选择性离子交换树脂
－Lewatit 树脂在氯碱生产工业中的应用
LEWATIT TP 260:使用寿命长
LEWATIT TP 208:吸附Sr/Ba 最终的选择
LEWATIT TP 208:除Ca/Mg 效果最佳效果最佳（（Ca/Mg 浓度<10ppb ）
LEWATIT TP 208:除Al ＋SiO 2
LEWATIT TP 207:除重金属
LEWATIT TP 214:除Hg
内容内容：：
1． 离子隔膜技术中卤水的纯化离子隔膜技术中卤水的纯化过程过程
1．1卤水净化流程图－溶质为岩盐
1．2卤水净化流程图－溶质为真空盐
1．3离子隔膜工艺和水银法工艺的共用卤水回路
1．4选择型树脂的多柱操作方法
2．二级卤水纯化
2．1 概述
2．2 LEWATIT TP 208
2．3 LEWATIT TP 260
2．4 LEWATIT TP 208和LEWATIT TP
260 最优化应用的选择标准 2．5 LEWATIT TP 208和TP 260通用数据
2．6 对比数据
3．卤水回路的进一步处理
3．1 除去浓缩的电解卤水中的汞
3．2 卤水除氯的操作条件
3．3 除去卤水中的铝和硅
3．4 用Lewatit S 6328 A 除去卤水中的碘
4 卤水的进料及纯化
5 Bayer Baytown ，美国美国氯碱工厂使用离子交换树脂氯碱工厂使用离子交换树脂氯碱工厂使用离子交换树脂的历史的历史
6 水银
法工艺中使用的Lewatit离子交换树脂
水银法工艺中使用的
1 离子隔膜技术中的卤水纯化工艺
氯碱电解过程中使用离子隔膜技术，所以必须将饱和的卤水纯化。根据溶解的盐的质量需要进行一步或者两步纯化。
在使用岩盐作为溶质时，用沉淀和过滤对卤水进行初级纯化是必要的，这样可以把卤水中高的碱土金属含量由几百ppm降低到5－10ppm。但使用纯度较高的盐（如：真空制盐，Ca+Mg<3ppm）作为溶质时，不需要用沉淀法进行预纯化，只需用选择性离子交换树脂进行纯化。
下类图表显示了卤水在进入离子隔膜池之前，用Lewatit TP 208或者TP 260进行不同的纯化过程。
1．1 卤水净化流程图－溶质为岩盐
岩盐含有大量的碱土金属，其在溶液中的浓度高到几百ppm。所以需要预先使用沉淀法和过滤法进行初步纯化，再使用离子交换树脂进一步纯化，其过程如下图所示：
1．2 卤水净化流程图－溶质为真空制盐
真空制盐含有的碱土金属量较少，所以其溶液中的Ca＋Mg的浓度通常低于
3ppm。因此，只需要使用Lewatit TP 208或TP260离子交换树脂进行纯化。但是真空制盐中含有防结块剂[Fe(CN)6]3－，所以必须对其进行氧化，然后通过适当的过滤媒介，过滤除去氧化产生Fe（OH）3。纯化过程如下图所示：
1．3离子隔膜工艺和水银法工艺的共用卤水回路
为了提高工厂的生产能力或延长设备的更换期限，氯碱工厂会将水银法工艺改进为离子隔膜法工艺，这时两个工艺可能会共用卤水回路。
在共用的卤水回路中，纯化前的卤水中会含有汞。因此，如果汞的浓度超过15ppm时，除汞是必要的。
1．4选择型树脂的多柱操作方法
2．二级卤水纯化
2．1 概述
在使用的高性能的离子隔膜时，用离子隔膜法电解碱金属氯化物卤水工艺中，使用的卤水必须满足特定的纯度要求。通常，卤水中会含有极低浓度的碱土金属，其不能通过传统的沉淀工艺除去。
无论使用何种盐作为卤水的溶质，在传统的沉淀法除去碱土金属后，仍然会有残余，其残余浓度如下所示：
Mg2+：0.10-1ppm
Ca2+ ：1.00-5ppm
Sr2+ ：0.10-5ppm
Ba2+ ：0.05-5ppm
为了达到最优化使用离子隔膜，离子隔膜制造商对纯化进水的条件做了如下
规定：
杂质影响离子隔膜池性能的临界条件 杂质 来源 对离子隔膜对离子隔膜有害有害有害影响的临界条件影响的临界条件
阳离子杂质
Ca 2+，Mg 2+ 所有的卤水中
>20ppb Sr 2＋ 岩盐
>100ppb Ba 2+ 岩盐
>500ppb Al 3＋ 常见的
>100ppb,尤其是与SiO 2共存时 Fe 3＋
常见的 <1ppm 时，通常无害 Ni 2＋
稀少的，蒸发盐， >10ppb Hg 2＋ 水银法共用回路 <20ppm 时，无害
阴离子杂质
SO 42－ 常见的
>10g/l SiO 2 常见的
>10ppm I －
有时会存在 >0.2ppm,尤其是与Ba 共存时 因此，二次卤水纯化是必要的。
纯化卤水使用的离子交换树脂：
2．2 LEWATIT TP 208
Lewatit TP 207，TP 208等选择性树脂的功能基团是弱酸，螯合亚氨基二乙酸
基团。然而，这两种螯合树脂的交联度和孔隙度不同。
Lewatit TP 208相对Lewatit TP 207对碱度金属离子有着更好的选择性。
即使在高浓度的碱金属氯盐溶液中，Lewatit TP 208能够很好得使碱土金属离
子浓降低到最小。需要调节待处理溶液的pH值>9，因为只有在碱性条件下亚氨基二乙酸才能与碱土金属形成螯合物。在中性和弱酸性环境中，只能形成松散的
键。因此其主要的应用领域是氯碱工业中离子隔膜法电解碱金属氯盐溶液使用的
氯化钠卤水二次纯化过程。
其对碱土金属选择性大小顺序是：
Ba2＋ 在钙和镁被吸附之前，钡和锶可以很好的通过树脂。这就意味着在实践中，如果选择锶的穿漏代替钙的穿漏作为标准时卤水的产量会略低。 在特殊的锶穿漏的条件下，由于Lewatit TP 208特别高的全交换量和更加优越的锶选择性，Lewatit TP 208要比其他任何含有氨基膦酸螯合基团的树脂都要显著的优越。 图1图解分析了现在使用的电解卤水中Lewatit TP 208的钙和锶穿漏行为 参考操作条件：： 参考操作条件 回转式多共位离子交换柱，共有3个交换柱，其中两个串联进行离子交换，第三个进行再生。位于第二的总是再生好的离子交换柱。 最小床高度：1000mm 最佳操作pH值范围：8－11，最好为10 操作温度：60－80℃ Ca2＋，Mg2＋泄漏：小于10ppb 操作容量：Ca2+ 8－10g/l(流入液浓度：1－10ppm) 卤水浓度：290－300g/l pH:10 温度：70℃ 流速：每个离子交换柱40BV/h Ca2＋/Mg2+含量：1－5ppm （通常在进行碳酸盐沉淀之后浓缩） 操作溶液流速液流量/升树脂时间（min）温度（℃）卤水纯化卤水40BV/h/柱－－60－80 卤水排出脱矿水或 4BV/h 4－6BV 60－90 室温 软化水 反洗脱矿水或 8-10m/h - 30 室温 软化水 再生（顺流）7.3%HCl 4BV/h 2－2.5BV 30-45 室温 淋洗（顺流）脱矿水或 4BV/h 4BV 60 室温 软化水 Na转型（上流）4％NaOH 4BV/h 2-2.1BV 30-35 室温 淋洗（上流）脱矿水或 4BV/h 2BV 30 室温 软化水 2．