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氫型變色樹(shù)脂的反應(yīng)與再生問(wèn)題剖析

變色數(shù)脂可以用來(lái)監(jiān)測(cè)陽(yáng)床或陰床出水，在陽(yáng)床或陰床臨近失效時(shí)及時(shí)指示失效點(diǎn)，是在線監(jiān)測(cè)儀表直觀和有效的補(bǔ)充。具有穩(wěn)定可靠、使用簡(jiǎn)便、不污染水質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。

變色陽(yáng)樹(shù)脂是一種帶有指示劑的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，出廠型為氫型，通過(guò)變色陽(yáng)樹(shù)脂的水如果含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+等各種陽(yáng)離子時(shí)，即與樹(shù)脂攜帶的H+發(fā)生交換，樹(shù)脂層開(kāi)始失效，失效層顏色明顯改變，指示水中有陽(yáng)離子泄露。H+型時(shí)為墨綠色，Na+型時(shí)為玫瑰紅色，產(chǎn)品色差十分明顯。同時(shí)還具有良好的交換容量和物理穩(wěn)定性。

       變色陽(yáng)樹(shù)脂一般用在火電廠凝結(jié)水、除氧器、省煤器、主蒸汽等H+電導(dǎo)儀前，將水中帶入的游離氨除去，并將所有的陽(yáng)離子全部轉(zhuǎn)化為H+離子，避免了Ca2+、Mg2+、Na+泄漏進(jìn)入凝結(jié)水而電導(dǎo)儀顯示值反倒降低的現(xiàn)象發(fā)生。

   變色陽(yáng)樹(shù)脂與H+電導(dǎo)儀聯(lián)合使用，用于監(jiān)測(cè)凝汽器泄漏量是否超標(biāo)，決定凝結(jié)水是否需要處理，監(jiān)測(cè)給水、蒸汽水質(zhì)品質(zhì)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。是火力發(fā)電廠化學(xué)監(jiān)督重要和為倚重的化學(xué)表計(jì)。

變色樹(shù)脂使用范圍：監(jiān)測(cè)和控制給水、凝結(jié)水和蒸汽的氫電導(dǎo)率，是保證水汽質(zhì)量，控制火電廠水汽系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的重要手段。 

由于水汽中氨的濃度、取樣流速經(jīng)常變化，加上機(jī)組啟停等原因，難以判斷H型交換柱何時(shí)失效。H型交換柱失效初期，由于少量銨離子穿透，使氫電導(dǎo)率測(cè)量值偏低；當(dāng)H型交換柱*失效，大量銨離子透過(guò)，氫電導(dǎo)率測(cè)量值又偏高。因此，當(dāng)交換柱失效后引起氫電導(dǎo)率變化時(shí)，難以及時(shí)判斷是水質(zhì)惡化還是交換柱失效。目前國(guó)外采取的解決辦法是采用變色陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，失效層與未失效層顏色不同，可以在H型交換柱失效前及時(shí)進(jìn)行再生處理，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)惡化問(wèn)題并及時(shí)采取解決措施。 

變色樹(shù)脂使用方法： 

購(gòu)買(mǎi)的變色樹(shù)脂是未處理的Na型樹(shù)脂，必須經(jīng)過(guò)以下方式處理才可以使用： 

（1）將樹(shù)脂放入容器中，以除鹽水清洗2～3遍，至水清澈；如果樹(shù)脂變干，則清洗前需要加入10%NaCl溶液浸泡2小時(shí)，以防止樹(shù)脂因急劇膨脹而破裂。 

（2）將清洗干凈的樹(shù)脂裝入實(shí)際交換柱中，以不少于10倍樹(shù)脂體積的5%HCl再生液動(dòng)態(tài)逆流再生（與交換柱運(yùn)行水流方向相反），再生流速控制3m/h～5m/h，保證再生液與樹(shù)脂接觸時(shí)間不小于30min； 

（3）再生液進(jìn)完后以除鹽水按交換柱運(yùn)行水流方向大流量沖洗交換柱（沖洗流速10m/h～20m/h），沖洗時(shí)間不低于12h； 

（4）再生完畢、清洗干凈的氫交換柱可裝入實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行氫電導(dǎo)率的測(cè)定。 

