離子交換樹脂應(yīng)用領(lǐng)域
1)水處理
水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大,約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%,用于水中的各種陰陽離子的去除。目前,離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上,其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。
1離子交換樹脂食品工業(yè)
離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如:高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后,再經(jīng)水解反應(yīng),產(chǎn)生葡萄糖與果糖,而后經(jīng)離子交換處理,可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量僅次于水處理。
3)離子交換樹脂制藥行業(yè)
制藥工業(yè)離子交換樹脂對(duì)發(fā)展新一代的抗菌素及對(duì)原有抗菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。近年還在中藥提成等方面有所研究。
4)離子交換樹脂合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)
在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無機(jī)酸、堿,同樣可進(jìn)行上述反應(yīng),且優(yōu)點(diǎn)更多。如樹脂可反復(fù)使用,產(chǎn)品容易分離,反應(yīng)器不會(huì)被腐蝕,不污染環(huán)境,反應(yīng)容易控制等。
甲基叔丁基醚(MTBE)的制備,就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑,由異丁烯與甲醇反應(yīng)而成,代替了原有的可對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的四乙基鉛。
5)離子交換樹脂環(huán)境保護(hù)
離子交換樹脂已應(yīng)用在許多非常受關(guān)注的環(huán)境保護(hù)問題上。目前,許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質(zhì),這些可用樹脂進(jìn)行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子,回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)等。
6)離子交換樹脂濕法冶金及其他
離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。
其他補(bǔ)充
離子交換技術(shù)有相當(dāng)長的歷史,某些天然物質(zhì)如泡沸石和用煤經(jīng)過磺化制得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是,隨著現(xiàn)代有機(jī)合成工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,研究制成了許多種性能優(yōu)良的離子交換樹脂,并開發(fā)了多種新的應(yīng)用方法,離子交換技術(shù)迅速發(fā)展,在許多行業(yè)特別是高新科技產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。近年國內(nèi)外生產(chǎn)的樹脂品種達(dá)數(shù)百種,年產(chǎn)量數(shù)十萬噸。
在工業(yè)應(yīng)用中,離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)主要是處理能力大,脫色范圍廣,脫色容量高,能除去各種不同的離子,可以反復(fù)再生使用,工作壽命長,運(yùn)行費(fèi)用較低(雖然一次投入費(fèi)用較大)。以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù),如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等,各具獨(dú)特的功能,可以進(jìn)行各種特殊的工作,是其他方法難以做到的。離子交換技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還在迅速發(fā)展之中。
離子交換樹脂的應(yīng)用,是近年國內(nèi)外制糖工業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)研究課題,是糖業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。膜分離技術(shù)在糖業(yè)的應(yīng)用也受到廣泛的研究。
離子交換樹脂都是用有機(jī)合成方法制成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸(酯),通過聚合反應(yīng)生成具有三維空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架,再在骨架上導(dǎo)入不同類型的化學(xué)活性基團(tuán)(通常為酸性或堿性基團(tuán))而制成。
離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。大多數(shù)制成顆粒狀,也有一些制成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3~1.2mm 范圍內(nèi),大部分在0.4~0.6mm之間。它們有較高的機(jī)械強(qiáng)度(堅(jiān)牢性),化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定,在正常情況下有較長的使用壽命。
離子交換樹脂中含有一種(或幾種)化學(xué)活性基團(tuán),它即是交換官能團(tuán),在水溶液中能離解出某些陽離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH-或Cl-),同時(shí)吸附溶液中原來存有的其他陽離子或陰離子。即樹脂中的離子與溶液中的離子互相交換,從而將溶液中的離子分離出來。
離子交換樹脂的品種很多,因化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同而具有不同的功能和特性,適應(yīng)于不同的用途。應(yīng)用樹脂要根據(jù)工藝要求和物料的性質(zhì)選用適當(dāng)?shù)念愋秃推贩N。
1、 離子交換樹脂含有一定水份,不宜露天存放,儲(chǔ)運(yùn)過程中應(yīng)保持濕潤,以免風(fēng)干脫水,使樹脂破碎,如貯存過程中樹脂脫水了,應(yīng)先用濃食鹽水(10%)浸泡,再逐漸稀釋,不得直接放入水中,以免樹脂急劇膨脹而破碎。
2、 冬季儲(chǔ)運(yùn)使用中,應(yīng)保持在5-40℃的溫度環(huán)境中,避免過冷或過熱,影響質(zhì)量,若冬季沒有保溫設(shè)備時(shí),可將樹脂貯存在食鹽水中,食鹽水濃度可根據(jù)氣溫而定。
3、 離子交換樹脂的工業(yè)產(chǎn)品中,常含有少量低聚合物和未參加反應(yīng)的單體,還含有鐵、鉛、銅等無機(jī)雜質(zhì),當(dāng)樹脂與水、酸、堿或其它溶液接觸時(shí),上述物質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)入溶液中,影響出水質(zhì)量,因此,新樹脂在使用前必須進(jìn)行預(yù)處理,一般先用水使樹脂充分膨脹,然后,對(duì)其中的無機(jī)雜質(zhì)(主要是鐵的化合物)可用4-5%的稀鹽酸除去,有機(jī)雜質(zhì)可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去,洗到近中性即可。如在醫(yī)藥制備中使用,須用乙醇浸泡處理。
4、離子交換樹脂在使用中,防止與金屬(如鐵、銅等)油污、有機(jī)分子微生物、強(qiáng)氧化劑等接觸,免使離子交換能力降低,甚至失去功能,因此,須根據(jù)情況對(duì)樹脂進(jìn)行不定期的活化處理,活化方法可根據(jù)污染情況和條件而定,一般陽樹脂在軟化中易受Fe的污染可用鹽酸浸泡,然后逐步稀釋,陰樹脂易受有機(jī)物污染,可用10%NaC1+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗,必要時(shí)可用1%雙氧水溶液泡數(shù)分鐘,其它,也可采用酸堿交替處理法,漂白處理法,酒精處理及各種滅菌法等等。
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