离子交换树脂的氧化和降解

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）。　　用活性炭去除水中的游离氯可以使用下列经验公式进行计算： CO 0.5L Lg —— = K —— C V 　　式中：CO——进水游离氯的含量，mg/L；　　　　　C——出水游离氯的含量，mg/L；　　
  
  　　　L——活性炭层高，m；　　
  
  　　　V——过滤流速，m/h。　　考虑到HOCl的反应速度较慢，
  
  将上述公式修正为： CO L Lg —— = K —— C V 　　制造活性炭的原材料一般对脱氯效率无影响。
  
  　　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。