應(yīng)用領(lǐng)域

1）水處理

水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽離子的去除。離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。

2）食品工業(yè)

離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如:高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量僅次于水處理。

3）制藥行業(yè)

制藥工業(yè)離子交換樹脂對發(fā)展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。2010年來還在中藥提成等方面有所研究。

4）合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)

在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無機(jī)酸、堿，同樣可進(jìn)行上述反應(yīng)，且優(yōu)點(diǎn)更多。如樹脂可反復(fù)使用，產(chǎn)品容易分離，反應(yīng)器不會被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控制等。

5）環(huán)境保護(hù)

離子交換樹脂已應(yīng)用在許多非常受關(guān)注的環(huán)境保護(hù)問題上。許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質(zhì)，這些可用樹脂進(jìn)行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)等。

6）濕法冶金及其他

離子交換樹脂、陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。

工作原理

采用離子交換方法，可以把水中呈離子態(tài)的陽離子、陰離子去除，以氯化鈉（NaCl）代表水中無機(jī)鹽類，水質(zhì)除鹽的基本反應(yīng)可以用下列方程式表達(dá):

1、陽離子交換樹脂:R-H + Na= R-Na + H

2、陰離子交換樹脂:R-OH + Cl= R-Cl + OH

陽、陰離子交換樹脂總的反應(yīng)式即可寫成: RH+ROH+NaCl--RNa+RCl+H2O

由此可看出，水中的NaCl已分別被樹脂上的H和OH所取代，而反應(yīng)生成物只有H2O，故達(dá)到了去除水中鹽的作用。

主要工藝

去離子水的工藝大致可分為四種:

第一種:采用陽陰離子交換樹脂取得的去離子水，一般通過之后，出水電導(dǎo)率可降到10us/cm以下，再經(jīng)過混床就可以達(dá)到0.2μs/cm以下了。但是這種方法做出來的水成本較高，而且顆粒雜質(zhì)太多，達(dá)不到理想的要求。

第二種:預(yù)處理（即砂碳過濾器+精密過濾器）+反滲透+混床工藝 這種方法是目前采用最多的，因?yàn)榉礉B透投資成本也不算高，可以去除90%以上的水中離子，剩下的離子再通過混床交換除去，這樣可使出水電導(dǎo)率:0.2左右。這樣是目前流行的方法。

第三種:采用兩級反滲透方式

其流程如下:

自來水→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→軟化水器→中間水箱→低壓泵→精密過濾器→一級反滲透→PH調(diào)節(jié)→混合器→二級反滲透（反滲透膜表面帶正電荷）→純水箱→純水泵→微孔過濾器→用水點(diǎn)

第四種:前處理與第二種方法一樣使用反滲透，只是后面使用的混床采用EDI連續(xù)除鹽膜塊代替，這樣就不用酸堿再生樹脂，而是用電再生。這就使整個(gè)過程無污染了，經(jīng)過處理后的水質(zhì)可達(dá)到:15M以上。但這這種方法的前期投資比較多，運(yùn)行成本低。根據(jù)各公司的情況做適當(dāng)?shù)耐顿Y。最好不過了。 其流程如下

原水→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→軟化水器→中間水箱→低壓泵→PH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)→高效混合器→精密過濾器→高效反滲透→中間水箱→EDI水泵→EDI系統(tǒng)→微孔過濾器→用水點(diǎn)

系統(tǒng)的預(yù)處理

先用清水對樹脂進(jìn)行沖洗，然后用4~5%的HCl和NaOH在交換柱中依次交替浸泡2~4小時(shí)，在酸堿之間用大量清水淋洗至出水接近中性，如此重復(fù)2~3次，每次酸堿用量為樹脂體積的2倍。最后一次處理應(yīng)用4~5%的HCl溶液進(jìn)行，放盡酸液，用清水淋洗至中性即可待用。

應(yīng)用領(lǐng)域

離子交換設(shè)備是傳統(tǒng)的去離子水設(shè)備，它的產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，造價(jià)相對較低。在以往的電廠鍋爐補(bǔ)給水都是采用陽床+陰床+混床處理工藝。

2010來，隨著反滲透、EDI等工藝的發(fā)展，離子交換設(shè)備操作復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)自動化，浪費(fèi)酸堿，運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)更加突出，更多的應(yīng)用于反滲透的深度處理。

