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离子交换树脂的活化

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2017/11/11 16:50:18
  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 。

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