（5）失效的變色樹(shù)脂氫型交換柱可直接進(jìn)行再生處理，再生步驟同(2)~(4)。 

變色樹(shù)脂的儲(chǔ)存:需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存的樹(shù)脂，應(yīng)再生成氫型樹(shù)脂后儲(chǔ)存。 

氫型變色樹(shù)脂的反應(yīng)與再生問(wèn)題剖析
                 

　　一、交換能力

　　氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在水中可解離出氫離子(H+)，當(dāng)遇到金屬離子或其它陽(yáng)離子，就發(fā)生互相交換作用，但交換后的樹(shù)脂，就不再是氫型樹(shù)脂了。例如，當(dāng)水中的陽(yáng)離子如鈣離子、鎂離子的濃度相當(dāng)大時(shí)，磺酸型的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中的氫離子，可和鈣、鎂離子進(jìn)行交換，而形成鈣型或鎂型的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，如下式：2R-SO3H+Ca2+→(R-SO3)2Ca+2H+(鈣型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂)2R-SO3H+Mg2+→(R-SO3)2Mg+2H+(鎂型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂)氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換能力與被交換的陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)有密切關(guān)系。在常溫下，低濃度水溶液中，交換能力隨離子價(jià)數(shù)增加而增加，即價(jià)數(shù)越高的陽(yáng)離子被交換的傾向越大。此外，若價(jià)數(shù)相同，離子半徑越大的陽(yáng)離子被交換的傾向也越大。如果以自來(lái)水中經(jīng)常出現(xiàn)陽(yáng)離子列為參考對(duì)象。

離子交換樹(shù)脂

　　二、交換容量

　　離子交換樹(shù)脂進(jìn)行離子的交換反應(yīng)的性能，主要由交換容量表現(xiàn)出來(lái)。所謂交換容量是指每克干樹(shù)脂所能交換離子的毫克當(dāng)量數(shù)，以mol/g為單位。當(dāng)離子為一價(jià)時(shí)(如K+)，其毫克當(dāng)量數(shù)即為其毫克分子數(shù)，對(duì)于二價(jià)(如Ca2+)或更多價(jià)離子(如Fe3+)，其毫克當(dāng)量數(shù)即為其毫克分子數(shù)乘以其離子價(jià)數(shù)。交換容量又分為總交換容量、操作交換容量和再生容量等三種表示方法。總交換容量表示每克干樹(shù)脂所能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基總量，屬于理論性計(jì)量。操作交換容量表示每克干樹(shù)脂在某一定條件下的離子交換能力，屬于操作性計(jì)量，它與樹(shù)脂種類、總交換容量，以及具體操作條件(如接觸時(shí)間、溫度)等因素有關(guān)，可用于顯示操作效率。再生容量表示每克干樹(shù)脂在一定的再生劑量條件下，所取得的再生樹(shù)脂之交換容量，可用于顯示樹(shù)脂再生效率。

　　由于樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)不同(主要是活性基數(shù)目不同)，強(qiáng)酸性與弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換容量也不相同。一般而言，弱酸性的活性基數(shù)目通常多于于強(qiáng)酸性，故總交換容量較高約7.0~10.5mol/g，相形之下，強(qiáng)酸性僅約3.2~4.5mol/g而已，但在實(shí)際應(yīng)用中，弱酸性的操作交換容量卻不一定高于強(qiáng)酸性，例如，pH值低于5時(shí)，弱酸性的操作交換容量為零，根本無(wú)交換作用。在pH值為6.5時(shí)，兩者的操作交換容量相似；但在堿性溶液中，弱酸性遠(yuǎn)高于強(qiáng)酸性。在再生容量方面，弱酸性則通常高于強(qiáng)酸性，故弱酸性的使用壽命會(huì)更長(zhǎng)一些。

