阳离子交换器（精选11篇）
阳离子交换器 篇1
在火电厂的水处理中现普遍应用的阳离子交换器, 用来除去或改变水中离子成分, 最常用的有无顶压对流再生离子交换器, 其优点为:出水水质好, 再生剂耗量低, 对进水水质适应范围广。其调试过程的要点如下。
1 调试前应具备的条件
(1) 水处理室、酸碱贮存间、计量间的地面、沟道防腐施工完毕, 排水沟道畅通, 沟道内无杂物, 沟盖板齐全。
(2) 水处理室应保证连续供水, 废水处理间的构筑物应施工防腐完毕。
(3) 与阳离子交换器调试有关的给水、排水、酸贮存计量系统的管道和设施全部安装完毕。
(4) 阳离子交换器的安装工作全部完成, 水压试验合格, 相关转动机械全部安装完毕, 并经试运合格。
(5) 与阳离子交换器调试有关的电气、热工、化学仪表及操作盘, 包括所有的仪表安装完毕, 并校验合格, 能投入运行。
(6) 化学分析仪器、药品、运行规程及运行记录报表齐全。
2 多级石英砂垫层装填及冲洗
先检查两个半穹形孔板拼接是否严密、与底板的缝隙要求小于1 6 m m, 四个固定装置要紧固, 螺丝要确认紧密。最下部石英砂的装填分两部进行, 由于在床体内部形成层高队穹形孔板的孔径一般在2 0 m m, 最底级级配石英砂为1 6 m m~3 2 m m, 较小的颗粒可能漏下, 所以要先人工挑选大于2 0 m m的石英砂, 将穹形孔板周边同罐体接触的部分和孔板上所有孔覆盖, 在检查无误后, 将剩余1 6 m m~3 2 m m石英砂填装至底层划线部分。逐层向上装填, 每层都要填装至每层的划线部分。
石英砂的级配及层高可参见下表:
石英砂装填完毕之后, 用阳床、阳床大反洗进水大流量进行反洗, 从下人孔排水。反洗至水质澄清。
3 阳树脂的装填
根据现场具体情况决定水力装填或人工装填, 最好使用水力装填。人工装填时要注意:千万不可使树脂整袋掉落以防碰坏罐内设备;阳树脂和阴树脂不可装错, 更不允许混在一起, 树脂装填时一定要有专人负责监视每袋树脂的包装商标及颜色, 绝对不允许将塑料袋、麻绳、树脂标签卡等装入交换器内。装入单台阳床的0 0 1×7强酸树脂, 最后树脂高度要位于中排支管上2 0 0 m m~2 5 0 m m。阴阳树脂在仓库储放必须分开摆放, 拉到制水车间的过程中, 每车只宜拉同种树脂;交换器内应有一定水位, 可以将中排门打开, 使水位始终保持在中排位置。阳树脂装填完毕后封闭人孔。
4 阳树脂的反洗
手动操作进行大反洗, 洗出细小的树脂颗粒和密度小的颗粒, 反洗时要注意控制反洗流量, 既要保证反洗强度, 又要保证不能跑漏树脂。经验表明, 反洗时使树脂层展开5 0%~6 0%, 效果最好, 反洗要一直进行到出水不浑浊为止, 一般约需1 0~1 5 m i n。反洗后可使树脂层静止沉降或排水沉降。
5 强阳树脂001×7的预处理
通过阴床再生计量箱排污口接临时管路到阳再生喷射器进酸口的办法, 将2-4%的N a O H溶液注入阳再生塔, 将其内的0 0 1×7树脂浸泡4~8小时, 然后用软化水或除盐水进行小流量反洗, 至出水澄清, 耗氧量稳定为止。然后用正式进酸管路将5%的盐酸溶液注入阳离子交换器。浸泡4~8小时后进行正洗, 至出水C l-含量与进水接近为止。
6 强酸性阳树脂001×7的再生
强酸性阳树脂在首次再生时, 再生剂的用量应为正常的0.5~1倍, 再生浓度也相应的提高, 建议用4%~5%的浓度, 再生流速为4 m/h左右为宜。逆流再生阳离子交换器再生及投运程序 (方格内有阴影的表示对应阀门/设备开启, 无阴影表示对应阀门/设备关停。参数为暂定参数, 待调试, 至出水Na+<100μg/L时再生合格。)
摘要：在火电厂锅炉补给水调试中, 阳离子交换器是首要调试的重点, 为提高阳离子交换器的调试方法和调试水平, 了解阳离子交换器的调试要点, 是十分重要的。对阳床的调试过程包括阳离子交换器的石英砂填装及冲洗、阳离子交换树脂的填装及再生调试。了解上述调试要点是走向高质量调试的可靠而有效的方法。
关键词：火电厂,锅炉补给水,阳离子交换器,调试
阳离子交换器 篇2
2006年3月19日，“东岳”承担的国家863计划“全氟离子交换膜材料研究”课题，经过3年艰苦攻关，通过了专家验收。项目负责人张永明与张恒，一个是上海交通大学的博士生导师、业内知名专家，一个只是自学成才的企业技术负责人。可是在张永明眼中，缺了张恒，离子膜项目不会成功。
全氟磺酰单体的生产是全氟离子交换膜生产过程中的重要一环。东岳集团神舟新材料有限公司副总经理高洪光说：“在这个全氟磺酰单体的生产过程中，张恒根据他多年的经验，以及查阅大量的资料，自行设计、自行画图、安装，攻克了磺酰单体这个重要的设备，才使下面我们有了高纯的单体，做出了好的树脂。如果说没有这一步，那么离子膜的成功是不可能的。因为国外只出售给中国全氟磺酸树脂，不出售生产全氟磺酸树脂的原料，所以没有这个设备，就没有这个原料的生产，也就谈不上全氟磺酸树脂的生产成功。”
为了氯碱产业的“中国心”东岳全氟离子膜产业化历程
日期：2010-08-20
中国是当今世界氯碱产能第一大国，但全球第一的光环并不能掩饰中国氯碱人的一块心病。
离子膜电解法是目前最先进的氯碱生产工艺，离子膜电解槽是氯碱工业的核心装置，而其中发挥关键作用的是安装在电解槽上的全氟磺酸羧酸离子膜（简称全氟离子膜）。这张薄如蝉翼的离子膜被认为是氯碱装置的“心脏”。一直以来，全氟离子膜生产技术被美国和日本垄断，中国氯碱装置安装的只能是洋“心脏”。从“六五”时期起，我国一代代化工人开始了漫长的离子膜国产化征程。
全氟离子膜，这枚化学工业“皇冠上的明珠”，曾是共和国几任化工部长、几代化工人未偿的夙愿。
全氟离子膜，这张含金量极高的薄膜，曾经阻滞了多少氯碱人自主自强、实现完全国产化的脚步。
直到2010年6月30日，一个民营科技化工企业——山东东岳集团100％国产化的全氟离子膜，在万吨级氯碱装置上一次通电成功。从此，中国氯碱行业终于有了“中国心”！
一次偶然的相遇 开创了一段艰辛的探索
东岳集团与离子膜结缘始于一个偶然。2003年，在杭州的一次会议上，东岳集团总裁刘传奇作了一个报告，介绍了东岳集团聚四氟乙烯产品的发展情况。当时中国聚四氟乙烯还徘徊在低档次、小规模水平，能大规模涉足的企业并不多。听着刘传奇的报告，有一个人心潮澎湃，他就是当时上海交通大学化工学院张永明博士，如今的上海交通大学教授和东岳集团离子膜项目首席专家。当时张永明正在从事全氟离子膜研究，东岳集团要做的聚四氟乙烯的单体四氟乙烯也正好是离子膜的关键原料之一。并且张永明觉得刘传奇“这个山东人讲话很实在，掷地有声”，而且东岳集团还有一位退伍军人——张建宏任董事长，合作干一番事业的念头已然在胸中升起。
2003年7月12日，张永明怀着试试看的心情给刘传奇打电话，谈了自己想与东岳集团合作搞离子膜研发的想法。没料到第二天，东岳集团的刘传奇总裁和张恒副总裁就代表公司来到了上海，邀请张永明去东岳集团进行离子膜产业化工作。张永明提出了几个去东岳的前提条件，包括为其准备实验室和实验条件等。当时东岳的科研基础条件比较艰苦，张永明认为要达到他提出的实验要求，东岳怎么也得准备几个月。再次出乎意料，东岳在一星期内打电话来，说筹建好了他要求的实验室。张永明半信半疑地第一次来到东岳。当他看到东岳为他创造的科研条件，特别是感受到张建宏那种爱才惜才的热情时，心里便认定要在东岳把离子膜的产业化进行到底。
说起两人的第一次会面，张永明教授记忆犹新：“董事长给我的见面礼很大，一个是让我享受国家的部长生活待遇。再一个是给我‘三定大权’：项目研发用什么样的人、安排什么工作岗位、给予什么样的工资待遇，完全由我决定。”2003年8月，张永明在第一次接触刘传奇短短的20多天后，便满怀激情地来到了东岳投身离子膜事业。
有了这个一拍即合的开始，接下来的路怎么走？为了争取国家方面的支持，2003年底，张建宏、张永明、张恒等赴京参加科技部的专家项目论证会。也正是在这次会议上，张建宏进一步了解了离子膜项目科技攻关的难度之大、意义之重。上世纪八九十年代，我国也曾尝试引进国外技术，但遭到断然拒绝。外国公司看家的本领怎能轻易转让给中国？自己攻克难关，成为中国人唯一的选择。当时，这个项目已经由国家组织了“六五”、“七五”两个5年重大科技攻关计划，由于技术和工程难度实在太大，一直没能成功产业化。会上，很多专家善意提醒张建宏放弃，不要冒这个险。因为“一个民营企业想攻下离子膜项目，简直比登天还难”。
