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离子交换树脂的氧化和降解

2012-02-16

  离子交换树脂的氧化和降解

  树脂的氧化和降解

  树脂的化学稳定性可以用其耐受氧化剂作用的能力表示。阳树脂被氧化后主要发生骨架的断链,而阴树脂则主要表现为季胺基团的降解。1、阳树脂的氧化:阳树脂被氧化后主要表现为骨架断链,生成低分子的磺酸化合物以及羧酸基团。其反应为: —CH—CH2— —CH—CH2— ︱ ︱ ◇ +(O) → ◇ + R SO3H SO3H SO3H O ‖ —CH—CH2— —C—CH2— ︱ ︱ ◇ +(O) → ◇ SO3H SO3H 备注:因发表框内不具备插图功能,借用“◇”代表苯环,还望各位见谅。

  阳树脂遇到的氧化剂主要是游离氯与水反应生成的氧,其反应如下: Cl2 + H2O → HOCl + HCl HOCl → HCl + (O)   过去原水中的游离氯主要来自生活用水的消毒。近年来,由于天然水中有机物含量和细菌的增多,在混凝、澄清之前也需加氯,以达到灭菌和降低COD的作用,因此,必须注意游离氯对阳树脂的损害。再生过程中,如果使用质量差的工业盐酸或副产品盐酸,其中含有氧化剂也会对阳树脂造成损害。一般要求进入化学除盐设备的原水中,游离氯的含量应小于0.1mg/L。

  防止阳树脂被氧化的方法:

  (1)活性炭过滤。防止阳树脂被氧化的常用方法是通过活性炭过滤。活性炭脱除游离氯的原理,不单纯是吸附作用,而是一种表面上的化学反应。当活性炭表面吸附的氯达到一定浓度时,就会发生下列反应: Cl2 + H2O → HOCl + HCl C* + HOCl → CO* + HCl    式中:C*——活性炭;     CO*——活性炭表面上生成的氧化物。

  如果有充分的氯参加反应,CO*可以变为CO或CO2逸出,留下的活性炭可以继续吸附游离氯。为此,为了脱除游离氯,可以使用较高的过滤流速(约50m/h)。同时,活性炭吸着游离氯时具有很高的吸着容量(每克活性炭约可吸着6.5mg以上的Cl2)。

  水中有胶体或高浓度的有机物存在,将会严重缩短活性炭作为脱氯剂的寿命。

  活性炭过滤器仅用于脱除游离氯时,可以用漏Cl2量≥0.1mg/L作为终点。活性炭的寿命是很长的,例如:在活性炭层高0.76m,过滤速度6.1m/h的条件下,对游离氯含量2mg/L的水进行脱氯,其使用寿命约为6年左右。

  (2)选用高交联度的阳树脂。随着树脂交联度的增大,其抗氧化性能增强。

  阳树脂被氧化后,由于断链使骨架疏松,体积膨胀,含水量增大。

  大孔型阳树脂因为交联度高,具有较好的抗氧化性能。但是,随着树脂交联度的增加,其交换容量降低,价格增高,因此,在实际中很少使用。

  强碱阴树脂的降解:

  强碱阴树脂遭受氧化后,主要表现为季胺基团的逐渐降解,而不会发生骨架的断链。强碱阴树脂的降解主要是季胺基团按顺序分解为叔、仲、伯胺,甚至非碱性物质。在化学除盐工艺中,其主要表现为中性盐分解容量,特别是硅交换容量的降低。强碱阴树脂在运行中遇到的氧化剂主要是水中溶解氧,再生过程中遇到的氧化剂主要是碱中所含的ClO3-和FeO42-。

  季胺基团受氧化的反应,如下式所示: /CH3 (O) /CH3 (O) (O) R—N—CH3 ——→ R—N ——→ R=N—CH3——→ R≡N ——→非碱性物质 CH3 CH3

  强碱Ⅰ型阴树脂的抗氧化性能优于强碱Ⅱ型。强碱阴树脂在长期使用中,其交换容量会逐渐降低。

  防止强碱阴树脂降解的方法

  (1)使用真空除气器,减少阴床进水中的含氧量。

  (2)做好碱液贮存及输送设备的防腐工作,降低再生液的含铁量。

  (3)采用隔膜法制造的纯碱,降低碱液中NaClO3的含量(可降低至6-7mg/L)。

  (4)控制再生液温度:Ⅰ型阴树脂不得高于40℃;Ⅱ型阴树脂不得高于35℃。

  (5)树脂应以氯型在低温下保存。


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