3 LEWATIT TP 260 Lewatit TP 260选择性树脂的功能基团是弱酸，螯合氨甲基膦酸。其可以和许 多过渡金属和主族元素形成稳定的复合物。 Lewatit TP 208的亚氨基二乙酸基团只能只有在碱性条件下才能与碱土金属形成螯合物。在pH值为2－5之间的酸性环境中，Lewatit 260的氨甲基膦酸可以与二价过渡金属和主族元素锡和铅形成高度稳定的复合物。 Lewatit TP 260 甚至可以选择性吸附非常小量的碱土金属（低到ppb级以下）。 因此其主要的应用领域是氯碱工业中离子隔膜法电解碱金属氯盐溶液使用的氯化钠卤水二次纯化过程。 在卤水纯化的条件下，尽管与亚氨基二乙酸基团的Lewatit TP 208相比，Lewatit TP 260除锶的能力稍差，但是其对钙有更好的选择性。 其对碱土金属选择性大小顺序是： Ba2＋ 在钙和镁被吸附之前，钡和锶可以很好的通过树脂。这就意味着在实践中，如果选择锶的穿漏代替钙的穿漏作为标准时卤水的产量会略低。 Lewatit TP 260 被推荐用于使用钙泄漏为终点标准的卤水纯化过程。当两个串联的离子交换柱中第一个离子交换柱的出水中的钙离子浓度达到20ppb时为卤水纯化的离子交换的终点。 前提条件： ? 出水中Sr的含量低于50ppb ? 进水中Sr的含量已经低于50ppb 优点：在钙穿漏作为离子交换终点标准的条件下，Lewatit TP 260 的工作交换容量比Lewatit TP 208高25－35％。 图2图解分析了现在使用的电解卤水中Lewatit TP 260的钙和锶穿漏行为 参考操作条件 回转式多共位离子交换柱，共有3个交换柱，其中两个串联进行离子交换，第三个进行再生。位于第二的总是再生好的离子交换柱。 最小床高度：1000mm 最佳操作pH值范围：8－11，最好为10 操作温度：60－80℃ Ca2＋，Mg2＋泄漏：小于10ppb 操作容量：Ca2+ 12－15g/l(流入液浓度：1－10ppm) 卤水浓度：290－300g/l pH:10 温度：70℃ 流速：每个离子交换柱40BV/h Ca2＋/Mg2+含量：1－5ppm （通常在进行碳酸盐沉淀之后浓缩） 操作溶液流速液流量/升树脂时间（min）温度（℃）卤水纯化（顺流）卤水40BV/h/柱－－60－80 卤水排出（顺流）脱矿水或 4BV/h 4－6BV 60－90 室温 软化水 反洗脱矿水或 8-10m/h - 30 室温 软化水 再生（顺流）7.3%HCl 4BV/h 2－2.5BV 30-45 室温 淋洗（顺流）脱矿水或 4BV/h 4BV 60 室温 软化水 Na转型（上流）4％NaOH 4BV/h 2-2.2BV 30-40 室温 淋洗（上流）脱矿水或 4BV/h 2BV 30 室温 软化水 2．4 LEWATIT TP 208和LEWATIT TP 260 最优化应用的选择标准 TP 260 AMPA型TP 208 IDA 型 进水情况 Ca＋Mg Sr 1－10ppm <=0.5ppm 1－10ppm >0.5ppm 纯化后的卤水 Ca＋Mg Sr <=20ppb <=500ppb <=20ppb <=50ppb 穿漏标准 Ca Sr 20ppb 20ppb 50ppb 卤水中其他杂质的去除 Fe 3＋[来源于卤水中防结块剂] Hg 2＋[来源于水银法共用水路] <=0.5ppm 1) <=0.1ppm 1) >0.5ppm <=20ppm 优点 高的Ca/Mg 吸附能力 在高浓度Sr 的卤水中有 更高的Sr 吸附能力 1)不可逆吸附 2．5 LEWATIT TP 208和TP 260通用数据 2．6 对比数据 3．卤水回路的进一步处理 3．1 浓缩电解卤水中汞的去除 当从水银法转变到离子隔膜法工艺，卤水回路中含有的汞必须被除去。可以使用Lewatit TP 214来除汞。 大孔树脂Lewatit TP 214和MonoPlus TP 214的功能基团是螯合硫脲基团，其可以和汞形成特别强的复合物。 MonoPlus TP 214是单分散的Lewatit TP 214树脂。均一的粒径分布使MonoPlus TP 214有着更高的扩散速度和更低的压力损失。 更高的扩散速度使得其对汞有更大的工作交换量。其更低的压力损失使得树脂床有更长的运行周期，尤其是当卤水中出现低浓度悬浮固体的时候。 操作条件： Na Cl ：290－200g/l pH:9-10 温度:60℃ 卤水电解液中的汞含量可以被降低到<10ppb的水平。两个串联的离子交换柱中第一个离子交换柱的树脂工作交换容量达到Hg 100g/l Lewatit TP 214或120g/l MonoPlus TP 214。 离子交换树脂原理 离子交换树脂是一种聚合物，带有相应的功能基团。一般情况下，常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。当水中的钙镁离子含量高时，离子交换树脂可以释放出钠离子，功能基团与钙镁离子结合，这样水中的钙镁离子含量降低，水的硬度下降。硬水就变为软水，这是软化水设备的工作过程。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。 由于实际工作的需要，软化水设备的标准工作流程主要包括：工作(有时叫做产水，下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。 反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要5-15分钟左右。 吸盐(再生)：即将盐水注入树脂罐体的过程，传统设备是采用盐泵将盐水注入，全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入(只要进水有一定的压力即可)。在实际工作过程中，盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好，所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生，这个过程一般需要30分钟左右，实际时间受用盐量的影响。 慢冲洗(置换)：在用盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换，根据实际经验，这个过程中是再生的主要过程，所以很多人将这个过程称作置换。