一时间，外界也出现了众多质疑的声音。有人说这是东岳打着科技创新旗号的一次自我炒作。质疑，东岳的当家人张建宏和刘传奇并非第一次遇到。他们的几次重大决策，几乎都饱受争议。1998年，当他们与清华大学合作，开发环保型制冷剂时，被人称为“老乡结皇亲”，但事实证明，他们的决策是正确而超前的。由于抢先一步，东岳成为全球最大的环保制冷剂生产企业。2000年，东岳决定要上3000吨/年“塑料王”——聚四氟乙烯项目时，有人竟说“东岳要建3000吨的聚四氟乙烯，我还要造原子弹呢”。但2002年4月，经过仅仅11个月的建设，东岳3000吨/年聚四氟乙烯装置投产了。第二年，东岳就把产能规模扩大到了6000吨/年。张建宏欣慰地说：“我们一举走了中国聚四氟乙烯过去50年的路。”
正是有了之前每次决策的底气，这次张建宏认准了全氟离子膜项目。因为一方面全氟离子膜是四氟乙烯的下游高端产品，符合东岳延伸产业链实现高附加值的发展思路；另一方面中国是氯碱生产第一大国，其核心材料全氟离子膜掌控在外国人手里是可怕的，中国市场迫切需要国产的离子膜。“因此离子膜是个好东西，一定要做。”
尽管饱受质疑，但事情还是有了转机。由于离子膜项目事关中国氯碱产业的自主性，所以为了明确全氟离子膜项目的可行性，科技部专门派人到东岳进行现场考察，当他们看到东岳已经取得的成果和科技人员的艰苦攻关时，还是对这个项目给予了肯定。2004年1月，这一项目成为紧急启动的国家“863”重大项目。
东岳集团全氟离子膜项目正式上路了„„
一段艰辛的探索 换取了一个难忘的时刻
全氟离子膜从一块普通的萤石开始，到能够满足氯碱生产选择性要求，中间要经历氢氟酸、四氟乙烯、全氟磺酸单体和树脂、全氟羧酸单体和树脂，再到全氟离子膜的过程，这需要进行几十步的复杂反应和分离过程。张永明说：“全氟离子膜的生产设备摆起来有几千米长。”
高自宏，北京大学化学专业的博士后，5年前从北京来到东岳离子膜项目组做研究工作。她只是东岳离子膜项目上百人研发团队中的一员。当记者问起她的研发经历，她没有惊人之语，只说自己年复一年、日复一日总是在一遍遍摸索实验条件，一次次改变反应路径，一点点提高产物收率。她早已记不清自己做了多少次尝试，记不得实验失败了多少回。以至于最后的成功在她看来就是“水到渠成的事”。“因为我们上百人的科研团队的探索，早已摸清了复杂反应的每一个环节。”
张永明数不清自己在实验室度过了多少个不眠之夜，自己遇到了多少棘手的难题。他感到自己时常会遇到一个个难以迈过去的坎儿，自己总是在黑暗中摸索、时常碰壁。他每每带着负疚的心情去见张建宏，张建宏总是安慰他说：“做成了算你的，做不成算东岳的。”
张建宏把压力揽到了自己身上，是想让科研团队放下思想包袱。他自己承受的压力无疑是巨大的，难怪他说：“有几次我也不想干了，感到特别孤立无援，找不到出路，很痛苦。”在全氟离子膜关键材料羧酸树脂试车时进展很不顺利，头三批料都没有成功。一天晚上，在试车现场的车间里，员工们看见张建宏在墙角一直用力地踢墙壁，可想而知他的压力有多大。张建宏坦言，在离子膜研发和产业化过程中，自己每天就像走在钢丝上。
在一次次的探索中，东岳离子膜研发的环境也有改善。2005年9月8日，山东省人民政府召开东岳集团离子膜项目产业化现场办公会，离子膜项目被列为举全省之力支持的山东省高新技术一号工程；2006年3月19日，东岳离子膜研究项目顺利通过国家“863计划”验收；2006年12月18日，全氟离子膜工程技术研究被列为国家“十一五”科技支撑计划重大项目。胡锦涛、温家宝、李克强、李源潮等党和国家领导人先后视察东岳，对东岳自主创新特别是离子膜研发给予充分肯定。
2009年9月22日，是值得东岳人铭记的日子。这一天凌晨2点，1.35米×2.65米工业规格的全氟离子膜在东岳集团成功下线。当看见离子膜缓缓走下生产线时，东岳人眼里充满了喜悦的泪水。这时候，所有的科研人员体力已经完全透支。张永明更是由于长时间的科研工作，眼睛已经看不清东西，当产品成功下线时，他已经晕倒在地。
一个难忘的时刻 成就了一桩伟大的事业
离子膜下线后，东岳集团对产品的性能进行了全面检测分析，同时为大规模工业化应用作准备。张永明说：“2009年9月22日之后，我们在工程化、标准化过程中又解决了48个难题，其中主要是设备难题。由于中国设备制造水平有限，有的这儿不合适，有的那儿不合适，所以我们一直在改造。”
当然，国产离子膜最关键的还是要在氯碱工业装置上获得应用。2010年5月，同样经过艰苦努力将离子膜电解槽成功国产化的蓝星（北京）化工机械有限公司，同意在其设在中化集团沧州大化黄骅氯碱公司5000吨级的实验装置上试用东岳离子膜，做了“第一个吃螃蟹”的人。
当时在黄骅氯碱公司现场5000吨级装置上主持试验工作的蓝星（北京）化机公司服务总监苏克勤心里也是犯嘀咕的：此前20多年，曾有科研机构和企业为此做过不懈努力，但由于诸多原因未能工业化。这次东岳做出来的离子膜，真的就能成？苏克勤坦言，为了防止发生意外，确保实验装置和整个厂区的安全，他们做好了最坏的打算和最周全的预案。
2010年5月14日，黄骅氯碱厂采用东岳离子膜的氯碱生产装置正式开车。开车的结果，大大出乎所有人的意料。东岳离子膜在黄骅氯碱公司实验装置上一次通电成功，并且生产出合格的工业产品。从运行的结果来看，东岳离子膜与某外国公司的同类型离子膜性能相当。苏克勤长长地松了一口气，他说：“开车成功的那一刻，先前的担心被巨大的开心和喜悦取代了。”
此后，东岳集团又花一个多月时间，在集团内自建了一套万吨级氯碱生产装置。万吨级已经是氯碱装置的最大单套生产规模。该生产装置采用的是蓝星（北京）化机公司的离子膜电解槽和东岳集团的离子膜，实现了所有的装备、原料、技术的100％国产化。2010年6月30日晚9点48分，东岳离子膜在完全国产化的万吨级工业氯碱生产装置上一次通电成功，产出合格的工业产品。
阳离子交换器 篇3
关键词:离子交换器 再生水量 参数化设计 MATLAB
中图分类号:O29文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)01(b)-0119-01
1 引言
在化水设计中,离子交换器再生水量是必须考虑的因素。在满足供水需求的情况下,通过调整设计参数,降低再生水量,具有节能减排的重要意义。通过对离子交换器再生水量模型进行深入推导,分析出影响再生水量的参数,运用MATLAB进行计算。
2 模型简化与分析
单台离子交换器再生所需总水量为
(1)
其中V0为稀释浓再生液用水量,,、分别为稀再生液体积、再生剂（液体工业产品）体积。为离子交换器再生工艺各段耗水量之和,,f为交换器横截面积。
单台离子交换器再生水量模型为
(2)
式中T为交换器运行周期,V为每台交换器内交换剂体积,,h为床层高度。E为交换剂有效工作交换容量,n1为实际选用台数,Q为处理水流量,C＇为进出交换器水中总阳/阴离子数之差。
又,
,其中Gr为再生一次所需纯再生剂重量,c1、r1和c、r分别为稀再生液和再生剂（液体工业产品）的百分浓度、重度,q为再生剂比耗。
整理式(2),得
(3)
其中,,再生工艺参数在设计规范中已有规定。当处理水流量、水质一定时,离子交换系统的再生水量随床层高度的增加而减少。设s是单台离子交换器耗水率,,则床层高度。
3 MATLAB实现
由于式(2)中存在矩阵运算,故采用MATLAB语言编写计算程序,共有3个M文件,分别计算参数A1、A2,床层高度h和单床耗水率s。以强阳离子交换器逆流再生为例,代码如下。
%再生工艺参数计算
q0=100; c0=1.44;
n1=1;
c1=2; r1=1.008; c=30; r=1.149;
E=900; q=55;
A1=q*(1/(c1*r1)-1/(c*r))*1e-4
U=[10, 5, 15, 15];
t=[15,30,10,10];
A2=sum(U.*t)/(60*E)
%床层高度计算
s=1;
h=A2*c0/(n1*s/100-A1*c0)
%单床耗水率计算
h=2.5;
q1=q0*c0/n1*(A1+A2/h)
s=q1/q0*100
先计算A1、A2,其中流速U和时间t應根据设备选型和再生方式确定,再分别计算某一单床耗水率下的床层高度和某一床层高度下的单床耗水率,通过反复尝试,比较计算结果,确定强阳离子交换器合适的床层高度为2.5m,交换器台数为1台,单床耗水率为1%。
4 结语
本文对离子交换器再生水量模型进行了简化与分析,指出了再生水量随床层高度的增加而减少。借助MATLAB强大的矩阵运算能力,编写了计算参数A1、A2,床层高度和单床耗水率的M文件,为离子交换器再生水量参数化设计提供了参考。
参考文献
[1]HG/T 20552-94,化工企业化学水处理设计计算规定[S].
