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离子交换树脂的再生

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离子交换树脂的再生



  一、 常规的再生处理
  离子交换树脂使用一段时间后,吸附的杂质接近饱和状态,就要进行再生处理(chǔ lǐ),用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去,使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中,为降低再生费用,要适当控制再生剂用量(dosage),使树脂的性能恢复到最经济合理的再生水平,通常控制性能恢复程度为 70~80% 。如果要达到更高的再生水平,则再生剂量要大量增加,再生剂的利用率则下降。
  树脂的再生应当根据树脂的种类、特性,以及运行的经济性,选择适当的再生药剂和工作条件。
  树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性(acidity)和强碱性树脂的再生比较困难,需用再生剂量(Dose)比理论值高相当多;而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生,所用再生剂量只需稍多于理论值。此外,大孔型和交联度低的树脂较易再生,而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。
  再生剂的种类应根据树脂的离子(ion)类型来选用,并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。阳离子交换树脂离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.5~1.0mm。例如:钠型强酸性阳树脂可用 10%NaCl 溶液再生,用药量为其交换容量的 2 倍 (用NaCl 量为117g/ l 树脂 );氢型强酸性树脂用强酸再生,用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此,宜先通入 1~2% 的稀硫酸再生。
  氯型强碱性树脂(Resin),主要以 NaCl 溶液来再生,但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出,故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的碱盐液再生,常规用量为每升树脂用150~ 200g NaCl ,及 3~4g NaOH。 OH 型强碱阴树脂则用 4%NaOH 溶液再生。
  树脂再生(regeneration)时的化学(Chemistry)反应(Chemical reaction)是树脂原先的交换吸附的逆反应。按化学反应平衡原理,提高化学反应某一方物质的浓度,可促进反应向另一方进行,故提高再生液浓度可加速再生反应,并达到较高的再生水平。
  为加速再生化学反应,通常先将再生液加热至 70~80℃。它通过(tōng guò)树脂的流速一般为 1~ 2 BV/h 。也可采用先快后慢的方法,以充分发挥再生剂的效能。再生时间约为一小时。随后用软水顺流冲洗树脂约一小时 ( 水量约4BV) ,待洗水排清之后,再用水反洗,至洗出液无色、无混浊为止。
  一些树脂在再生和反洗之后,要调校 pH 值。因为再生液常含有碱,树脂再生后即使经水洗,也常带碱性。而一些脱色树脂 (特别是弱碱性树脂) 宜在微酸性(acidity)下工作(WORK)。此时可通入稀盐酸,使树脂 pH 值下降至6左右,再用水正洗,反洗各一次。
  树脂在使用较长时间后,由于它所吸附的一部分杂质 ( 特别是大分子有机胶体物质 ) 不易被常规的再生处理所洗脱,逐渐积累而将树脂污染,使树脂效能降低。此时要用特殊的方法处理。例如:阳离子(ion)树脂受含氮的两性化合物污染,可用 4%NaOH 溶液处理,将它溶解而排掉;阴离子树脂受有机物污染,可提高碱盐溶液中的 NaOH 浓度至0.5~1.0%,以溶解有机物。
  二、特殊的再生处理
  污染较严重的树脂,可用酸或碱性食盐溶液反复处理,如先用 10%NaCl +1%NaOH 碱盐溶液溶解有机物,再用 4%HCl 或分别用 10%NaOH 及 1%HCl 溶解无机物,随后再用 10%NaCl +1%NaOH 处理,在约 70℃下进行。
  如果上述处理的效果未达要求,可用氧化法处理。离子交换树脂通常是球形颗粒物。离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架(或基因)名称、基本名称组成。即用水洗涤树脂后,通入浓度为 0.5% 的次氯酸钠溶液,控制流速 2~4BV/h ,通过量 10~20BV ,随即用水洗涤,再用盐水处理。应当注意(attention),氧化处理可能(maybe)将树脂结构(Structure)中的大分子的连接键氧化,造成树脂的降解,膨胀度增大,容易碎(yì suì)裂,故不宜常用。通常使用 50 周期后才进行一次氧化处理。由于氯型树脂有较强的耐氧化性,故树脂在氧化处理前应用盐水处理,变为氯型,这还可避免处理过程中的 pH 值变化,并使氧化作用比较稳定(解释:稳固安定;没有变动)。
  三、再生废液的处置
  糖厂用树脂脱色,树脂再生的废液含有大量的色素和有机物,颜色很深。用原糖生产精糖时,每 100 吨糖的再生废液量约为 6~9m3 。要经过处理才能排放 (或循环),这也是一个难题(difficulty)。
   详细(xiáng xì)研究了用化学方法处理再生液,使色素和其他有机物沉淀,除去杂质后再循环(continue)使用(use),减少排放,并充分利用其中的氯化钠(Sodium)。由于再生液中色素的浓度比糖汁中高 10 倍以上,液体数量较小,没有糖液的粘性,并能容许强烈的条件(tiáo jiàn)如强碱性和高温等而无需顾虑糖的分解,用化学处理比较方便。再生液加入 5~10% 容积的石灰乳 ( 浓度为含CaO100g/ l ) ,加热到60℃并轻微搅拌,大量的有色物沉淀析出。再加入碳(C)酸(Acerbity)钠或二氧(Oxygen)化碳(CO2)、磷酸钠或磷酸并保持碱性,都可使较多的有色物沉淀。处理后的液体添加少量食盐可返回作树脂的初级再生液,其后再用新的盐水再生。
  对废液的处理还研究过多种方法(method):用颗粒活性炭吸附,用次氯酸钠、次氯酸钙、氯气或臭氧将它氧化(oxidation),用超过滤或反渗透法分离它的有机物,或用粉状树脂吸附等。阴离子交换树脂这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。最近 Guimaraes 等研究用微生物将它的有色物降解,取得较好效果
 
 

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