離子交換樹脂的氧化和降解說明

  離子交換樹脂是一類不溶不熔的有機合成材料,既不溶于水和有機溶劑,也不溶于酸堿。其耐熱和耐化學穩定性也與其它類型的有機合成材料相似。離子交換樹脂的耐熱性是指樹脂的環境溫度對樹脂質量及使用壽命的影響。離子交換樹脂的耐化學穩定性是指水及有機溶劑、酸堿、和氧化劑等對樹脂質量和使用壽命的影響。

一、水和有機溶劑對樹脂的影響:

  離子交換樹脂不溶于水和其它任何有機溶劑,但水和有機溶劑會對樹脂有一定的溶脹,且有機溶劑不同,溶脹度也有差別。

  一種常見的情況是由于樹脂保存時間過長或保存不當而失水。在失水較為嚴重時,如直接將樹脂浸入水中,可能會由于水對樹脂的急劇膨脹而造成樹脂的破裂而影響樹脂的強度。尤其對凝膠型樹脂而言影響更甚。在這種情況下,需先將樹脂浸入15%以上的NaCl溶液中數小時。待樹脂完全浸潤后,再用水將鹽水洗去即可。

  如需要經常進行水溶液和有機溶劑對樹脂交替處理時,樹脂可能會經常經歷體積收縮和膨脹,從而造成樹脂的破碎,因此也應特別當心交替的速度。

二、環境和使用溫度及酸堿對樹脂的影響:

  隨著環境和使用溫度的提高,離子交換樹脂的功能基團可能會脫落,從而降低樹脂的交換容量。在有酸或堿存在時,樹脂功能基團的脫落速度有可能加速。由于離子交換樹脂種類和基質的不同,其耐熱穩定性不同。但總的來說,樹脂的交聯度越高,其耐熱穩定性越差。

1、苯乙烯系強酸性和丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂:這兩類樹脂的耐溫穩定性較好,其H型樹脂可在100℃使用,而Na型樹脂可在120℃使用。能滿足一般水處理及其它許多應用要求。但有些特殊用途,如烯烴水合催化劑等,需要在150℃左右的高溫,則需要特殊的耐溫型樹脂。如,D002-II耐溫型陽離子催化樹脂可在170℃長期使用而交換基團不脫落。

2、苯乙烯系強堿I型陰離子交換樹脂樹脂:此類樹脂Cl型最高使用溫度為80℃,OH型最高使用溫度為60℃。主要是此類樹脂在較高的溫度下,其功能基團季銨鹽會發生分解,從而降低其交換容量。

3、苯乙烯系強堿II-型陰離子交換樹脂:此類樹脂由于其功能基團季銨鹽中有一個乙醇基,使得其在較高溫度時降解的速度較I-型強堿樹脂更快,其耐溫性能也更差。其Cl型樹脂最高使用溫度60℃,OH型樹脂最高使用溫度40℃。

4、丙烯酸系強堿和弱堿陰離子交換樹脂:此類樹脂,由于其交換基團是通過酰胺鍵與樹脂骨架相連接,而酰胺鍵的化學穩定性較C-C鍵要低很多。因此,該類樹脂的化學穩定性較差。在酸堿存在時又可加速酰胺鍵的分解,使其穩定性更低。因此,使用此類樹脂時,不但使用溫度應控制,用酸堿對樹脂進行處理或再生時,酸堿的溫度也應該控制在較低的水平。一般丙烯酸系強堿樹脂的使用及再生溫度最好不超過30℃,弱堿樹脂的使用和再生溫度不超過45℃。

三、氧化劑對樹脂的影響:

  當離子交換樹脂遇到強的氧化劑時會被氧化,樹脂的強度和交換容量下降,從而對樹脂的使用壽命產生影響。強氧化劑的種類很多,但在樹脂使用過程中經常遇到的主要為游離氯和水中溶解氧。從以往的經驗看,水中溶解氧對樹脂氧化并不顯著,影響較小。而游離氯對樹脂的氧化破壞能力很強,影響較大。

  游離氯的來源主要為兩個方面:對原水或物料進行消毒處理所殘留的游離氯;再生或處理樹脂所用鹽酸質量較差所帶入的游離氯(有些工業副產鹽酸游離氯含量很高)。

  游離氯對樹脂的影響,因陰樹脂和陽樹脂而有所不同:對陽樹脂,因為樹脂的功能基團比較穩定,游離氯主要氧化降解陽樹脂的骨架,從而使其水分升高,強度下降。外觀上可見樹脂的顏色變淡。對陰樹脂,由于胺或銨較易被氧化,游離氯將先氧化破壞陰樹脂的交換基團而使樹脂的交換容量降低。如果游離氯的量較多,將會進一步氧化破壞樹脂的骨架,造成樹脂強度降低。

  但是,在實際應用中,由于陽樹脂一般會置于陰樹脂的前面,而游離氯的含量一般又較少,因而陽樹脂遭到氧化攻擊的可能較陰樹脂大得多。

  樹脂被氧化后,不但質量下降,使用壽命縮短,而且有時還會影響出水或所處理物料的質量。因此應盡可能避免,方法如下:

  盡可能使用質量較好的鹽酸,避免由鹽酸帶入游離氯;

  使用活性炭處理含有游離氯的水或物料后,再使其接觸樹脂。在離子交換樹脂之前使用顆?;钚蕴课街?,不但可以吸附有機物從而使樹脂減少被污染的機會,還會有效去除游離氯,可對樹脂起到雙重保護作用;

  樹脂的交聯度越高,其耐氧化能力越強。如已知系統中不可避免地會含有游離氯,則建議使用大孔型的離子交換樹脂。因為大孔型樹脂的交聯度一般較高,抗氧化能力較強。


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