离子交换树脂的活化
时间：2017-11-11 阅读：8053
一、 常规的活化处理
离子交换树脂使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行活化处理，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，为降低活化费用，要适当控制活化剂用量，使树脂的性能恢复到经济合理的活化水平，通常控制性能恢复程度为 70～80% 。如果要达到更高的活化水平，则活化剂量要大量增加，活化剂的利用率则下降。
树脂的活化应当根据树脂的种类、特性，以及运行的经济性，选择适当的活化药剂和工作条件。
树脂的活化特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的活化比较困难，需用活化剂量比理论值高相当多；而弱酸性或弱碱性树脂则较易活化，所用活化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活化，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的活化反应时间。
活化剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。例如：钠型强酸性阳树脂可用 10%NaCl 溶液活化，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活化，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% 的稀硫酸活化。
氯型强碱性树脂，主要以 NaCl 溶液来活化，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 的碱盐液活化，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 溶液活化。
树脂活化时的化学反应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，故提高活化液浓度可加速活化反应，并达到较高的活化水平。
为加速活化化学反应，通常先将活化液加热 70～80℃。它通过树脂的流速一般为 1～ 2 BV/h 。也可采用先快后慢的方法，以充分发挥活化剂的效能。活化时间约为一小时。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，洗出液无色、无混浊为止。
一些树脂在活化和反洗之后，要调校 pH 值。因为活化液常含有碱，树脂活化后即使经水洗，也常带碱性。而一些脱色树脂 (特别是弱碱性树脂) 宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸，使树脂 pH 值下降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 ) 不易被常规的活化处理所洗脱，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0.5～1.0%，以溶解有机物。
二、特殊的活化处理
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。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，氧化处理可能将树脂结构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。
三、活化废液的处置
糖厂用树脂脱色，树脂活化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 吨糖的活化废液量约为 6～9m3 。要经过处理才能排放 (或循环)，这也是一个难题。
Bento 详细研究了用化学方法处理活化液，使色素和其他有机物沉淀，除去杂质后再循环使用，减少排放，并充分利用其中的氯化钠。由于活化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。活化液加入 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。再加入碳酸钠或二氧化碳、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活化液，其后再用新的盐水活化。
对废液的处理还研究过多种方法：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，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。近 Guimaraes 等研究用微生物将它的有色物降解，取得较好效果 。