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技术交流 / Technical Exchange

离子交换树脂的氧化和降解说明

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离子交换树脂是一类不溶不熔的有机合成材料,既不溶于水和有机溶剂,也不溶于酸碱。其耐热和耐化学稳定性也与其它类型的有机合成材料相似。离子交换树脂的耐热性是指树脂的环境温度对树脂质量及使用寿命的影响。离子交换树脂的耐化学稳定性是指水及有机溶剂、酸碱、和氧化剂等对树脂质量和使用寿命的影响。
一、水和有机溶剂对树脂的影响:
离子交换树脂不溶于水和其它任何有机溶剂,但水和有机溶剂会对树脂有一定的溶胀,且有机溶剂不同,溶胀度也有差别。
一种常见的情况是由于树脂保存时间过长或保存不当而失水。在失水较为严重时,如直接将树脂浸入水中,可能会由于水对树脂的急剧膨胀而造成树脂的破裂而影响树脂的强度。尤其对凝胶型树脂而言影响更甚。在这种情况下,需先将树脂浸入15%以上的NaCl溶液中数小时。待树脂完全浸润后,再用水将盐水洗去即可。
如需要经常进行水溶液和有机溶剂对树脂交替处理时,树脂可能会经常经历体积收缩和膨胀,从而造成树脂的破碎,因此也应特别当心交替的速度。
二、环境和使用温度及酸碱对树脂的影响:
随着环境和使用温度的提高,离子交换树脂的功能基团可能会脱落,从而降低树脂的交换容量。在有酸或碱存在时,树脂功能基团的脱落速度有可能加速。由于离子交换树脂种类和基质的不同,其耐热稳定性不同。但总的来说,树脂的交联度越高,含水量越低,其耐热稳定性越差。
1、苯乙烯系强酸性和丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂:这两类树脂的耐温稳定性较好,其H型树脂可在100℃使用,而Na型树脂可在120℃使用。能满足一般水处理及其它许多应用要求。但有些特殊用途,如烯烃水合催化剂等,需要在150℃左右的高温,则需要特殊的耐温型树脂。如,D002-II耐温型阳离子催化树脂可在170℃长期使用而交换基团不脱落。
2、苯乙烯系强碱I型阴离子交换树脂树脂:此类树脂Cl型最高使用温度为80℃,OH型最高使用温度为60℃。主要是此类树脂在较高的温度下,其功能基团季铵盐会发生分解,从而降低其交换容量。
3、苯乙烯系强碱II-型阴离子交换树脂:此类树脂由于其功能基团季铵盐中有一个乙醇基,使得其在较高温度时降解的速度较I-型强碱树脂更快,其耐温性能也更差。其Cl型树脂最高使用温度60℃,OH型树脂最高使用温度40℃。
4、丙烯酸系强碱和弱碱阴离子交换树脂:此类树脂,由于其交换基团是通过酰胺键与树脂骨架相连接,而酰胺键的化学稳定性较C-C键要低很多。因此,该类树脂的化学稳定性较差。在酸碱存在时又可加速酰胺键的分解,使其稳定性更低。因此,使用此类树脂时,不但使用温度应控制,用酸碱对树脂进行处理或再生时,酸碱的温度也应该控制在较低的水平。一般丙烯酸系强碱树脂的使用及再生温度最好不超过30℃,弱碱树脂的使用和再生温度不超过50℃。
三、氧化剂对树脂的影响:
当离子交换树脂遇到强的氧化剂时会被氧化,树脂的强度和交换容量下降,从而对树脂的使用寿命产生影响。强氧化剂的种类很多,但在树脂使用过程中经常遇到的主要为游离氯和水中溶解氧。从以往的经验看,水中溶解氧对树脂氧化并不显著,影响较小。而游离氯对树脂的氧化破坏能力很强,影响较大。
游离氯的来源主要为两个方面:对原水或物料进行消毒处理所残留的游离氯;再生或处理树脂所用盐酸质量较差所带入的游离氯(有些工业副产盐酸游离氯含量很高)。
游离氯对树脂的影响,因阴树脂和阳树脂而有所不同:对阳树脂,因为树脂的功能基团比较稳定,游离氯主要氧化降解阳树脂的骨架,从而使其水分升高,强度下降。外观上可见树脂的颜色变淡。对阴树脂,由于胺或铵较易被氧化,游离氯将先氧化破坏阴树脂的交换基团而使树脂的交换容量降低。如果游离氯的量较多,将会进一步氧化破坏树脂的骨架,造成树脂强度降低。
但是,在实际应用中,由于阳树脂一般会置于阴树脂的前面,而游离氯的含量一般又较少,因而阳树脂遭到氧化攻击的可能较阴树脂大得多。
树脂被氧化后,不但质量下降,使用寿命缩短,而且有时还会影响出水或所处理物料的质量。因此应尽可能避免,方法如下:
尽可能使用质量较好的盐酸,避免由盐酸带入游离氯;
使用活性炭处理含有游离氯的水或物料后,再使其接触树脂。在离子交换树脂之前使用颗;钚蕴课街,不但可以吸附有机物从而使树脂减少被污染的机会,还会有效去除游离氯,可对树脂起到双重;ぷ饔;
树脂的交联度越高,其耐氧化能力越强。如已知系统中不可避免地会含有游离氯,则建议使用大孔型的离子交换树脂。因为大孔型树脂的交联度一般较高,抗氧化能力较强。

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