小型的離子交換設(shè)備常采用有機(jī)玻璃交換柱，有利于觀察樹脂運(yùn)行情況。如混合離子交換器再生分層是否充分，陽離子是否"中毒"等，樹脂損耗情況等。

大型的離子交換設(shè)備則采用碳鋼內(nèi)襯環(huán)氧樹脂或襯膠，中間預(yù)留可視裝置，以便于離子再生時(shí)在線觀測再生液水位狀況。

系統(tǒng)特點(diǎn)

1、工業(yè)超純水處理工藝，是目前工業(yè)用超純水的制備上應(yīng)用最多的一種工藝之一。

2、食品工業(yè)離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。

3、制藥工業(yè)離子交換樹脂對發(fā)展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。

4、合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。

5、電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)等。

6、濕法冶金及其他離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。

系統(tǒng)簡介

離子交換樹脂常用于原水處理的有鈉型陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱構(gòu)成。根據(jù)樹脂的酸堿性分，屬酸性的在名稱前加"陽"，強(qiáng)酸性陽離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂使用，就叫做"鈉型陽離子交換樹脂"。屬堿性的在名稱前加"陰"。

基本類型

1、 強(qiáng)酸性陽離子樹脂

這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基-SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3-，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。

樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹脂放出被吸附的陽離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來的組成。

2、 弱酸性陽離子樹脂

這類樹脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基-COOH，能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO-（R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能與溶液中的其他陽離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中（如pH5~14）起作用。這類樹脂亦是用酸進(jìn)行再生（比強(qiáng)酸性樹脂較易再生）。

3、 強(qiáng)堿性陰離子樹脂

這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基（亦稱四級胺基）-NR3OH（R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能在水中離解出OH-而呈強(qiáng)堿性。這種樹脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿（如NaOH）進(jìn)行再生。

4、 弱堿性陰離子樹脂

這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基（亦稱一級胺基）-NH2、仲胺基（二級胺基）-NHR、或叔胺基（三級胺基）-NR2，它們在水中能離解出OH-而呈弱堿性。這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件（如pH1~9）下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。

注:不論強(qiáng)堿性還是弱堿性樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。

離子交換容量

離子交換樹脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)的性能，表現(xiàn)在它的"離子交換容量"，即每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù)，meq/g（干）或 meq/mL（濕）;當(dāng)離子為一價(jià)時(shí)，毫克當(dāng)量數(shù)即是毫克分子數(shù)（對二價(jià)或多價(jià)離子，前者為后者乘離子價(jià)數(shù)）。它又有"總交換容量"、"工作交換容量"和 "再生交換容量"等三種表示方式。

1、總交換容量，表示每單位數(shù)量（重量或體積）樹脂能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)的總量。

2、工作交換容量，表示樹脂在某一定條件下的離子交換能力，它與樹脂種類和總交換容量，以及具體工作條件如溶液的組成、流速、溫度等因素有關(guān)。

3、再生交換容量，表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量,表明樹脂中原有化學(xué)基團(tuán)再生復(fù)原的程度。

通常，再生交換容量為總交換容量的50~90%（一般控制70~80%），而工作交換容量為再生交換容量的30~90%（對再生樹脂而言），后一比率亦稱為樹脂的利用率。

在實(shí)際使用中，離子交換樹脂的交換容量包括了吸附容量，但后者所占的比例因樹脂結(jié)構(gòu)不同而異。現(xiàn)仍未能分別進(jìn)行計(jì)算，在具體設(shè)計(jì)中，需憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，并在實(shí)際運(yùn)行時(shí)復(fù)核之。

離子樹脂交換容量的測定一般以無機(jī)離子進(jìn)行。這些離子尺寸較小，能自由擴(kuò)散到樹脂體內(nèi)，與它內(nèi)部的全部交換基團(tuán)起反應(yīng)。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，溶液中常含有高分子有機(jī)物，它們的尺寸較大，難以進(jìn)入樹脂的顯微孔中，因而實(shí)際的交換容量會低于用無機(jī)離子測出的數(shù)值。這種情況與樹脂的類型、孔的結(jié)構(gòu)尺寸及所處理的物質(zhì)有關(guān)。