离子交换器的维护 篇4
一、钠离子交换器工作原理
钠离子软化法是利用离子交换剂中的钠离子置换出水中的钙、镁离子, 既可以除去水中的暂时硬度, 又可以除去永久硬度。钠离子交换器运行一段时间后, 交换剂置换钙、镁离子达到饱和后, 就失去软化作用, 如果需要继续使用, 必须经过再生 (还原) 处理。处理方法是将5%～8%浓度的食盐溶液再生剂输入到交换器, 利用食盐溶液中的钠离子把交换剂中的钙、镁离子置换出来。再生时形成的氯化钙和氯化镁为溶解性盐类, 可用水冲洗除去, 从而恢复交换剂的软化能力。LHZR系列全自动钠离子交换器所用树脂型号为001×7 (732) 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂, 它是在苯乙烯—二乙烯苯共聚交联结构的高分子基体上带有磺酸基 (—SO3H) 的离子交换树脂, 其酸性相当硫酸、盐酸等无机酸, 它在碱性、中性, 甚至酸介质中都显示离子交换功能, 本产品具有交换容量高、交换速度快、机械强度好等特点, 化学反应式如下 (Mg盐相同) 。
碳酸盐硬度成分:2RNa+Ca (HCO3) 2→CaR2+2NaHCO3
非碳酸盐硬度成分:2RNa+CaSO4→CaR2+Na2SO4
2RNa+CaCl2→CaR2+2NaCl
钠离子交换器 (见图1) 由交换柱、盐液和控制系统三部分组成。交换系统大多由两个 (或两组) 交换柱组成;盐液系统通常由溶盐罐、盐阀、浮子流量计等组成;控制系统包括微集成电脑 (或继电器) 组成的控制箱、多功能集成阀 (或称多路阀、旋转阀) 、传动电机、液位传感器等。其工艺流程一般为一个柱产水时, 另一个柱自动进行松床、进盐、小清洗 (置换) 、大清洗等过程, 然后自动切换, 双柱交替循环, 达到连续产水。
二、设备常见问题及维护措施
1. 树脂油污染现象时有发生
集输站场原油一般采取套管换热器、浮头换热器、大罐加热盘管等工艺加热, 由于这些加热设备的蒸汽流通管束平均使用寿命仅为2～3年, 管材焊接处腐蚀渗漏现象频繁发生, 加热管束外侧介质压力高。因此, 原油随蒸汽回水进入软化水罐的几率较高, 统计结果显示2003年至今, 共发生树脂原油污染事件六起。
解决方法:
(1) 停止使用可靠性较差的大罐加热盘管加热工艺, 特殊情况下必须采用该工艺加热, 则将回水直接排入污水池。
(2) 套管换热器、浮头换热器等加热设备则通过放空口每8h监控一次回水中是否含油。
(3) 首先将受污染的树脂清理出交换柱, 用50℃温热水将树脂表面油污漂洗, 用蒸汽将系统内管线及交换柱进行清洗置换。然后在方箱内用8%～9%的温热氢氧化钠溶液对树脂进行复苏处理。
2. 蒸汽供热金属管网回水携带部分铁锈, 树脂铁污染严重
当交换器出口水质持续不合格时, 打开离子交换器检查树脂时会发现, 树脂颜色由初装时的红色透亮, 变成红褐色部分变成黑色。表1为王窑集输站更换树脂后连续3年的含铁情况监测结果, 分别采集表层树脂样100g, 去表面杂物, 浸泡在20%的盐酸溶液中24h后, 对溶液中铁含量进行监测。
由表1可见, 离子交换树脂投用初期由于树脂结构空隙较大, 铁污染速度较快, 当其网状空隙结构逐渐趋于饱和后, 其污染速度便逐渐减缓, 一般认为每100g树脂中铁含量接近150mg后, 树脂便失效。
被铁污染的树脂, 一般用10%～20%的高浓度盐酸浸泡的办法来获得复苏, 为了进一步提高清洗效果, 可将盐酸溶液温度提高至40℃左右。表2为坪桥集输站使用4年后铁污染严重的树脂复苏情况对比表。
3. 增压泵压力不稳影响出水水质
为保证交换器出水水质, 软化产水时进口压力一般维持在0.2～0.35MPa, 排量一般控制在10～30m3/h, 最高不超过40m3/h。现场安装离子交换器额定产水量为8m3/h, 而增压泵额定排量均为25m3/h, 扬程为500m, 采取控制泵出口阀开启度的方式调节交换器出水量。由于增压泵排量和扬程均远远超过交换器能力, 手动调节阀门开启度造成水流不平稳, 导致出水水质波动较大, 平面多通阀经常出现窜漏或损坏故障。
解决方法:将原水增压泵更换为排量为10m3/h, 扬程为35m的机泵, 尽量保持整套装置连续运行。更换增压泵后, 交换器出口水质平均硬度由0.027mmol/L下降至0.018mmol/L, 平面多通阀、PVC管路使用寿命有300天延长至750天。
4. 蒸汽回水利用率低, 离子交换器负荷重影响其使用寿命
根据GB1576-96《低压锅炉水质》, 蒸汽锅炉给水硬度≤0.03mmol/L, 但当回水回收率越大时, 钠离子交换器的出水控制硬度可相应提高, 其关系如表3所示。
表3数据表明, 当冷凝回水回收率达80%时, 即使钠离子交换器出水的控制硬度已远远超标, 达到≤0.15mmol/L, 仍可将软化水罐内水质控制在低于临界值≤0.03mmol/L范围内, 而目前安塞油田集输系统锅炉冷凝回水回收率很低 (回收率不高于40%) , 大量蒸汽冷凝回水无法回收, 不仅造成水资源的浪费, 软化水量大大增加, 更使得钠离子交换器出水硬度值必须要控制在临界值以下, 使得产水时间不宜过长, 树脂再生频繁, 经济性差。
5. 设备长期停用后树脂储存方式不当造成树脂失效
安塞油田部分联合站采取夏季不加热集输工艺, 导致多数蒸汽锅炉及离子交换器7月至10月处于停用状态。而该阶段对于离子交换器及其内部树脂, 一般采取再生后放置直至10月份再次启用, 对其中间过程中树脂是否会因为缺水失效、细菌滋生变质等缺乏监控。
正确的存放方式应该是:离子交换柱完成再生、置换、正洗等工作过程后, 向容器内加入高于树脂层10cm的3%～5%盐酸溶液浸泡2～4h, 然后进行淋洗通柱。继用3～4倍树脂体积、同浓度的盐酸溶液通柱, 然后用净水洗至接近中性, 再用3%～5%的氢氧化钠溶液浸泡4h, 最后淋洗通柱。用同浓度的3～4倍树脂体积的氢氧化钠溶液通柱, 最后用净水清洗至pH值为中性, 完成再生后注入高于树脂层10cm的饱和食盐水储存, 贮存期间应使其保持湿润。一旦树脂失水, 使用时不能直接加水, 可用澄清的饱和食盐水浸泡, 然后再逐步加水稀释, 洗去盐分。
参考文献
阳离子交换器 篇5
1. 除铬阴柱设计数据
1）树脂饱和工作交换容量：大孔型弱碱性阴树脂为 60-70gCr6+/L;凝胶型强碱性阴树脂为 40-45gCr6+/L，
2）树脂层高度应为 0.6-1.0m。
3）流速不宜大于 20m/h。
4）树脂饱和工作周期：废水中 Cr6+含量为 200-100mg/L 时，饱和工作周期宜为 36h；废水中Cr6+含量为 100-50mg/L 时，饱和工作周期宜为 36-48h；废水中Cr6+含量小于 50mg/L 时，饱和工作周期由计算确定。
2. 除铬阴柱和除酸阴柱的再生和淋洗
1）再生液浓度:采用大孔型弱碱阴离子交换树脂时宜为 2.0-3.5mol/L；采用凝胶型弱碱性阴离子交换树脂时宜为 2.5-3.0mol/L。
2）再生液用量宜为树脂体积 2 倍，先用 0.5-1.0 倍上周期后期的再生洗脱液，再用 1.0-1.5 倍的新配再生液。
3）再生液流速宜为 0.6-1.0m/h。
4）淋洗水量：采用大孔型弱碱阴树脂时宜为树脂体积的 6-9 倍，采用凝胶型弱碱性阴树脂时宜为树脂体积的 4-5 倍。
5）淋洗终点pH应为 8-10。
6）反冲时树脂层膨胀率宜为 50%，
3. 酸性阳柱
1）强酸性阳树脂的工作交换容量可采用 60-65g（CaCO3表示）/L；
2）交换终点出水 pH 值为 3.0-3.5；
3）再生和淋洗要求
再生液浓度为 1.5-2.0mol/L；
再生液用量为树脂体积的 2 倍；
再生液流速为 1.2-4.0m/h；
淋洗水量为树脂体积的 4-5 倍；
淋洗终点 pH 值为 2-3；
反冲时树脂层膨胀率为 30%-50%。
4. 脱钠阳柱的再生和淋洗
1）再生液浓度为 1.0-1.5mol/L；
2）再生液用量为树脂体积的 2 倍；
3）再生液流速为 1.2-4.0m/h；
4）淋洗水量为树脂体积的 10 倍。
5. 钝化含铬清洗废水处理
1）进入酸性阳柱前废水的 pH 值宜大于 4；
2）酸性阳柱和除酸阴柱的数值用量均为除铬阴柱树脂用量的 2 倍；
3）酸性阳柱的交换终点按出水 pH 值 3.0-3.5 和除酸阴柱出水电阻率 ≤2×104Ω·cm来控制；
阳离子交换器 篇6
关键词：再生剂 温度 浓度 流速
1 理论分析
1.1 再生剂用量 离子交换反应是可逆的、如2RH+Ca2+——R2Ca+2H+当反应进行到失效后，为了恢复离子交换树脂的交换能力就可以利用离子交换反应的可逆性，用硫酸溶液通过失效的离子交换树脂，以恢复其交换能力，其反应式：R2Ca+2H+——2RH+Ca2+根据化学反应平衡原理，加大硫酸量，就相应提高了H+浓度、可以提高交换剂的再生程度，但当再生剂的量增加到一定程度后、再继续增加再生剂、再生程度提高很少。
1.2 再生剂温度 再生液的温度对再生程度有较大的影响，因为提高再生液的温度能改善树脂的再生效果，强化洗脱率，能大大地改善对树脂中铁及氧化物的消除程度，同时还能减少运行时漏Na+提高阳交换器的运行周期，一般温度为30℃-40℃。