这个过程一般与吸盐的时间相同，即30分钟左右。 快冲洗：为了将残留的盐彻底冲洗干净，要采用与实际工作接近的流速，用原水对树脂进行冲洗，这个过程的最后出水应为达标的软水。一般情况下，快冲洗过程为5-15分钟。 应用 1）水处理 水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。 2）食品工业 离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。 3）制药行业 制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。近年还在中药提成等方面有所研究。 4）合成化学和石油化学工业 在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染 精心整理如何筛分混合的阴阳离子交换树脂？ 离子交换树脂的工作原理及优缺点分析 将离子性官能基结合在树脂（有机高分子）上的材料，称之为“离子交换树脂”。树脂表面带有磺酸(sulfonic acid) 者，称为阳离子交换树脂，而带有四级氨离子的，则为阴离子交换树脂。由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子，所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中。(见下图) 离子交换树脂上的官能基虽可去除原水(Feed water) (Fouling)。方。 原理 软水，这是软化水设备的工作过程。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。 由于实际工作的需要，软化水设备的标准工作流程主要包括：工作(有时叫做产水，下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。 反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般 需要5-15分钟左右。 吸盐(再生) (只要进水有一定的压力即可) 慢冲洗(置换) 应用 1）水处理 水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。 离子交换树脂的种类和性能 离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多糖厂制造精糖和高级食用糖浆，多数使用离子交换树脂将糖液脱色提纯，而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使用离子交换树脂的趋势。 离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是，随着现代有机合成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种，年产量数十万吨。 在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各具独特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。 离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。 离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。 离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。 离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，它即是交换官能团，在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH－或Cl 离子交换树脂预处理： 离子交换树脂广泛使用于生产中，但是其预处理却是几十年一贯制的千篇一律地照抄着上个世纪60年代国外的操作规程。 经常有朋友问这方面的东西，我想写出心得让大家共享。 阳离子交换树脂如果只是用于离子交换，那就直接从第二步开始操作。如果需要无污染水相，请如下预处理操作： 第一步：去除有机杂质残留 1.乙醇2BV(树脂体积)4小时流。 2.根据需要用水（纯水）洗净乙醇。 3.放干水液面并用高压空气吹至无水下流。 第二步：再生。 1.用2-4%液碱浸泡树脂1-3小时； 2.高压空气吹至无水下流； 3.用纯水洗碱，具体步骤可：水浸泡住树脂二十分钟，用高 压空气吹至无水下流，测压出水PH；再水浸泡住树脂二 十分钟，用高压空气吹至无水下流，测压出水PH，直至 PH=8 4.用2-4%盐酸浸泡树脂1-3小时； 5.高压空气吹至无水下流； 6.用纯水洗酸，具体步骤可：水浸泡住树脂二十分钟，用高 压空气吹至无水下流，测压出水PH；再水浸泡住树脂二 十分钟，用高压空气吹至无水下流，测压出水PH，直至 PH=6.5 7.加满纯水备好待用。 同样阴离子交换树脂如果只是用于离子交换，那就直接从第二步开始操作。如果需要无污染水相，请如下预处理操作： 第一步：去除有机杂质残留 1.乙醇2BV(树脂体积)4小时流。 2.根据需要用水（纯水）洗净乙醇。 3.放干水液面并用高压空气吹至无水下流。 第二步：再生。 1.用2-4%盐酸浸泡树脂1-3小时； 2.高压空气吹至无水下流； 3.用纯水洗酸，具体步骤可：水浸泡住树脂二十分钟，用高 压空气吹至无水下流，测压出水PH；再水浸泡住树脂二十 分钟，用高压空气吹至无水下流，测压出水PH，直至PH=6 4.用2-4%液碱浸泡树脂1-3小时； 5.高压空气吹至无水下流； 6.用纯水洗碱，具体步骤可：水浸泡住树脂二十分钟，用高 压空气吹至无水下流，测压出水PH；再水浸泡住树脂二十 分钟，用高压空气吹至无水下流，测压出水PH，直至PH=7.5 7.加满纯水备好待用。 备注：1.这个方法是经过多次生产实践得出的最好工艺，一般节省纯水35%以上。 氯碱工业发展史 氯碱工业是基本无机化工之一。主要产品是氯气和烧碱（氢氧化钠），在国民经济和国防建设中占有重要地位。随着纺织、造纸、冶金、有机、无机化学工业的发展，特别是石油化工的兴起，氯碱工业发展迅速。 氯碱工业的形成18世纪，瑞典人K.W.舍勒用二氧化锰和盐酸共热制取氯气： 这种方法称化学法。