離子交換樹(shù)脂

　　三、再生

　　離子相對(duì)濃度高低對(duì)樹(shù)脂的交換性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)水溶液中氫離子的濃度相當(dāng)大時(shí)，鈣型或鎂型的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中的鈣離子或鎂離子，可與氫離子進(jìn)行交換，重成為氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。換言之，交換反應(yīng)也可以反方向進(jìn)行。由于離子交換過(guò)程是可逆的，因此當(dāng)交換樹(shù)脂交換了一定量的離子后，可用相對(duì)濃度較高的氫離子再取代下來(lái)，使再重復(fù)被循環(huán)使用，這種作用稱為再生。其反應(yīng)式如下：(R-SO3)2Ca+2H+→2R-SO3H+Ca2+(R-COO)2Ca+2H+→2R-COOH+Ca2+當(dāng)氫型樹(shù)脂中的氫離子，都被其它硬度離子交換后，這些樹(shù)脂就沒(méi)有軟化水質(zhì)作用，此時(shí)之狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。再生操作主要目的就是將已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)的樹(shù)脂，利用再生劑洗出所交換來(lái)的陽(yáng)離子，讓樹(shù)脂重再回復(fù)到原有的交換容量，或所期望的容量程度，或原有的樹(shù)脂型態(tài)等。無(wú)論是強(qiáng)酸性或弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，都可以使用稀硫酸或作為再生劑，但一般認(rèn)為以稀硫酸作為再生劑，效果可能會(huì)好一些。因?yàn)闃?shù)脂若吸附有機(jī)物的話，稀硫酸較更能解析出有機(jī)物，所以一般工藝多采用稀硫酸為再生劑。不過(guò)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可能因?yàn)榱蛩岬娜〉幂^為困難，所以多使用鹽酸作為再生劑居多。

離子交換樹(shù)脂

　　四、影響再生特性的主要因素

　　氫型樹(shù)脂的再生特性與它的類型和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，強(qiáng)酸性氫型樹(shù)脂的再生比較困難，需要的再生酸液的劑量比理論值高許多，而且必須較長(zhǎng)的接觸時(shí)間。相形之下，弱酸性氫型樹(shù)脂的再生則比較容易，需要的再生酸液的劑量?jī)H比理論值高一些，也不需要長(zhǎng)的接觸時(shí)間。一般認(rèn)為，在硫酸或鹽酸的用量為其總交換容量的二倍時(shí)，每次再生樹(shù)脂與再生酸液浸泡接觸時(shí)間是：強(qiáng)酸性約30~60分；弱酸性約30~45分。此外，氫型樹(shù)脂的再生特性也與它們的「交聯(lián)度」有關(guān)。所謂交聯(lián)度乃是定量樹(shù)脂中所含的交聯(lián)劑(如苯乙烯)的質(zhì)量百分率。通常交聯(lián)度低的樹(shù)脂，其特征是聚合密度較低，內(nèi)部空隙較多，網(wǎng)孔大，對(duì)水的溶脹性好，但對(duì)離子選擇較弱，交換反應(yīng)速度快，較易再生，因此每次再生樹(shù)脂與再生酸液浸泡接觸時(shí)間較短。反之，交聯(lián)度高的樹(shù)脂，則需要較長(zhǎng)再生酸液與樹(shù)脂接觸的時(shí)間。無(wú)論強(qiáng)酸性或弱酸性氫型樹(shù)脂的「交聯(lián)度」均可以在制造時(shí)控制。由于氫型樹(shù)脂的網(wǎng)孔不僅提供了良好的離子交換條件，而且也像活性碳一般，能產(chǎn)生分子吸附作用，也可能吸附各種有機(jī)物，因此容易受到有機(jī)物污染，而影響其操作效率，也使得其再生操作發(fā)生困難。如果樹(shù)脂在使用過(guò)程中，吸附了有機(jī)物，特別是大分子有機(jī)物，再生接觸時(shí)間必須更久，而且通常要提高溫度(70~80℃)才能除去大部分有機(jī)物，以免其效能降低太快，同時(shí)在高溫下操作，也可以加速再生反應(yīng)時(shí)間，使浸泡接觸時(shí)間得以因而縮短。在這方面應(yīng)用的再生劑，以硫酸較佳，理由是硫酸在加熱時(shí)相當(dāng)安定，鹽酸則可能會(huì)產(chǎn)生有毒的氯化氫氣體。