1.3 再生液浓度 再生液浓度对再生程度也有很大影响。当再生剂用量一定时、在一定范围内其浓度越高再生程度越高，当浓度达到一定值时再生交换剂交换容量的恢复程度可达一个最高值。但对于阳离子交换树脂用硫酸再生时、如浓度过高、由于再生产物CaSO4在水中的溶解度较小，有沉淀在交换层中的危险，所以不能直接用浓度较大的硫酸再生。一般浓度<4%。
1.4 再生液流速 再生液流速是指再生溶液通过交换剂层的速度，它是影响再生程度的一个重要因素。维持适当的流速、实质上就是使再生液与交换剂之间有适当的接触时间、以保证再生反应的进行。一般再生液的流速为3-8米/秒。
2 实例论证及讨论
2.1 脱盐设备的运行工艺条件 ①脱盐水允许交换流速：15-25米/时。②控制终点：阳离子交换器出水残Na+<500ug/L。③床型及构造：树脂床直径2.5米的固定床、上部进水装置由母管（ф219）及两侧20根支管（ф57）构成，每根支管上钻有数十个小孔，外包30目尼龙网作衬里蓬起，下部出水装置ф500弓型多孔板、上面铺石英砂垫层一米高。树脂规格：阳交换器内装001*7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，粒度0.3-1.2。
2.2 再生工艺 ①固定床逆流再生、满床交换。②再生：进再生剂用量、温度、浓度、流速等诸因素的筛选。再生用工业硫酸，浓度要>92%。③置换：置换阳离子交换树脂用运行阳交换器出水，流速调至4-6米/时，置换至排水酸度比运行阳离子交换器出水酸度高0.3mmol/L。④正洗：正洗水为一级过滤水，浊度<5mg/L。
2.3 试验情况 对再生剂用量、温度、浓度、流速做实验，找出最佳操作条件。①为了减少实验次数，选正交实验方法。根据经验、确定每个因素三个位级。②开展正交试验，选用（L934）正交试验表：
[ 因素
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
R
优水平
A
1(1200)
2（1300）
3（1400）
1
2
3
1
2
3
2.26
1.86
1.43
0.83
A3
B
1（20）
1
1
2（25）
2
2
3（30）
3
3
2.09
1.82
1.64
0.45
B3
C
3（1.0-2.0）
1（0.6-1.6）
2（0.8-1.8）
2
3
1
1
2
3
2.14
1.80
1.61
0.53
C3
D
2（5）
1（4）
3（6）
1
3
2
3
2
1
2.19
1.69
1.67
0.52
D3
酸耗（公斤/吨）
0.7
0.91
0.48
0.84
0.47
0.51
0.72
0.48
0.44
Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ
=5.55
]
③对试验结果的分析 a直观分析：从表中数据可清楚地看到九次试验中效果最好的是第九次试验。酸耗为A3 B3 C3 D1。b计算分析：可能好的位级组合为A3 B3 C3 D3该组合不在前九次试验中，需要进一步验证。c极差分析：各因素主次排列为A>C>D>B，既再生剂加入量是主要因素，其次是再生液浓度和流速，温度是次要因素。d趋势图分析：
2.4 讨论 试验结果表明：树脂的制水量、单耗是随再生剂量增加而增加。这主要是由于再生交换是一个动态排代过程。提高再生剂量，可以增加排代容量，提高床的制水能力。但过多的增加再生剂量，并不能很好地提高制水能力。这说明再生剂的加入量是有一定限制的。实验中已证实用1500公斤酸与1600公斤酸结果相同，考虑到经济运行确定酸加入量为1500公斤。
3 结论
再生阳交换树脂最佳工艺参数为：①再生进酸量：1500公斤。②再生液温度30℃。③再生剂浓度1.0%-2.0%。④再生液流速7米/时。
参考文献：
[1]热力发电厂水处理[M].水利电力出版社.
[2]工业锅炉水处理及水质分析[M].劳动人事出版社.
[3]水处理工艺计算[M].水利电力出版社.
[4]水处理技术[M].机械工业出版社.
关于改进离子交换器的看法 篇7
关键词：交换器,改进
离子交换器内部的一些装置, 由于受到酸碱侵蚀、水流冲撞, 若耐腐蚀水平低、强度弱, 如使用网套式排管、塑料水帽、衬胶槽钢、衬胶支撑板等配件, 内部的一些装置就易损坏, 很容易造成跑树脂、维修难度大、维修时间长、延误制水等问题。为改善这些状况, 建议对离子交换器进行一些必要的改造, 下面浅谈一下自己的看法。
1 网套式中排装置支管的改造
老式离子交换器中排支管, 一般为网套式排管, 即不锈钢排管外套两层网套, 第一层为30目锦纶网套, 第二层为60目涤纶网套, 然后网套通过细尼龙绳捆扎在排管上, 通过U型卡把网套排管固定在槽钢上。虽然网套耐腐蚀、造价低, 但是网套不耐磨, 特别是U型卡处网套, 经常被不锈钢U型卡磨破, 漏树脂。
可将网套式支管改造为国内先进排管产品:不锈钢梯形绕丝排管。它内为带孔不锈钢管, 外套全焊式不锈钢梯形滤元, 滤元间隙小于树脂直径, 滤元与不锈钢管焊接在一起。由于绕丝为不锈钢材质, 非常耐磨, 大大延长了排管使用寿命。现在国内许多厂家都可生产这种产品。
改造时需要注意的事项: (1) 一般网套式中排装置的母管为不锈钢材质, 为节约资金, 不需要包括全部中排装置的母管、支管都更换, 仅改造更换支管就行, 需要和生产厂家强调的就是若本企业的中排装置是法兰式连接, 支管就改造成法兰式梯形绕丝支管;若中排装置是丝扣式连接, 支管就改造成丝扣式梯形绕丝支管。 (2) 若中排装置的母管和支管均为塑料, 则强度低, 支管易断裂, 造成树脂流失, 建议全部更换为不锈钢母管和不锈钢梯形绕丝支管。 (3) 另外还需要给生产厂家说明的是:支管上一定要套有U型卡固定用的不锈钢圆环, 要不然U型卡直接固定在梯形绕丝支管上, 易损伤绕丝。 (4) 支管上的不锈钢梯形绕丝, 一般约1.5 mm宽、1 mm厚, 容易被硬物砸伤、碰伤, 所以搬运、安装不锈钢梯形绕丝支管时, 一定要小心谨慎。
2 丝扣式连接中排装置的改造
若中排装置的母管与支管是通过丝扣进行连接的, 那么离子交换器在再生和运行期间, 由于水流、树脂对中排的上下冲撞, 丝扣连接排管很容易松动, 甚至脱落, 造成大量树脂流失, 因此需要对丝扣式连接的支管进行加固。为了更好地固定支管, 除了用牙钳旋紧支管外, 更加妥善的方法就是为支管加装不锈钢止动螺母。不锈钢止动螺母一般不是标准件, 需要根据支管的实际情况, 进行测量、设计、配料、加工, 一般不锈钢螺母的厚度为10 mm即可。连接时, 先将加工好的不锈钢止动螺母拧到支管上, 再将支管旋紧在母管上, 最后再将止动螺母同母管拧紧。
3 衬胶式中排装置母管支撑板、槽钢及槽钢支撑板的改造
现在通常的做法就是, 先将整个中排装置取掉, 然后对遭到破坏的衬胶层, 涂环氧树脂进行修补, 维修复杂, 且环氧树脂干透得较慢, 一般至少8 h, 且期间环氧树脂不能见水。
笔者认为治理比较彻底的方法是, 将衬胶槽钢更换为同尺寸、同规格、同强度的不锈钢槽钢;将衬胶母管支撑板和槽钢支撑板, 先从床体上取掉, 再在同样位置上焊接上同尺寸、同规格、同强度的不锈钢支撑板, 最后用环氧树脂把支撑板同床体接触附近的裸露部分修补好。这样大大减少了母管支撑板、槽钢及槽钢支撑板的维护量, 延长了设备使用寿命。
4 混合离子交换器底部塑料水帽的改造
老式的混合离子交换器底部水帽一般均为塑料水帽, 当时因为耐腐蚀、质量轻、价格低等原因而受到推广。但是在实际运行和维护中, 由于其强度低、易变形、易老化等因素, 造成塑料水帽缝隙变大、变形破裂等现象, 使树脂从混合离子交换器底部流失;在拆卸旧水帽时, 由于老化变脆, 树脂堵塞丝扣, 很容易将水帽上部拧断, 而留在混合离子交换器底板内的水帽很难取出;在装新水帽时, 如果用力轻了, 水帽上不紧, 用力重了, 又易将水帽损坏。
5 中排母管法兰螺栓松动后有间隙的改进
母管通过法兰与床体连接, 法兰螺栓稍微松动, 树脂就会沿法兰间隙排到外部。为解决此问题, 我们联想到排管外加装网套, 防止树脂漏出的原理, 采取母管法兰螺栓紧固后, 再用60目尼龙网布包裹法兰的方法, 这样即使法兰有间隙, 树脂也不会跑出。
参考文献
阳离子交换器 篇8
混合离子交换器简称混床, 是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中, 对流体中的离子进行交换、脱除的设备。一般阳、阴树脂装填的比例为1∶2, 也有装填比例为1∶1.5的, 可按不同树脂酌情考虑选择。
混床按再生方式分为体内同步再生式混床和体外再生式混床。同步再生式混床在运行及整个再生过程均在混床内进行, 再生时树脂不移出设备以外, 且阳、阴树脂同时再生, 因此所需附属设备少, 操作简便, 具有以下优点:
1) 出水水质优良, 出水pH值接近中性。
2) 出水水质稳定, 短时间运行条件变化 (如进水水质或组分、运行流速等) 对混床出水水质影响不大。
3) 间断运行对出水水质的影响小, 恢复到停运前水质所需的时间比较短。
混合离子交换器 (混床) 使用于初级纯水的进一步精制, 一般设置于阴、阳离子交换器之后, 也可设置在电渗析或反渗透后串联使用, 当进水水质在一般含盐量情况下, 出水含钠量≤10μg/L, 含二氧化硅≤20μg/L, 电导率≤0.3μs/cm。处理后的高纯水可供高压锅炉、电子、医药、造纸化工等工业部门应用。