将氯气通入石灰乳中，可制得固体产物漂白粉，这对当时的纺织工业的漂白工艺是一个重大贡献。随着人造纤维、造纸工业的发展，氯的需要量大增，纺织和造纸工业，成为当时消耗氯的两大用户。用化学方法制氯的生产工艺持续了一百多年。但它有很大缺点，从上述化学反应式，可见其中盐酸只有部分转变为氯，很不经济；且腐蚀严重，生产困难。烧碱最初也用化学法（也称苛化法，即石灰－苏打法）生产： Na2CO3+Ca(OH)2─→2NaOH+CaCO3 电解食盐水溶液同时制取氯和烧碱的方法（称电解法），在19世纪初已经提出，但直到19世纪末，大功率直流发电机研制成功，才使该法得以工业化。第一个制氯的工厂于1890年在德国建成，1893年在美国纽约建成第一个电解食盐水制取氯和氢氧化钠的工厂。第一次世界大战前后，随着化学工业的发展，氯不仅用于漂白、杀菌，还用于生产各种有机、无机化学品以及军事化学品等。20世纪40年代以后，石油化工兴起，氯气需要量激增，以电解食盐水溶液为基础的氯碱工业开始形成并迅速发展。50年代后，苛化法只在电源不足之处生产烧碱。 电解法的发展氯碱生产用电量大，降低能耗始终是电解法的核心问题。因此，提高电流效率，降低槽电压和提高大功率整流器效率，降低碱液蒸发能耗，以及防止环境污染等，一直是氯碱工业的努力方向。 初期为了连续有效地将电解槽中的阴、阳极产物隔开，1890年德国使用了水泥微孔隔膜来隔开阳极、阴极产物，这种方法称隔膜电解法。以后，改用石棉滤过性隔膜，以减少阴极室氢氧离子向阳极室的扩散。这不仅适用于连续生产，而且可以在高电流效率下，制取较高浓度的碱液。1892年美国人H.Y.卡斯特纳和奥地利人C.克尔纳同时提出了水银电解法，其特点是采用汞阴极，使阴极的最终产物氢氧化钠和氢气，不直接在电解槽而在解汞槽中生成，以隔离两极的电解产物。这种方法所制取的碱液纯度高、浓度大。1897年英国和美国同年建成水银电解法制氯碱的工厂。20世纪以来，水银法工厂大部分沿用水平式长方形电解槽，解汞槽则由水平式改为直立式，目的在于提高电解槽的电流效率和生产能力。隔膜法电解槽结构也不断改进，如电极由水平式改为直立式，其中隔膜直接吸附在阴极网表面，以降低槽电压和提高生产强度。立式吸附隔膜电解槽代表了20世纪60年代隔膜法的先进水平。 近期水银法最大缺点是汞对环境的污染。70年代初，日本政府将该法分期分批进行转换，美国决定不再新建水银法氯碱厂，西欧各国也制定了新的法规，严格控制汞污染，隔膜法电解技术便迅速发展。60年代末，荷兰人H.比尔提出了长寿命、低能耗的金属阳极并用于工业生产之后，隔膜与阴极材料也得到了改进。70年代初，改性石棉隔膜用于工业生产。80年代塑料微孔隔膜研制成功。此外，应用镍为主体的涂层阴极，并在扩散阳极的配合下，可使电极间距缩小至2～4mm。至此，电解槽运转周期延长，能耗明显降低，电解槽容量不断增大。例如：60年代初美国虎克电解槽单槽容量为55kA，至60年代末，发展为150kA，每吨氯的电耗则由2900度(10.4GJ)降至2300～2600度(8.3～9.4GJ)。随着氯碱厂的大型化，生产能力大的复极式隔膜电解槽开始使用。 离子交换树脂的交换原理是什么 离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构，如下图所示。由三部分组成，分别是： (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成； (2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。 离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它 置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有 关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。 （文档由洛阳宏昌工贸整理提供） 离子交换树脂的处理 前言：001×7阳离了交换树指（以下简称树脂）用于水处理过程中由于受不同因素的影响出现变红、变棕、变褐、粉碎是常见的事情。各种变化对树脂工作交换容量的影响大不相同。有的变化使工作交换容量降低很少，有的变化使工作交换容量降低很多，甚至报废。近十年的锅炉水处理工作实践对数百个新、旧树脂样品的处理和工作交换容量的测定证明了这一点。 1. 正常使用过程中颜色变红、变棕对工作交换容量的影响。 在我所处理、测定过的近百个在使用过程中变红、变褐、粉碎的旧树脂样品中，有95%以上处理后颜色恢复到黄色或浅黄色，工作交换容量比处理前提高1——5%。少数几个样品用酸、碱、酒精处理后仍然呈褐色，处理前后工作交换容量都比较低，基本上没有变化。前者颜色的加深是由于水中微量铁和其它因素（如温度）等影响所致，后者属于原新树脂本身就呈褐色、工作交换容量就低，也可能是严重铁中毒和有机质污染而致。而一般软化罐内壁防腐层破损导致的树脂铁中毒，只是颜色变红、变棕，其工作交换容量变化甚微。这与个别书上所列表表示的树脂铁中毒经盐酸处理后工作交换容量可提高50%以上是有很大差距的。如陶瓷公司卫生瓷厂的旧树脂样品为褐色，粒度为0.6——1.0mm，破粹粒占30%，用酸碱处理前后工作交换容量均为0.86mmol/ml湿态，颜色均为棕色；又如七一八究所的旧树脂样品为红色，处理后为黄色，处理前后的工作交换容量分别为1.02mmol/ml湿态和1.03mmol/ml湿态。所以我认为，在使用井水，自来水为水源时，对树脂变红、变棕，无需用酸碱处理。如果设备周期制水量突然降低或出水水质突然不合格，应该先检查与出软水管路相通的源水阀门是否严密，或者奖树脂进行较好的水冲洗，以除去树脂中的悬浮物和泥沙，这样即可恢复到原周期制水量和出水水质。酸、碱的处理只能除去加深的颜色，工作交换容量增加甚少，但却降低树脂强度，提高破碎率。 2．树脂在使用过程中粒度破碎对其工作交换容量的影响。 树脂粒度破碎对其工作交换容量的影响根据导致破碎的因素不同分两种情况：一是正常使用磨损破碎，一是受冻破碎。磨损破碎不管破碎率多高，对其工作交换容量影响甚小（在操作软化罐误差之内）；而受冻破碎对其工作交换容量影响很大，以至报废。 一. 离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构，如下图所示。