為后續(xù)的深度處理工藝提供有利條件。

③ 拋光混床在樹脂純化和超純水制備中應(yīng)用：

a. 拋光混床定義：

拋光樹脂一般是應(yīng)用在超純水處理的末端，可以保證系統(tǒng)出水的水質(zhì)可以達(dá)到用水的標(biāo)準(zhǔn)，一般出水的水質(zhì)可以達(dá)到18兆歐以上，它是屬于離子交換樹脂的其中一種，拋光樹脂主要是由氫型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和氫氧型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂混合而成的。

b. 拋光樹脂的工作原理

拋光樹脂是指將陽，陰離子交換樹脂放置在同一個(gè)交換床中，并且在運(yùn)行之前是保持混合均勻的混床就是由陰，陽離子交換樹脂組合而成的一種多級(jí)式復(fù)床，在混床樹脂中，陰陽樹脂是相互混合均勻的，所以陰陽離子交換樹脂的反應(yīng)幾乎也是同時(shí)進(jìn)行的。在經(jīng)過H型陽離子交換所產(chǎn)生的氫離子和經(jīng)過氫氧離子交換之后所產(chǎn)生的氫氧離子由于交換樹脂不可以存儲(chǔ)積累，會(huì)立即的生成離解度很低的水溶液。這樣基本上就消除了反離子的影響，離子交換反應(yīng)進(jìn)行得比較徹底，所以拋光樹脂的出水質(zhì)量很高，當(dāng)拋光樹脂內(nèi)部的離子耗盡之后，使用酸，堿溶液清洗樹脂，可以有效的恢復(fù)氫和氫氧離子。使得樹脂的工作能力可以得到恢復(fù)。

c. 應(yīng)用領(lǐng)域

電子行業(yè)：半導(dǎo)體，電子工業(yè)使用的離子交換樹脂中生產(chǎn)所需要用到的高純水。

發(fā)電廠：火力發(fā)電廠的純水處理中使用到的大量離子交換樹脂;

合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)：離子交換樹脂可以代替無機(jī)酸，堿，可以作為催化劑進(jìn)行酯化作用水解，水合等反應(yīng);

制藥行業(yè)：制藥工業(yè)中離子交換樹脂對發(fā)展新一代的抗菌素以及原有的抗菌素質(zhì)量具有重要的改良作用;

④ 離子交換樹脂在廢水處理中應(yīng)用：

陽離子交換樹脂在廢水處理中有著處理效率高，能實(shí)現(xiàn)多金屬回收利用的優(yōu)點(diǎn)。

如某些特定的螯合樹脂，特定重金屬離子的特點(diǎn)，利用螯合樹脂的特種功能基團(tuán)與重金屬離子形成絡(luò)合物的特性 ，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的回收利用及深度去除。

尤其在鎳離子及絡(luò)合態(tài)鎳(檸檬酸、醋酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸、羥基乙酸等，以及鋅鎳合金鎳銨絡(luò)合物等)的處理方面有強(qiáng)的絡(luò)合作用和應(yīng)用優(yōu)勢，適合在酸性環(huán)境下直接對鎳吸附。