2 工作原理
混合床离子交换法, 就是把阴、阳离子交换树脂放置在同一个交换器中, 在运行前将它们均匀混合, 所以可看着是由无数阴、阳交换树脂交错排列的多级式复床, 水中所含盐类的阴、阳离子通过该项交换器, 则被树脂交换, 而得到高度纯水。 在混合床中, 由于阴、阳树脂是相互混匀的, 所以其阴、阳离子交换反应几乎同时进行, 或者说, 水的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的, 经H型交换所产生的H+和经过OH型交换所产生的OH-都不能积累起来, 基本上消除反离子的影响, 交换进行得比较彻底。由于进入混合床的初级纯水质较好, 交换器的负载较轻, 树脂的交换能力很长时间才被子耗竭。本混合床采用体内再生法, 再生时首先利用两种树脂的比重不同, 用反洗使阴、阳离子交换树脂完全分离, 阳树脂沉积在下, 阴树脂浮在上面, 然后阳树脂用盐酸 (或硫酸) 再生, 阴树脂用烧碱再生。
3 问题发现
随着供水量逐年递增, 混合离子交换器的中排装置, 在强制高负荷状态下运行, 使中排装置压弯发生严重损坏, 支管严重变形、下弯, 支撑中部出现断裂, 中排母管下塌呈“V”形状, 支管变形严重。中排装置损坏后轻者使混合离子交换器设备周期制水量下降, 运行周期变短, 设备再生操作频繁。重者使设备中排出水漏树脂, 设备无法再生操作, 这种状况已严重影响了系统运行的安全可靠性。
4 原因分析
除盐水制水设备中为什么混合离子交换器会出现不能在高负荷下运行呢?经过进一步的分析和探讨, 发现这是由于混合离子交换器内部结构存在着缺陷以及在设备运行过程中的某些不合理操作引起的:
1) 混合离子交换器在运行过程中易形成树脂干层。这是因为离子交换器在运行过程中用进口阀调节运行流量, 交换器长时间处在低压的状态下运行, 最后在中排装置下部树脂层内形成干层, 因树脂干层收缩, 会造成中排支管的向下弯曲。从而给离子交换器排损坏创造了基本条件。
2) 混合离子交换器在运行过程中树脂层易夹杂气泡。在混合离子交换器的运行中, 树脂层内出现气泡是因为混合离子交换器用进口阀门调节流量, 交换器在低压 (0.1～0.2MPa) 下运行, 经交换反应生成的碳酸变为游离的CO2析出, 积聚在树脂层内。此外, 如果水泵轴封漏气, 也会使空气随水流进入交换器, 积聚在树脂层中。在树脂层中有气泡或干层的情况下, 正洗进水流速过高, 树脂层尚未散开, 树脂的流动性差, 夹在干树脂层中的中间排液装置被向下挤压而造成的。
3) 长期的超负荷运行, 运行中树脂压脂层的压差过大。混合离子交换器除处理反渗透出水外还直接处理一部分冷凝液, 当冷凝液水质不好时, 进水中大量油和有机物进入混合离子交换器, 在其树脂压层内聚集, 从而使混合离子交换器进出口压差逐渐增大, 在运行中易对整个中排装置产生很大的应力。
4) 混合离子交换器投运过程中操作合理。混合离子交换器入口管线设有一手动隔膜阀和一气动蝶阀, 蝶阀没有调节流量的作用。投用的时候操作人员在手动隔膜阀未关闭的状态下打开气动蝶阀, 在蝶阀开启的瞬间大量的水冲击树脂层, 树脂堆压挤坏中排装置或再生布碱装置。
5) 系统设计不尽合理, 是混合离子交换器中排装置易损坏的一个重要原因。混合离子交换器没有进出口压差监测系统, 当设备高负荷运行时, 没有评判标准, 易失去控制。
5 解决办法
根据上述分析可知, 为避免混合离子交换器中排装置损坏, 可通过运行和设备两种途径分别加以解决。
5.1 运行方面
1) 为防止树脂干层及CO2析出应保持交换器在0.4～0.6 MPa压力下运行。通过控制其出水阀开度的办法调节混合离子交换器的运行压力, 使之尽可能达到或接近0.4MPa以上压力运行。特别应该指出的是设备长期停用或因阀门漏水造成树脂干层时, 进水速度一定要缓慢 (2～3m/h) , 使树脂层中的气泡能慢慢逸出。
2) 定期监测预处理设备的出水水质, 并在制水过程中严格控制设备的运行负荷及进出水压差。使设备出水量在工艺指标范围内, 进出水压差尽可能保持在0.1MPa以内。
3) 提高员工操作水平, 精细化操作。在设备投用时先打开气动蝶阀, 后开手动隔膜阀, 以减少瞬间冲击。
5.2 设备方面
1) 在进出口管线增加压力表, 加强混合离子交换器运行时压差监控。
2) 混合离子交换器的中排支撑槽钢进行了加固处理。原碳钢角铁衬胶支撑, 改为不锈钢槽钢支撑, 在槽钢和管壁焊接处进行防腐处理。
3) 采用新型中排支管如图1所示。原有支管涤纶套包扎以后体积较大, 易老化开裂而造成中排漏树脂, 所使用涤纶套支管的设备维修周期较短。采用了T型316L绕丝中排支管, 该支管通过不锈钢丝间的缝隙进行滤水, 它的受力面积较小, 布水效果比涤沦套支管更好, 即使在一瞬间受到过大的压力, 造成弯曲变形, 但在压力消失后, T型不锈钢绕丝支管会迅速恢复原来正常状态, 这样设备不会受到损伤, 不会产生树脂跑漏现象, 同时还可以免去经常更换涤沦套而带来的麻烦。
6 结论及建议
改性阳离子交换树脂应用研究进展 篇9
关键词：阳离子交换树脂,改性,催化剂,吸附剂
强酸性阳离子交换树脂是目前常用的离子交换树脂之一,其主要交换基团为磺酸基(-SO3H),作为固体酸催化剂和吸附剂,可以重复使用,它的开发与应用已取得较大进展[1,2,3,4]。相比单纯的阳离子交换树脂,改性阳离子交换树脂催化性能和吸附性能明显要高,且重复使用的效率也相对提高,是一类环境友好型催化剂和吸附剂,许多特定用途的阳离子交换树脂已经商品化[5,6,7]。本文主要介绍改性阳离子交换树脂在有机合成(酯化反应、缩醛、缩酮反应、醚化反应、酚类合成等)、废水处理、分离提纯等方面的应用。
1 有机合成
1.1 酯化反应
传统法酯化反应常以浓硫酸为催化剂,副反应多,设备腐蚀严重,废液较多。采用固体酸改性阳离子交换树脂作催化剂用于酯化反应,催化剂重复利用率高,设备腐蚀性小,后处理简便,已得到广泛应用。
陈丹云等[8]用硫酸镓改性阳离子交换树脂为酯化催化剂,合成食用香料异丁酸异丁酯,最佳反应条件下其收率可达93.9%。该催化剂经简单烘干再生处理就有良好的重复使用性,第7次使用收率仍可达83.6%。张霞[9]用硫酸高铈改性阳离子交换树脂催化合成异戊酸丁酯,最佳反应条件下其收率可达91.3%。周慧等[10]用硫酸镓改性阳离子交换树脂催化合成异丁酸异戊酯,最佳反应条件下其收率可达97.0%。
张萌萌等[11]以柠檬酸和正丁醇为原料,Sn Cl4改性阳离子交换树脂为催化剂合成柠檬酸三丁酯,最佳反应条件下柠檬酸三丁酯的产率可达97.3%,该催化剂不经任何处理重复使用8次后,产率仍为96%。李巧玲[12]以乙酸和甲醇为原料,金属离子改性阳离子交换树脂为催化剂合成乙酸甲酯,最佳反应条件下乙酸转化率可达88.48%。李运山[13]以乙醇和丁二酸酐为原料,金属负载型阳离子交换树脂为催化剂合成琥珀酸单乙酯,最佳反应条件下乙酸正丁酯产率达93%以上。
张凤等[14]以732型阳离子交换树脂和Zn Cl2改性树脂为催化剂对生物油进行催化酯化改质,在相同实验条件下Zn Cl2改性树脂和732型树脂催化乙酸的转化率分别为70.11%和62.31%,改性树脂比未改性树脂催化活性有较大提高,且其重复性较好,生物油性能得到明显提高。任景涛等[15]用Sn Cl4改性聚苯乙烯磺酸树脂制备酯化催化剂,其在连续分水条件下可保持稳定高效的催化效果,乙酸转化率可达98.56%,且重复多次使用,催化性能基本不变。
赵文军等[16]采用液固溶剂法以磺酸型离子交换树脂为载体,无水乙醇为溶剂,负载三氯化铁制备成固体酸催化剂用于催化乳酸铵与丁醇的酯化反应,其酯化率可达96.1%,明显高于未改性树脂和Fe Cl3,并可重复使用。
李建伟等[17]采用离子交换制备了Lewis酸改性强酸型阳离子树脂催化剂用于乙酸异戊酯的合成,最佳反应条件下其产率达83.8%,该催化剂具有Lewis酸的高效催化活性,具有一定的可重复使用、绿色环保的优点。蓝平等[18]以冰乙酸和正丙醇为原料,用强酸性阳离子交换树脂负载金属离子作为催化剂制备乙酸正丙酯,负载锆离子的催化性能最好,最佳反应条件下乙酸转化率可达68.79%。
李瑞海[19]发明了一种以无水Sn Cl4改性阳离子交换树脂为催化剂制备柠檬酸三丁酯的方法,一水柠檬酸、正丁醇和Sn Cl4改性树脂催化剂进行酯化反应,柠檬酸反应转化率可达98%以上,反应条件温和,催化剂可重复循环使用,污染小。
刘艳秋等[20]采用浸渍法对磺酸型阳离子交换树脂进行负载改性,Mg SO4与树脂的磺酸基团发生配位,形成新的催化活性中心,Mg SO4的最佳负载量为5%,比未改性树脂的活性提高了30.1%,且改性树脂重复使用5次后催化性能仍较稳定。
1.2 缩醛、缩酮反应
缩醛、缩酮类化合物是一类重要的化工产品,阳离子交换树脂可有效催化此类反应,但其存在耐热性和稳定性都不好的问题,一般对其进行改性后用于此类缩合反应,改性阳离子交换树脂具有催化活性好、重复利用率高等优点。
王志亮等[21]将大孔阳离子交换树脂的磺酸基团与Ti Cl4络合,应用于合成甲缩醛反应体系,在相同实验条件下,合成甲缩醛的反应收率比改性前最大提高了13.5%,催化剂重复使用6次,催化活性无明显降低。