由三部分组成，分别是： (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成： (2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的 离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶 孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。 三离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它 置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。 以001×7强酸阳离子交换树脂为例说明： 001×7强酸阳离子交换树脂是一种凝胶型离子交换树脂，其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道，孔道里面充满了水分子，在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当原水当中的Ca2+，Mg2+等阳离子-扩散到树脂的孔道中时，由于该树脂对Ca2+，Mg2+等阳离子选择性强于对H+的选择性，，所以H+就与进入树脂孔道中的Ca2+，Mg2+等阳离子发生快速的交换反应，Ca2+，Mg2+等阳离子被固定到树脂交换基团上面，被交换下来的H+向树脂的孔道中-扩散，最终扩散到水中。 (1)边界水膜内的扩散水中的Ca2+，Mg2+等阳离子向树脂颗粒表面迁移，并扩散 通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面； (2)交联网孔内的扩散(或称孔道扩散) Ca2+，Mg2+等阳离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点； (3)离子交换 Ca2+，Mg2+等阳离子与树脂基团上的可交换的H+进行交换反应； (4)交联网孔内的扩散被交换下来的H+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散。 (5)边界水膜内的扩散最终扩散到水中。 四离子交换树脂的再生 鉴于离子交换树脂反应的可逆性，反应后的树脂通过处理，重新转化为原来的离 离子交换树脂的复苏 王勇、康健 鞍钢矿业公司齐大山铁矿 摘要：本文对我矿的热电厂，由于离子交换树脂污染造成除盐系统运行状况恶化进行了分析、论证,并提出离子交换树脂污染机理、污染程度的判断、复苏后达到标准、树脂复苏剂的选择及在我矿电厂的实际应用效果，进而阐明树脂污染复苏处理是解决树脂污染问题的有效途径，经复苏和调试,树脂基本恢复了工交,酸、碱耗降到正常值,出水水质完全合格,每年可为厂里节约酸、碱费用80万元. 所以，具有很好的经济效益、社会效益和应用价值 关键词：水处理树脂污染复苏剂树脂交换容量 概述： 鞍山鑫辰环境工程有限公司结合自己10多年来在离子交换水处理方面的试验研究成果，对阳离子交换树脂的各种污染原因进行了深入分析，对树脂复苏的各种方法进行了反复试验，特别是针对常见的树脂铁污染问题，开发出了一种新型的树脂复苏剂，使树脂复苏时不需要用化学纯盐酸，而只需要用高效渗透剂TFC-S(固体), 洒石酸,两性表面活性剂SYZ-6,，工业盐酸作为清洗剂，且复苏后树脂的工交可恢复到90％以上，解决了长期困扰人们的树脂铁污染复苏难题，并成功应用于生产实践。阴离子交换树脂污染与水中含有大量有机物有关.根据阴离子交换树脂污染与复苏的机理,在传统阴离子交换树脂复苏的基础上,添加某些络合剂、沉淀剂、增溶剂、氧化剂、表面活性剂等,对阴离子交换树脂复苏工艺进行改进,使树脂复苏的效果得到显著提高. 1.树脂污染及复苏简介 离子交换水处理技术是目前电力、石化、化工、冶金、电子等领域中使用最为普遍的水质净化技术。离子交换器在运行过程中，如果预处理系统运行不当，受进水中杂质的影响，离子交换树脂会发生污染，如阳树脂在使用过程中，会受悬浮物、铁、铝、硫酸钙、油脂类等物质的污染，强碱性阴树脂则会受到有机物、胶体硅、铁的化合物等杂质的污染。树脂污染后会造成工交明显下降，严重的甚至会下降到1/3以下，这样会造成周期运行时间会明显缩短，出水水质恶化，酸、碱耗明显上升，并会对锅炉等设备的安全经济运行造成严重的威胁。阳离子交换树脂在水处理系统中主要用来除去天然水中的阳离子。由于阳离子交换树脂在处理系统中的位置相对靠前，它所受到的污染有别于阴离子交换树脂，受到污染的阳离子交换树脂通常会发生周期制水量减少，工作交换容量下降，出水水质恶化等现象，而且会对后续的阴离子交换树脂的制水过程产生不利的影响。对被污染的树脂进行及时的诊断和有效的复苏对水处理系统的经济运行具有很重要的意义。如果污染程度较严重时，可以采用加入表面活性剂和分散剂的方法。其中表面活性剂可以增加树脂表面的亲水蛀；而分散剂则可以保证从树脂上脱离下来的颗粒可以被分散到水溶液中去。我们应用，罗门哈斯公司的非离子 表面活性剂TritonCF-54和分散剂Orotan 731对解决这一问题有较好的效果。Nalco公司， 采用了在受到污染的树脂层，反洗过程中加入由表面活性剂和分散剂等药剂，复配的复苏剂，对树脂进行复苏也取得了良好的效果。若阳离子型聚电解质污染了阳离子交换树脂也可以采 用4%的氢氧化钠溶液处理以溶解聚电解质达到复苏树脂的目的。 主要用于酒类去除，高级脂肪酸脂类等。 产品详细描述 离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多糖厂制造精糖和高级食用糖浆，多数使用离子交换树脂将糖液脱色提纯，而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使用离子交换树脂的趋势。 离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是，随着现代有机合成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种，年产量数十万吨。 在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各具独特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。 离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。 离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。 