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離子交換樹脂的活化
閱讀：7931發布時間：2017-11-11
一、 常規的活化處理
離子交換樹脂使用一段時間后，吸附的雜質接近飽和狀態，就要進行活化處理，用化學藥劑將樹脂所吸附的離子和其他雜質洗脫除去，使之恢復原來的組成和性能。在實際運用中，為降低活化費用，要適當控制活化劑用量，使樹脂的性能恢復到經濟合理的活化水平，通常控制性能恢復程度為 70～80% 。如果要達到更高的活化水平，則活化劑量要大量增加，活化劑的利用率則下降。
樹脂的活化應當根據樹脂的種類、特性，以及運行的經濟性，選擇適當的活化藥劑和工作條件。
樹脂的活化特性與它的類型和結構有密切關系。強酸性和強堿性樹脂的活化比較困難，需用活化劑量比理論值高相當多；而弱酸性或弱堿性樹脂則較易活化，所用活化劑量只需稍多于理論值。此外，大孔型和交聯度低的樹脂較易活化，而凝膠型和交聯度高的樹脂則要較長的活化反應時間。
活化劑的種類應根據樹脂的離子類型來選用，并適當地選擇價格較低的酸、堿或鹽。例如：鈉型強酸性陽樹脂可用 10%NaCl 溶液活化，用藥量為其交換容量的 2 倍 (用NaCl 量為117g/ l 樹脂 )；氫型強酸性樹脂用強酸活化，用硫酸時要防止被樹脂吸附的鈣與硫酸反應生成硫酸鈣沉淀物。為此，宜先通入 1～2% 的稀硫酸活化。
氯型強堿性樹脂，主要以 NaCl 溶液來活化，但加入少量堿有助于將樹脂吸附的色素和有機物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的堿鹽液活化，常規用量為每升樹脂用150～ 200g NaCl ，及 3～4g NaOH。 OH 型強堿陰樹脂則用 4%NaOH 溶液活化。
樹脂活化時的化學反應是樹脂原先的交換吸附的逆反應。按化學反應平衡原理，提高化學反應某一方物質的濃度，可促進反應向另一方進行，故提高活化液濃度可加速活化反應，并達到較高的活化水平。
為加速活化化學反應，通常先將活化液加熱 70～80℃。它通過樹脂的流速一般為 1～ 2 BV/h 。也可采用先快后慢的方法，以充分發揮活化劑的效能。活化時間約為一小時。隨后用軟水順流沖洗樹脂約一小時 ( 水量約4BV) ，待洗水排清之后，再用水反洗，洗出液無色、無混濁為止。
一些樹脂在活化和反洗之后，要調校 pH 值。因為活化液常含有堿，樹脂活化后即使經水洗，也常帶堿性。而一些脫色樹脂 (特別是弱堿性樹脂) 宜在微酸性下工作。此時可通入稀鹽酸，使樹脂 pH 值下降6左右，再用水正洗，反洗各一次。
樹脂在使用較長時間后，由于它所吸附的一部分雜質 ( 特別是大分子有機膠體物質 ) 不易被常規的活化處理所洗脫，逐漸積累而將樹脂污染，使樹脂效能降低。此時要用特殊的方法處理。例如：陽離子樹脂受含氮的兩性化合物污染，可用 4%NaOH 溶液處理，將它溶解而排掉；陰離子樹脂受有機物污染，可提高堿鹽溶液中的 NaOH 濃度0.5～1.0%，以溶解有機物。
二、特殊的活化處理
污染較嚴重的樹脂，可用酸或堿性食鹽溶液反復處理，如先用 10%NaCl +1%NaOH 堿鹽溶液溶解有機物，再用 4%HCl 或分別用 10%NaOH 及 1%HCl 溶解無機物，隨后再用 10%NaCl +1%NaOH 處理，在約 70℃下進行。
如果上述處理的效果未達要求，可用氧化法處理。即用水洗滌樹脂后，通入濃度為 0.5% 的次氯酸鈉溶液，控制流速 2～4BV/h ，通過量 10～20BV ，隨即用水洗滌，再用鹽水處理。應當注意，氧化處理可能將樹脂結構中的大分子的連接鍵氧化，造成樹脂的降解，膨脹度增大，容易碎裂，故不宜常用。通常使用 50 周期后才進行一次氧化處理。由于氯型樹脂有較強的耐氧化性，故樹脂在氧化處理前應用鹽水處理，變為氯型，這還可避免處理過程中的 pH 值變化，并使氧化作用比較穩定。
三、活化廢液的處置
糖廠用樹脂脫色，樹脂活化的廢液含有大量的色素和有機物，顏色很深。用原糖生產精糖時，每 100 噸糖的活化廢液量約為 6～9m3 。要經過處理才能排放 (或循環)，這也是一個難題。
Bento 詳細研究了用化學方法處理活化液，使色素和其他有機物沉淀，除去雜質后再循環使用，減少排放，并充分利用其中的氯化鈉。由于活化液中色素的濃度比糖汁中高 10 倍以上，液體數量較小，沒有糖液的粘性，并能容許強烈的條件如強堿性和高溫等而無需顧慮糖的分解，用化學處理比較方便。活化液加入 5～10% 容積的石灰乳 ( 濃度為含CaO100g/ l ) ，加熱到60℃并輕微攪拌，大量的有色物沉淀析出。再加入碳酸鈉或二氧化碳、磷酸鈉或磷酸并保持堿性，都可使較多的有色物沉淀。處理后的液體添加少量食鹽可返回作樹脂的初級活化液，其后再用新的鹽水活化。
對廢液的處理還研究過多種方法：用顆粒活性炭吸附，用次氯酸鈉、次氯酸鈣、氯氣或臭氧將它氧化，用超過濾或反滲透法分離它的有機物，或用粉狀樹脂吸附等。近 Guimaraes 等研究用微生物將它的有色物降解，取得較好效果 。
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