徐斌等[23]采用乙二胺对磺酸型阳离子交换树脂进行胺化改性,用于催化环己酮自缩合反应,环己酮转化率为62.1%,二聚物选择性为98.0%。改性树脂重复使用5次后,催化性能仍较稳定。
Guo Jintang[23]以D-72强酸性阳离子交换树脂-钯作为催化剂用于聚酮反应,树脂可吸附回收废液中的Pd2+、Cu2+等,重复利用的催化剂其催化活性较高,在一氧化碳和苯乙烯共聚反应中表现出良好的催化活性。
1.3 醚化反应
醚是重要的化工原料,可用作有机溶剂,在制药、燃料、农药精细化学品合成等化学工业中有很多独特用途,将改性阳离子交换树脂应用于醚化反应也有诸多文献报道。
陈维等[24]将Sn Cl4与大孔阳离子交换树脂上的磺酸基团发生络合反应,制得Sn Cl4改性树脂用于合成甲基仲丁基醚反应,最佳反应条件下正丁烯转化率可达7.23%。施敏浩等[25]在固定床管式反应器中,以改性大孔阳离子交换树脂为催化剂,系统地研究了甲醛与甲醇缩醛化工艺条件,最佳反应条件下甲醇转化率为69.72%。
刘小兵等[26]制备了系列用于以甲醇、甲醛和多聚甲醛为原料合成聚甲氧基二甲醚(PODEn)的Sn Cl4改性大孔阳离子交换树脂催化剂,Sn Cl4改性催化剂酸强度降低,酸性中心数量有所增加,最佳反应条件下甲醇转化率和目标产物PODE3-5选择性分别为41.10%和29.74%。
1.4 酚类合成
酚类化合物是一类重要的化工原料,可制造染料、药物、酚醛树脂、胶粘剂等。改性阳离子交换树脂用于催化合成酚类的文献报道也较多。
T.Terajima等[27]发明了一种新的具有磷酸盐结构的巯基改性树脂催化剂用于酮类反应制备双酚化合物,实验证明其具有非常高的活性,且较传统改性树脂具有更高的选择性。
王丽丽[28]以苯酚和丙酮为原料,Lewis酸改性阳离子交换树脂催化合成双酚A,最佳反应条件下催化剂重复利用5次后,双酚A产率仍可达67%左右,选择性为92%。马少波等[29]分别用4种不同结构的巯基试剂对主催化剂改性,其中N,N-二甲基-3-巯基丙胺对双酚A催化剂改性效果最佳,其丙酮转化率大于91%,双酚A选择性大于97%。Wang Bao-he等[30]以Zn Cl2改性阳离子交换树脂为催化剂用于合成双酚A,改性树脂较未改性树脂表现出优异的催化活性、选择性和稳定性,以Zn Cl2改性树脂催化合成双酚A最佳,其收率和选择性分别达到了69.5%和95.2%。孙玉琳等[31]探索了树脂磺化及预处理方法对合成双酚A反应催化性能的影响,并采用双酚A固定床合成反应评价了巯基化改性磺化阳离子交换树脂的催化效果,树脂表面合适的酸量和酸强度有利于提高催化反应的活性和选择性,改性树脂催化性能优于商业化树脂。
专利EP 20120728784[32]用二甲基噻唑改性阳离子交换树脂用于催化酚和酮合成双酚A,催化剂体系包含多个磺酸基团的阳离子交换树脂基体和二甲基噻唑改性剂,二甲基噻唑与磺化后的树脂以共价键和离子键交联,交联度在20%左右,改性树脂可提高化学反应速率和所需双酚A异构体的选择性。专利EP 20070025003[33]发明了一种改性阳离子交换树脂制备双酚A的方法,改性树脂至少含有季铵离子、双铵离子和含氮芳香阳离子3种离子中的一种,其丙酮转化率可达56.8%,双酚A选择性高达93.3%,比传统阳离子交换树脂和同一方法制备的其他催化剂具有更高的选择性。
张文雯等[34]用金属离子负载阳离子交换树脂催化合成双酚F,负载Al3+树脂在合成双酚F反应中具有较高催化活性,该负载型树脂催化合成双酚F收率达80.67%。陈桂等[35]以Al Cl3和Ti Cl4协同改性阳离子交换树脂催化合成双酚F,其收率达90.02%,比未改性或Al Cl3改性树脂催化效果都好,其重复利用率也优于后两者。
1.5 其他有机合成
杨洪涛[36]采用间接法得到磺酞氯树脂,用胺类试剂改性D008阳离子交换树脂,其中十八胺改性树脂催化丁烯水合反应的活性明显提高,当胺化率在6.8%时丁烯的单程转化率最高,比D008树脂的丁烯单程转化率高出16%左右。
宋国强等[37]在以改性阳离子交换树脂为催化剂、H2O2为氧化剂的催化氧化体系中以环己烯直接氧化制备1,2-环己二醇,最佳反应条件下,环己烯的转化率大于99.0%,产品1,2-环己二醇的选择性大于98.0%,该催化剂重复使用12次未见其活性和选择性明显下降。
Faranak Sadegh等[38]制备了钯固定化阳离子交换树脂[Pd(TTMAPP)]@Dowex50 WX8和[Pd(TTMAPP)]@Amberlit IR-120,改性树脂在C-C偶联反应中有良好的催化活性和高的可重用性,已成功地应用于各类卤代芳烃的反应。
周洁等[39]制备了Ce4+改性732型阳离子交换树脂,改性树脂催化活性有较大提高,将改性树脂用于生物柴油环氧化反应中,当加入量为生物柴油质量的7%时,所得的环氧甲酯的环氧值可达5.85%。
王贵海等[40]以Al Cl3改性阳离子交换树脂为催化剂,甲酸为活性氧载体,双氧水为活性体合成环氧大豆油,最佳反应条件下环氧大豆油的环氧值达到6.21%,Al Cl3改性树脂使用4次后环氧值为6.18%,具有良好的重复使用性能。
Ma Yingqun等[41]以废食用油和甲醇为原料,用三氯化铁改性树脂作为非均相催化剂生产生物柴油,酯交换率达到92.13%,比未改性树脂和三氯化铁为催化剂的酯交换率分别高出13.37%和27.81%,该改性树脂重复运行9次后,酯交换率仍达到73%。
Martín S.Gross[42]将Pt负载于阳离子交换树脂上用于催化液态甘油氧化制备甘油酸,在树脂颗粒中铂含量分别随着氯离子、柠檬酸盐和碘离子含量的增加而增大,其中碘离子可使铂与树脂的活性位点发生变动,可显著提高甘油酸的选择性氧化结果,该类催化剂表现出很好的活性和稳定性。
杨靖华等[43]以732型阳离子交换树脂为载体,通过离子交换络合无水Al Cl3,制备Al3+/树脂催化剂,最佳反应条件下Al3+的负载量可达到2.29%,将该催化剂用于乙烯裂解副产C9馏分催化聚合反应,取得了良好的催化聚合效果,使用树脂固体催化剂催化聚合多烯烃,省去脱除催化剂的过程,不产生反应系统的洗脱废液。
2 废水处理
改性阳离子交换树脂在水的软化、脱盐、环境修复、废水治理等领域有着广泛的应用。树脂为多孔网状立体结构,是离子在树脂内部扩散进出的通道,通道内壁具有众多的功能基团,是离子交换反应的活性点,改性阳离子交换树脂可提高树脂废水处理的效率[44,45]。
Bandegharaeia A[46]利用萃取溶剂甲苯胺蓝对Amberlite XAD-7树脂进行功能化修饰,并研究了改性后树脂对Cr(Ⅵ)的吸附性能,改性树脂对Cr(Ⅵ)吸附速率加快,但是其改性树脂的交换容量不及改性Aliquat 336树脂,可能是改性Aliquat336树脂不但具有离子交换功能,还具有萃取功能。Siyal A[47]、Rajesh N[48]等分别对Amberlite XAD-2、Amberlite XAD-1180进行改性,改性树脂对Cr(Ⅵ)的交换容量大幅提高,最高可达到196.1mg·g-1。
周彦波[49]用四丁基溴化铵(TBAB)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对阳离子交换树脂进行改性制备新型填料用于乳化油废水处理,在相同实验条件下,在所监测的14 h内,R-H(未改性)、R-CTAB和R-TBAB的平均油去除率分别为62.9%、78.4%和67.4%,改性树脂作为含油废水的填料处理效果更佳。
蔡艳[50]利用废弃大孔强酸性阳离子交换树脂为原料合成Zn S/活性炭复合材料,对Cu2+、Pb2+和Ni2+均实现了98%以上的吸附率,且对甲基橙的光降解率达到48.0%。
彭佳乐[51]以亚胺基二乙酸基螯合D751阳离子交换树脂,以Cu2+作为负载金属离子制备载铜螯合树脂,该改性树脂对稀氨水中氨氮具有良好的吸附性能,NH3-N2饱和吸附量高达44g·kg-1(干树脂)。
李方文等[52]研究了十六烷基三甲基溴化铵改性732型阳离子树脂及改性树脂对轧钢乳化油废水的除油和除浊性能,在滤柱运行时间内,改性树脂的除油率和除浊率均达98%以上,比未改性树脂分别提高了31.7%和8.0%,且高去除率能保持稳定。
3 吸附分离
改性阳离子交换树脂还可用作吸附剂,用于吸附分离领域。赵颖颖等[53]以硝酸铝溶液对D001阳离子交换树脂进行负载金属改性研究,在考察范围内硝酸铝溶液改性树脂对溴化钠吸附率达50.50%,交换容量达到16.60mg·g-1。
Syed Wasim Ali等[54]用纳米铁改性阳离子交换树脂吸附含Cr6+溶液中的金属离子,改性树脂载体粒径越小,其吸附能力越强,改性树脂在Cr6+浓度为250μmol·L-1的溶液中吸附Cr6+、Fe3+和Cr3+分别为80μmol·g-1、2.75μmol·g-1和2.25μmol·g-1。
何宗良[55]用镧和铈改性732型阳离子交换树脂用以吸附水体中的As4+和As3+,铈改性树脂对As4+和As3+的吸附容量明显优于镧改性树脂,室温下以0.217的稀土/树脂比制备铈改性树脂可作为水中砷的去除吸附剂。