离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。 离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，它即是交换官能团，在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH－或Cl－)，同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子。即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换，从而将溶液中的离子分离出来。 树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类(或再分出中强酸和中强碱性类)。离子交换树脂根据其基体的种类分为乙烯系树脂和丙烯酸系树脂，及根据树脂的物理结构分为凝胶型和大孔型。 离子交换树脂的品种很多，因化学组成和结构不同而具有不同的功能和特性，适应于不同的用途。应用树脂要根据工艺要求和物料的性质选用适当的类型和品种。 1、离子交换树脂的基本类型 (１) 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。 树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。 一．氢型与钠型阳离子交换树脂是什么? 氢型阳离子交换树脂（有时简称氢型树脂）是一种人造有机聚合物产品。最常用的原料是：苯乙烯或丙烯酸（酯），先经过聚合反应生成具有三度空间立体网状结构的聚合物骨架（树脂母体），再于骨架上导入不同的「化学活性基」而成。由于它的活性基，如磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）等，都含有活性氢离子，可在水中解离出来，用于与其它阳离子进行交换，所以特别在阳离子树脂名称之前再冠上“氢型”两字，以与同一系统的“钠型”种类有所区别。不过“钠型”可以利用强酸处理成为“氢型”，“氢型”也可以用氢氧化钠或食盐水溶液处理成为“钠型”，即二者可以互相转换。氢型阳离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。和其它离子交换树脂一般，常被制成颗粒状，外观看起来有些像鱼卵，粒径大约在0.3-1.2 mm之间，但大部分在0.4-0.6 mm范围内。化学性质相当稳定，摸起来硬而有弹性，机械强度也足够承受相当压力，颜色由白色至近乎黑色都有，颜色浅时呈透明状，深时呈半透明状，都有光鲜亮丽的树脂光泽。氢型阳离子交换树脂最常应用的地方，就是硬水的软化，即让硬水流过树脂层，把硬水中的硬度离子，如钙、镁等离子吸收在树脂中，就变成不带硬度离子的软水了，这也是阳离子交换树脂最初被制造的主要目的，但它在工业上应用没有「钠型」来的多，因为在软化过程中，它会直接释出氢离子，使水质呈酸性，可能会因此腐蚀相关金属设备。依需要的不同，它也可以应用到水质预处理工艺中，用作软化水质及降低pH值之用。 二离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构，如2．1所示。由三部分组成，分别是： (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成： (2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的 离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶 孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高 离子交换树脂及其目前的应用领域及发展前景 摘要：本文主要针对离子交换树脂及其目前的应用领域和基本情况进行简要介绍，着重对离子交换树脂在一些方面的应用做了综述，在医药卫生、水处理、食品工业、冶金工业、催化领域、化学化工等几个方面各举了一些简单的例子简述了离子交换树脂在该领域的基本应用的操作方法、操作条件和分离效果。最后通过这些重要应用，对离子交换树脂未来的发展前景提出了展望。 关键词：离子交换树脂；应用；发展前景 1 引言 离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，它由两部分构成：一是由不溶性的三维空间网状结构组成的骨架。骨架部分一般与酸、碱和一般的溶剂都不起作用，化学性质非常稳定；二是连接在骨架上可以电离的、可被交换的活性基团（交换基团）[1]。活性基团对离子交换剂的交换性质起着决定性作用，可与溶液中的离子进行离子交换反应。 离子交换树脂用途非常广泛，很多方面都能用到离子交换树脂，如分析化学中的富集、纯化，工业中的回收、分离、纯化和催化等等。近年来，我国平均每年生产离子交换树脂的量约为27.0万吨，约占世界总产量的三分之一，且产量还在逐年增加[2]。其应用方面也有很大发展，2016年，我国离子交换树脂的表观消费量达19.2万吨，主要应用于水处理、吸附工艺、催化剂这三个领域，消费结构占比见图1[2]。 2 离子交换树脂在化学分离中的应用 2.1 离子交换树脂在水处理中的应用 从上一节中对离子交换树脂的应用基本情况的阐述中可见，离子交换树脂的众多应用中，水处理方面的应用是我国离子交换树脂消费结构中最多的部分。其中水处理方面的应用又可细分为三个重要领域：给水处理、废水处理和废液中某些物质的提取、分离和回收。在给水处理这个领域中，离子交换树脂可用于制备软化水、纯水和超纯水，尤其超纯水在微电子工业、半导体工业以及原子能工业、医疗卫生等方面有着重要的作用。在废水处理中，可用于去除废水中的某些如汞等有害物质，回收有价值的化学品等。 2015离子交换树脂的贮存和装填 一、Lewatit 离子交换树脂的贮存 1、要保持树脂的水分。Lewatit树脂出厂时，其含水率是饱和的，在贮存过程中必须防止水分的消失。建议将离子交换树脂储存于干燥、没有阳光直射的室内.如发现树脂变干时，切忌将树脂直接置于水中浸泡，而应该将它置于饱和食盐水中浸泡，使树脂缓慢膨胀，然后再逐渐稀释食盐水溶液。 2、应将树脂贮存在产品资料中推荐的合适温度下。若贮存的温度过高，容易引起树脂交换基团的分解和微生物污染。若贮存在水的冰点之下，会使树脂内的水分冻结。如果树脂冻结，不能用机械方法处理，将其置于环境温度中逐步解冻。在处理或使用前，应当使树脂完全解冻。不能试图去加速解冻过程。 3、防止树脂受到污染。