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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、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行離子交換。陽離子樹脂又分為強酸性和弱酸性兩類，陰離子樹脂又分為強堿性和弱堿性兩類。

3、水處理行業(yè)離子交換樹脂的運用

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：

全自動軟化水處理器主要由樹脂罐、全自動多路控制閥和鹽箱三個主要部分組成。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)自動完成運行、再生、清洗、排污以及鹽箱補水的循環(huán)過程。鹽箱則用于儲存食鹽，以便在樹脂再生時使用。 

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，樹脂中的鈉離子會與水中的鈣,鎂離子進行交換，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，同時釋放氫離子(H+)進入水中，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)可以達到用水的標(biāo)準(zhǔn)，一般出水的水質(zhì)可以達到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酸性陽離子交換樹脂和氫氧型強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交換床中，并且在運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)幾乎也是同時進行的。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積累，會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酸，堿，可以作為催化劑進行酯化作用水解，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，能實現(xiàn)多金屬回收利用的優(yōu)點。

如某些特定的螯合樹脂，特定重金屬離子的特點，利用螯合樹脂的特種功能基團與重金屬離子形成絡(luò)合物的特性 ，實現(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。