娄城等[56]选取十二烷为溶剂加入喹啉作为模拟油,测试负载金属离子的改性树脂对碱性氮化物的脱除效果,负载Fe3+、Ni2+的改性树脂对碱性氮化物的脱除效果明显好于空白树脂,改性D001阳树脂在40℃下脱除率能达到90%以上。
Wang Qian等[57]以二茂铁改性732型阳离子交换树脂吸附水溶液中的亚甲基蓝和铜离子,二茂铁改性树脂吸附Cu2+容量为392.16mg·g-1,亚甲基蓝吸附容量为10.01mg·g-1。
4 其他方面
王茹等[58]采用水热反应法制备了氧化锌/阳离子交换树脂,氧化锌改性树脂对亚甲基蓝具有较好的光催化性能,其降解率最好可达93.36%。
张强等[59]利用硫酸铁溶液和氢氧化钠溶液改性阳离子交换树脂作为催化剂用于亚甲基蓝的降解,改性树脂在光催化降解亚甲基蓝时催化降解性能较好,待处理水体中亚甲基蓝的浓度下降明显,且10 min后亚甲基蓝水体中亚甲基蓝浓度已经很低,基本可以处理完全,处理效率高,可重复利用。
曾家豫等[60]用改性后带环氧基的D152阳离子交换树脂与漆酶分子共价结合制得固定化漆酶,所固定漆酶与载体结合牢固,不易被洗脱且固定化方法简单,成功率高,最佳反应条件下,固定化酶比活力为0.026U·g-1,活力回收率为3.67%。
5 结语
强酸性阳离子交换剂吸附性能比较 篇10
关键词：离子交换纤维,吸附性能
离子交换纤维是以纤维是一种新型纤维状吸附与分离材料[1,2,3], 其交换吸附速度、洗脱速度要比相应的树脂快, 此外, 离子交换纤维的应用形式多样, 可制成纤维、纱网、非织造布等方面用于吸附分离具有良好的前景, 特别在水溶液中各种金属离子的吸附处理以及有害气体的防护方面取得了良好的效果[4]。
离子交换纤维在我国的应用还处于基础研究阶段[5]。离子交换纤维与离子交换树脂的性能比较方面的文献至今未见报道。本文采用本实验室自制的1号和2号Na+型强酸性阳离子交换纤维和市面上广泛使用的732和001×1Na+型强酸性阳离子交换树脂对Ca2+、Ag+和Pb2+进行吸附性能的比较。
1 实验部分
1.1 原材料、试剂与仪器
1号和2号Na+型强酸性阳离子交换纤维为本实验室自制、732强酸性阳离子交换树脂为上海山浦化工有限公司提供、001×7强酸性阳离子交换树脂为皖东化工提供。
Na2B4O7·10H2O、NaOH、HCl和邻苯二甲酸氯钾均为市售分析纯试剂;二次去离子水为本实验室自制。
离子计PP-15德国sartorious公司、磁力搅拌器上海司乐仪器厂、水浴震荡器江苏省金坛市医疗仪器厂、电子分析天平ALC-110.4德国sartorious公司。
1.2 分析方法
溶液中Ca2+、Ag+和Pb2+的浓度通过金属离子浓度标准曲线法得出。
1.3 实验方法
1.3.1 交换剂的预处理
取干离子交换剂, 用浓度为1mol/L氢氧化钠溶液浸泡12h后, 用二次去离子水洗至中性即得钠型离子交换剂[3]。
1.3.2 静态吸附实验
取一定量的干离子交换剂和一定量已知浓度的金属离子溶液于带塞锥形瓶中, 密封。恒温摇荡一段时间后, 测定吸附前后溶液中金属离子的电位, 根据金属离子浓度标准曲线法算出金属离子的浓度, 吸附量和吸附率分别按下 (1) 和 (2) 式计算[6]:
式中, C0:溶液中金属离子的起始质量浓度, Ce:溶液中金属离子的平衡质量浓度, m:干离子交换剂的质量, V:溶液体积。
2 结果与讨论
2.1 pH对吸附的影响
取一定量干1号Na+型强酸性阳离子交换纤维8份, 加入一定量已知浓度Ca2+溶液, 用缓冲溶液调整溶液的pH值。在25℃下恒温震荡器上摇荡30min后, 采样, 测定试液中Ca2+的电位, 根据金属离子浓度标准曲线法算出Ca2+的质量浓度, 并计算出Ca2+的静态吸附率。采用相同的方法得出Ag+和Pb2+的静态吸附率。表1给出了不同pH值下1号Na+型强酸性阳离子交换纤维对Ca2+、Ag+和Pb2+的静态吸附率/%。
从表1得出, 1号Na+型强酸性阳离子交换纤维对Ca2+的吸附, 吸附率基本上不随pH值变化, 原因是Ca2+的形态基本上不随pH值的变化而变化;对Ag+和Pb2+的吸附, 吸附率先随着pH值的增大而增大, 达到一定程度后随pH值的增大反而减少, 原因是pH值较低时, 溶液中H+离子浓度较高, H+就会与Ag+和Pb2+产生被吸附竞争, 纤维吸附H+, 使Ag+和Pb2+吸附率下降, 当溶液中pH值逐渐增大时, Ag+和Pb2+离子的被吸附作用强于质子H+, 故吸附率增加, 随着pH值的增大, 吸附率也随之增加, 当pH值分别增大到大约9和6时, 溶液中OH-浓度增加, Ag+和Pb2+发生水解, 形态会发生改变, 形成羟基络合物稳定存在于溶液中导致吸附率降低, 故对Ag+和Pb2+吸附时的最佳pH值分别为7和4左右。
2.2 初始溶度对吸附的影响
取一定量干1号Na+型强酸性阳离子交换纤维5份, 加入一定量不同已知浓度Ca2+溶液, pH值为3.14, 25℃下摇荡30min后, 测定溶液中残留Ca2+的电位, 通过金属离子浓度标准曲线法得出Ca2+的质量浓度, 并计算出Ca2+的吸附量和吸附率, 采用同样的方法得出Ag+和Pb2+吸附量和吸附率。图1给出了初始浓度对Ca2+吸附的影响;表2和表3分别给出了初始浓度对Ag+和Pb2+吸附的影响。
从图1、表2和表3看出, Ca2+、Ag+和Pb2+吸附量先随着初始浓度的增大而增多, 在未达到吸附平衡前, 吸附率与初始浓度有关, 原因是对于稀溶液, 离子浓度越高, 每一个被吸附的离子与交换剂中Na+的交换机会就越多, 故吸附率越大;当离子吸附达到交换剂的饱和吸附量时, 吸附率就会下降。原因是交换剂的交换容量与它交换基团数量有关。
2.3 温度对交换反应的影响
取一定量干1号Na+型强酸性阳离子交换纤维8份, 加入一定量已知浓度Ca2+溶液, pH值为3.14, 不同温度下, 摇荡不同时间后, 测定溶液中残留Ca2+的电位, 通过金属离子浓度标准曲线法得出Ca2+的质量浓度, 并计算对Ca2+的吸附率。采用同样的方法得出Ag+和Pb2+吸附率。图2给出了纤维对Ca2+的等温吸附曲线。表4和表5分别给出了纤维对Ag+和Pb2+的等温吸附率。
时间/min
时间/min
由图1、表4和表5可知, 随着温度的升高, 达到吸附平衡的时间逐渐缩短, 原因是离子交换过程一般需经历3个步骤[7]: (1) 离子由溶液经液膜扩散到交换剂表面; (2) 离子由交换剂表面向树脂内部扩散; (3) 离子在交换剂内活性位置发生交换反应。离子交换过程受液膜扩散、颗粒扩散和化学反应3个步骤速度的影响, 随着温度升高, 扩散速率和交换速率均有提高, 从而加快了整个过程的交换速率。
2.4 静态饱和吸附量
取一定量干离子交换剂, 加入一定量已知浓度Ca2+溶液, pH值为3.14, 25℃下静置, 每隔一段时间取样测定, 直至先后两次测得的电位基本一致为止。此时, 吸附已达饱和, 每克纤维所吸附的离子量称作饱和吸附量。采用同样的方法得出Ag+和Pb2+的饱和吸附量。表6、表7和表8分别给出Ca2+、Ag+和Pb2+静态饱和吸附量。
由表6、表7和表8可知, 本实验室自制的1号和2号Na+型强酸性阳离子交换纤维对Ca2+、Ag+和Pb2+的饱和吸附量均高于732强酸性阳离子交换树脂和001×7强酸性阳离子交换树脂。
2.5 吸附等温线
取一定量干离子交换剂9份, 加入一定量已知浓度的Ca2+溶液, p H值为3.14, 在40℃下恒温震荡器上摇荡, 每个一段时间采样, 测定试液中Ca2+电位, 通过金属离子浓度标准曲线法得出Ca2+的质量浓度, 并计算Ca2+的吸附率。采用同样的方法得出Ag+和Pb2+的吸附率。图3给出离子交换剂对Ca2+吸附等温线;表10和表11分别给出交换剂对Ag+和Pb2+吸附率。
时间/min
时间/min
由图3、表10和表11可知, 本实验室自制1号和2号Na+型强酸性阳离子交换纤维对Ca2+、Ag+和Pb2+吸附速度很快, 均在3到6min内达到吸附平衡, 且吸附率均大于97.0%以上。732强酸性阳离子交换树脂和001×7强酸性阳离子交换树脂均在18min后才达到吸附平衡, 且吸附率小于1号和2号Na+型强酸性阳离子交换纤维。本实验室自制的1号和2号Na+型强酸性阳离子交换纤维对Ca2+、Ag+和Pb2+吸附速度明显快于732强酸性阳离子交换树脂和001×7强酸性阳离子交换树脂。
3 结论
(1) 本实验室自制的1号Na+型强酸性阳离子交换纤维对Ca2+的吸附不受p H值的影响, 而Ag+和Pb2+的最佳吸附pH值分别为7和4左右。
(2) 在最佳pH值、25℃下, 本实验室自制的1号、2号Na+型强酸性阳离子交换纤维的静态饱和吸附量高于732强酸性阳离子交换树脂和001×7强酸性阳离子交换树脂。
(3) 在最佳pH值、40℃下, 本实验室自制的1号和2号Na+型强酸性阳离子交换纤维对Ca2+、Ag+和Pb2+吸附速度明显快于732强酸性阳离子交换树脂和001×7强酸性阳离子交换树脂, 且吸附率也大于732强酸性阳离子交换树脂和001×7强酸性阳离子交换树脂。
参考文献
[1]何炳林, 黄文强.离子交换与吸附树脂[M].上海:上海科技教育出版社, 1995.