树脂贮存时要避免和铁容器、氧化剂和油类物质直接接触，以免树脂被污染或被氧化降解。 4、贮存期不要超过产品资料中的推荐值。 二、树脂的装填 1、离子交换器在装填树脂前要彻底清理和检查。确保所有接受树脂的容器在装树脂前是清洁的并用去离子水淋洗过。 2、用去离子水将树脂装入再生塔中，在再生塔中加入去离子水，以使下部排水管免受树脂的冲击。建议用水力引入器将混合水的树脂装入容器。也可以“倒”入容器，但是要始终将液面保持在树脂层上面。不要用机械泵装填树脂。速率最大不超过1m/s,水和树脂的混合比例>2:1。 3、确信去离子水的液面至少高于已经装入的树脂床的0.5m以上。然后将树脂浸泡在去离子水中至少2小时。浸泡时间越长越好，对树脂无害。（对于弱碱性和中碱性树脂（Lewatit MP 62，MonoPlus MP 64等）必须过夜使之浸泡透，防止反洗时损失树脂。 4、浸泡结束后，仔细并彻底反洗树脂约30min。除去所有的树脂细颗粒以及在装填过程中带入的外界杂质。可能会有一些细树脂，也可能没有。反洗出口处不应该有视窗，其会妨碍树脂细颗粒的去除。所有的细颗粒必须反洗出容器。小心不要将好的树脂也反洗出容器。阳树脂的反洗流出液开始的时候可能是棕色的，不必担心，这是磺酸树脂的共有特点，继续反洗，一直到反洗液澄清无细颗粒。推荐分步反洗，每次反洗50％的树脂，反洗速率根据各树脂的技术资料。阴树脂和阳树脂最好使用两个不同的反洗塔，防止交叉污染。 5、在所有的过程中，需要使用去离子水，如果没有去离子水，先用原水反洗阳离子树脂，然后用阳离子树脂软化后的原水，反洗和装填阴树脂。 5、第一次使用树脂前，使用倍量再生剂，再生树脂。注意：只需要增加再生剂的量，不要增加再生剂的浓度。 6、由于树脂在再生过程中会膨胀，所以推荐先装填90％的树脂，再生，淋洗，然后根据树脂的膨胀程度补填剩余的树脂 离子交换树脂床正确的反洗和再生 只有对离子交换树脂床采用适当的反洗和再生措施，才可以使离子交换树脂床正常有效的运行。如果反洗和再生的措施不恰当，可能会导致下列问题： a）树脂床的压降增高 b）由于额外的机械压力，会导致树脂颗粒易破碎 c）离子柱出口出的离子泄漏增大 《氯碱工业》的教学设计 1、教学目标： 1.1知识与能力： 1.1.1、了解氯碱工业反应原理，正确书写电极反应式和电解的总化学方程式。 1.1.2、初步了解电解槽的简单结构和食盐水的精制。 1.1.3、常识性介绍以氯碱工业为基础的化工生产。 1.2过程与方法： 1.2.1、通过实验，培养学生的观察能力、分析问题能力和利用还学原理解决实际问题的能力。 1.2.2、通过网上查询资料重组和资源共享，培养学生的自学能力、归纳能力和创新意识。 1.3情感态度与价值观目标： 通过氯碱工业的学习，培养学生确立理论联系实际的科学方法，进一步树立探究精神及合作意识，同时增强环保意识。 2、教学重点、难点： 教学重点：氯碱工业反应原理 教学难点：氯碱工业反应原理 3、学情分析： 学生由于刚学习电解原理，对电解食盐水的原理分析问题不大，此节内容与学生生活实际联系较为密切（我校学生每年参观化工厂，知道有氯碱工业，但不具体的了解），学生有较强的求知欲，为上好探究课打下较好的基础，但正是由于学生对原理理解较为清晰，理论上认识较高，而对实际生产中遇到的问题缺乏足够的认识和估计，会对实际生产中的问题的解决带来一些影响，因此教学中需要做好足够的问题铺垫，启发引导学生思考、解决问题，全面提高解决实际问题的能力。让学生客观的认识理论与实际的关系，为下一单元讲硫酸工业作更高更好的铺垫。 4、教学方法 探究式 以学生为主体从分析电解食盐水原理入手，让学生讨论上课的演示试验装置能否运用于工业化生产？为什么？如何解决演示试验中出现的问题？步步深入，从而使学生理解目前氯碱工业的生产流程和发展方向。 5、课型： 新课 6、教学过程： 操作步骤：树脂的预处理——装柱——清洗——出水——树脂再生 一、树脂的预处理： 1 、阳离子交换树脂的预处理：将树脂置于洁净的容器中，用清水漂洗，直到排水清晰为止。用水浸泡树脂 12~24 小时，使树脂充分膨胀。如为干树脂，应先用饱和氯化钠溶液浸泡，再逐步稀释氯化钠溶液，以免树脂突然急剧膨胀而破碎。用树脂体积2倍量的2~5%HC溶液浸泡树脂2~4小时，并不时搅拌。然后用低纯水洗涤树脂，直至溶液PH接近于4,再用2~5%NaO溶液处理，处理后用水洗至微碱性，再一次用5%HC 溶液处理，使树脂变为氢型，最后用纯水洗至PH=4无Cl-即可。 2 、阴离子交换树脂预处理：与阳离子树脂相同，只是在树脂用NaOH^理时， 可用5~8%NaO溶液，用量增加一些，使树脂变为 0H型后不要再用HCI处理。如果树脂量少，及要求较高时，在水洗后，增加一步醇洗，效果会更好一些。 二、装柱 将交换柱洗去油污杂质，用去离子水冲洗干净，在柱中先装入半柱水，然后将树脂和水一起倒入柱中。装柱时应注意柱中的水不能漏干，否则，树脂间形成气泡，影响交换效率。 三、清洗、出水装柱完成后，先用纯水按出水顺序流过交换柱，初出水含有装柱过程 混入的 杂质应弃去，待出水达到要求后，即可通入原水，进行正常的制水。 四、树脂的再生离子交换树脂使用失效后，可用酸碱再生处理，重新使用。 1、阳柱再生： 逆洗：将水从交换柱底部通入，废水从顶部排出，将被压紧的树脂松动，洗去树脂碎粒及其他杂质，排除树脂层内的气泡，洗至水清澈。 加酸：将4~5%HC水溶液从柱的顶部加入，控制流速，约 30~45分钟加完。正洗：将水从柱顶部通入，废水从柱下端流出，控制流速为约 2 倍于加酸的流速，开始的15分钟可慢些。洗至PH3~4此时用铬黑T检验应无阳离子。 2、阴柱再生： 逆洗：用阳柱水逆洗，可将阳柱出水口连接至阴柱下端，通入阳柱水。条件同阳柱。加碱：将5%NaO溶液从柱顶部加入，控制一定流速，使碱液在1~1.5小时加完。 正洗：从柱顶部通入阳柱水，下端放出废水，流速可以是加碱时的2倍，开始15分钟可慢些，洗至PH11~12用硝酸银溶液检验无氯离子。 注意：以上操作均不可将柱中水放至树脂层以下。 氯碱工业的发展 论文提要： 氯碱工业生产的是最基本的化工原料，其产品及下游产品广泛应用于国民经济的各个领域，在国民经济中占重要地位；氯碱工业作为国民经济的重要部分，它的发展壮大与否关乎着国家经济的好坏，如何使氯碱工业健康发展，如何处理氯碱工业发展中所面临的问题，是能否保证氯碱工业在国民经济中地位的首要任务。