[2]曾汗民.功能纤维[M].北京:化学工业出版社, 2005:1-2.
[3]熊洁, 许云书, 黄玮.偕胺肟基螯合吸附分离材料研究进展[J].材料导报, 2006, 20 (7) :102-108.
[4]汪朝阳.离子交换纤维的制备、应用与前景[J].化工新型材料, 2004, 32 (6) :27.
[5]周绍萁.离子交换纤维制备和应用的研究进展[J].北京服装学院学报, 2004, 24 (4) :9-17.
[6]曾庆轩, 邓琼, 冯长根, 李明愉.离子交换纤维在处理火炸厂生产废水中的应用[J].火工品, 2004, 26 (5) :1003-1480.
阳离子交换器 篇11
在核电厂中水质的控制是至关重要的,从河流到机组所需合格水质,从机组内部循环到废液排放,每个环节的水质都必须经过处理控制的,而离子交换器则在这些环节中起着极其重要的作用。
原水经过离子交换器净化后得到无任何杂质离子的除盐水为机组提供运行所需水质以减少杂质离子对设备的腐蚀;在机组运行回路中将会不断产生腐蚀产物杂质离子,因此机组运行当中需通过离子交换器不断净化除去腐蚀产物离子;在核电厂一回路水质中腐蚀产物被活化后具有一定放射性,然这些水质在排放过程中也需经过离子交换器除去放射性杂质离子,使排放水质的放射性降至允许排放标准以下。
2 离子交换器离子交换过程中影响因素
离子交换器中充满了离子交换树脂,离子交换过程可以看作溶解化合物和不溶树脂两者之间的化学置换反应,即H型树脂上的H+与水中的M+离子发生交换反应,OH型树脂上的OH-与水中的N-离子发生交换反应。经过研究,离子交换树脂对水中阴阳离子吸附能力受下述因素影响。
1)离子电荷与树脂吸附交换有很大关系
在低浓度水溶液中,交换离子的电荷越大,越容易被树脂吸附:
对于阳离子:Th4+>AL3+>Ca2+>Na+
对于阴离子:PO43->SO42->NO3-
但在高浓度水溶液中,高浓度的低价离子却往往有较高的交换势,这个特性可用于树脂的再生。
2)离子半径和水合作用
在低浓度水溶液中,相同电荷的离子,水合半径越小或离子的水合能越小,越容易被吸附交换。一般原子序数越大,水合能越小,越容易被吸附。
对于碱金属元素:Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+
对于碱土金属元素:Ra2+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Be2+
对于卤素元素:I->Br->Cl->F-
但随着温度浓度的增高,同价离子交换势差别逐渐缩小,甚至出现反常。综上所述,H+,Li+,OH-价位低且水合能较大,很容易被其他元素置换出来,因此离子交换树脂大都是H型,Li型,OH型树脂。
3 M310型核电机组运行当中遇到的问题及原因分析和应对措施
3.1 反应堆冷却剂通过下泄回路中的离子交换器去除运行当中产生的各种放射性杂质离子,在运行过程中发现,当下泄回路温度控制不稳定时将造成反应堆反应性变化。
原因分析:为了除去放射性物质,下泄回路中的离子交换器对下泄流进行除盐净化,该离子交换器为Li型树脂和OH型树脂组成的混床。一回路采用Li OH作为p H控制剂,采用Li型树脂将不会引入多余的杂质,同时也达到了控制p H的目的。而OH型树脂在刚投入运行进行硼饱和过程中很快被冷却剂中的硼酸转换成硼酸型。因此与其说是离子交换器是锂-氢氧型混床不如说锂-硼酸型混床。混床对除铯以外的各种离子交换效果很明显,尤其对腐蚀产物Ni2+、Cr3+、Fe2+及I-去污效果非常好。
从强碱型树脂对硼酸吸附的研究中发现,树脂对硼酸的吸附有个明显的特点:吸附容量随温度而变,在低温下的吸附容量高于高温下的吸附容量。利用这个特点,西屋公司在压水堆设计中上充下泄回路中增加了硼热再生系统主要用于调节负荷跟踪要求冷却剂硼浓度的变化。这也是目前机组由于下泄温度变化而使反应性变化的主要原因即当下泄温度升高时,树脂对硼酸的吸附能力减弱,部分硼酸离子析出进入一回路,使一回路的硼浓度增加,对一回路硼化导致平均温度降低,为维持当前功率运行,控制棒将自动提升来补偿这部分负反应性。
应对措施:对于影响反应堆反应性的离子交换器,应严格控制进入离子交换器流体的温度,减小温度变化对离子交换器的影响,避免离子交换器吸附能力的变化导致硼浓度变化而影响反应性。
3.2 在蒸汽发生器排污回路中设置离子交换器主要除去二回路水质中的钠离子,对于离子交换器是否失效,正常是以离子交换器电导率高低来判断,如高了就直接更换离子交换器。然而经化学人员多次分析后发现离子交换器电导率高了仍能保证一段时间运行而不漏纳。
原因分析:对于核电机组二次侧设备为减小腐蚀,水质PH基本控制为偏碱性,蒸汽发生器中的水质一般加入氨来控制PH值,因此排污水质中含有一定量的氨,与离子交换器中氢型树脂发生交换反应:
通常,阳床后的电导表显示阳床树脂失效时,主要为大量的氨穿透导致的阳树脂氨饱和,而实际上,氨型树脂对于杂质钠离子仍然具有交换能力,此时在前置阳床发生反应:
这时前置阳床的运行方式即为氨化运行,离子交换器后的电导表测量的是水质的导电率,无论阳离子,阴离子都会使测量值上升,因为氨的穿透,导致电导升高,主控出现报警。
应对措施:对于氨穿透的离子交换器处理应考虑更改失效判别依据,不要根据电导报警来更换离子交换器应在电导率出现报警后加强对离子交换器的Na离子进行取样跟踪,等取样分析确认离子交换器已失效后再进行更换,这样将大幅度提高经济性。
3.3 对于反应堆冷却剂产生的废液进行排放时也需要经过离子交换器去除高放杂质离子后再进行排放,然在循环取样过程中发现经过离子交换器的去污能力因子较低。
原因分析:天然银由稳定的107Ag和109Ag组成,其中109Ag占49%。在核电厂一回路中,109Ag在中子照射下,生成110Ag,其活化反应式为:109Ag(n,γ)→110Ag,半衰期为249.78天。在普通条件下,110Ag主要以胶体态存在,难以通过离子交换的方式进行处理。
应对措施:针对于离子交换器效率低下,应先考虑增加离子交换时间,要除去胶体状110Ag,离子交换器可采用大孔树脂,以尽可能吸附胶体态110Ag,同时降低系统除盐流量,其中减低流量运行最主要的原因是给离子交换提供足够的时间。
4 结论
在M310型核电机组中,离子交换器在水质控制中占有极其重要的地位,离子交换器的运行将直接影响到核电机组的运行,因此在核电机组运行当中密切关注离子交换器的运行是极其重要的。为更好的应用离子交换器,需认真分析通过离子交换器的水质,综合考虑影响离子交换器离子交换的因素,并做出相应的应对措施,这样将不但大幅度提高离子交换器运行的经济性,而且对核电机组运行控制有极其重要的意义。
摘要：本文通过对影响离子交换器原理的因素进一步研究,进而对核电机组中所遇问题进行深入分析,并得到了相应的应对措施,为离子交换器的运行提供了运行经验,也为解决离子交换器问题提供了分析方法。
关键词：离子交换,影响因素,问题,原因分析,应对措施
参考文献
[1]秦山第二核电厂系统手册[Z].
[2]苏淑娟.反应堆水化学[D].核工业研究生部.
[3]何炳林.离子交换与吸附树脂[M].上海科技教育出版社,1995,2.