笔者所在单位是国内从事离子膜电解槽电解设备制造的企业，属于氯碱工业的源头企业，近几年，由于氯碱工业的飞速发展，作为设备制造商的我们也是销售额年年攀升，但是，透过这股猛吹而过的“氯碱风”观察氯碱工业，氯碱工业在飞速发展中还是产生了很多的问题，特别是 2008年金融危机发生时，氯碱工业生存环境急转直下，许多氯碱厂商被迫减产或者停产，本单位的设备成品也出现提货延迟的情况。这次金融危机，将氯碱工业所存在的问题彻底的暴露出来，让我们不得不思考，怎么才能让氯碱工业健康顺利的发展。本文主要是根据实际情况，简单介绍了氯碱工业，阐述说明氯碱工业发展中所遇到的种种困难以及应对这些困难的方法手段，展望了氯碱工业未来的机遇与挑战，寻找氯碱工业的健康发展之路。 正文： 一、氯碱工业概述 工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是基本原材料工业，是最基础的化学工业之一。氯碱工业产品主要是烧碱、氯气、氢气，其下游产品可达900多种，广泛应用于轻工、纺织、化工、农业、建材、电力、电子、国防、军工、冶金、食品加工等国民经济各个部门，是我国经济发展与人民生活衣、食、住、行不可缺少的重要基本化工原料。 中国氯碱工业始于上世纪20年代末期，那时处于建国前的战乱时期，主要氯产品仅有液氯、漂白粉、盐酸、三氯化铝等简单几种。烧碱的年产量也不足2万吨。建国后，氯碱行业迅速扩建，且氯碱厂注重产品种类及生产技术的创新，科研人员不惧困难，合作研发，为此后氯碱工业的发展奠定了坚实基础。近年来，我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面更是飞速发展，努力向国际水平靠拢。目前我国烧碱的总生产能力已经达到年产量8620千吨，居世界第2位。 二、氯碱工业的生存状况及问题 我国氯碱企业先后从发达国家引进多项高新科技，使我国的氯碱技术有了很大的提高。我国从世界知名公司引进的先进离子膜法制碱技术，迅速发展离子膜法电解工艺，正在不断改造和转换原有的水银法和隔膜法工艺，在此背景下，我国氯碱工业迅速的发展和壮大起来，氯碱工业的发展壮大是国民经济实力的具体体现，但是行业过热也带来一些隐患，产生了许多问题，在行业迅速发展时期，这些隐患和问题都被隐藏或者没有重视。随着2008年金融危机的爆发，氯碱工业原本被掩盖的一些问题彻底暴露出来或者激化，主要表现为行业出现明显的产能过剩；工业布局不合理；企业规模小，产业集中度低；技术的研发创新无法满足行业发展的需要；生产过程中存在的高耗能、重污染的状况尚未根本改变等方面。在金融危机背景下，这些结构性矛盾突现得更加明显，已严重影响到氯碱工业的持续健康发展。主要体现在以下几个方面： 1、产能过剩 近年来，随着我国国民经济的快速发展，氯碱行业迎来了一轮新的发展机遇，碱氯需求两旺，烧碱和聚氯乙烯产能高速增长，据统计，仅2004～2008年间，烧碱产能年均增幅就达到了20%，产量年均增幅约为16%；PVC产能年均增幅达到了24%，产量年均增幅约为15%。而另据统计，2009-2011年全国各地还有一大批氯碱项目计划投产，如内蒙古君正40万t/a ＰＶＣ和40万t/a烧碱项目以及新疆中泰45万t/a ＰＶＣ 中南大学化学化工学院化工专业实验 T11.离子交换实验（分离工程，指导教师：蒋崇文） 一、实验目的与要求 1. 学习采用离子交换树脂分离柠檬酸的基本原理。 2. 掌握离子交换法的基本操作技术。 3. 掌握离子交换法穿透曲线的测定方法 二、实验原理 待分离组分柠檬酸（HA表示）的溶液，在与强碱性树脂（HOR表示）进行离子交换时，3交换组分之间遵守如下化学计量关系： HA?3HOR?3AR?3HO233离子交换柱操作过程，可用流出曲线表征，称为穿透曲线，图11-1示。横坐标为流出液体的体积，纵坐标为流出液中离子浓度。流出曲线反映了恒定流速时，不同时刻流出液中离子浓度的变化规律。流出曲线中的a和b段，离子交换树脂未饱和，流出液中不含被交换离子，随着离子交换树脂开始饱和，流出液中开始出现被交换离子，流出液浓度为0.05C 时0称为穿透点c，流出曲线中的d段，离子交换树脂进一步被饱和，流出液中被交换离子继续增加，流出曲线到达e点时，树脂被完全饱和，流出液中离子浓度达到进料液中水平0.95C0成为饱和点。此时流出的体积为饱和体积。离子交换的实验装置图11-2示。 离子交换的穿透曲线11.1图 中南大学化学化工学院化工专业实验 原料热水出阴离子交换树热水进图4-2 离子交换实验装置图11.2 离子交换的装置图 三、试剂与材料 强碱型树脂，2mol/L盐酸溶液；2mol/L氢氧化钠溶液，0.1mol/L氢氧化钠溶液，1％酚酞指示剂。 四、器材 50cm×1cm交换柱，碱式滴定管，收集试管，烧杯，150ml锥形瓶。 五、实验步骤 1. 树脂的处理 将干的强碱型树脂用蒸馏水浸泡过夜，使之充分溶胀。用2倍体积的2mol/L的氢氧化钠浸泡1小时，倾去清液，洗至中性。再用2mol/L的盐酸处理，做法同上。如此重复2次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理用2mol/L的NaOH溶液进行，放尽碱液，用清水淋洗至中性待用。 2. 装柱 取直径1cm,长度50cm的交换柱，用脱脂棉塞住玻璃柱的下部。将柱垂直置于铁架上。自顶部注入上述经处理的树脂悬浮液，关闭层析柱出口，待树脂沉降后，放出过量溶液，再加入一些树脂，至树脂沉降至25cm的高度。 3．柠檬酸水溶液的滴定 用配置好的0.2mol/L的NaOH溶液滴定2ml配置好的柠檬酸水溶液中酸的浓度，以1%酚酞溶液作指示剂，共消耗NaOH溶液22.12ml。 4．柠檬酸的离子交换 用步骤3中的柠檬酸水溶液过柱，调节流速为0.5~1mL/min（1滴/秒），同时用试管开始滴定收集液中酸的NaOH标准0.1mol/L管。用15~20，共收集约5ml收集流出液，每管收集． 中南大学化学化工学院化工专业实验 浓度。用收集液酸浓度C对收集流出液体积V作图，得到柠檬酸离子交换的穿透曲线。 六、数据处理 C=0.2mol/L 柠檬酸的浓度约0.35mol/L NaOH 表11.1 柠檬酸水溶液的滴定数据：离子交换树脂原理
离子交换树脂的原理及应用总结归纳(重点阅读)
离子交换树脂的种类和性能
离子交换树脂预处理
氯碱工业发展史
离子交换树脂的交换原理是什么
离子交换树脂的处理
离子交换树脂结构及交换原理
离子交换树脂的复苏处理
离子交换树脂的概述
离子交换树脂结构及交换原理
离子交换树脂及其目前的应用领域及发展前景
离子交换树脂注意事项
氯碱工业
离子交换树脂操作步骤
氯碱工业的发展
离子交换树脂实验报告
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