一、離子交換樹脂基本介紹:
離子交換樹脂的名稱由分類名稱、骨架(或基因)名稱、基本名稱組成??紫督Y構分凝膠型和大孔型兩種,凡具有物理孔結構的稱大孔型樹脂,在名稱前加“大孔”。分類屬酸性的應在名稱前加“陽”,分類屬堿性的,在名稱前加“陰”。
二、離子交換樹脂基體組成:
離子交換樹脂(ionresin)的基體(matrix),制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)兩大類,它們分別與交聯(lián)劑二乙烯苯產生聚合反應,形成具有長分子主鏈及交聯(lián)橫鏈的網絡骨架結構的聚合物。苯乙烯系樹脂是先使用的,丙烯酸系樹脂則用得較后。這兩類樹脂的吸附性能都很好,但有不同點。丙烯酸系樹脂能交換吸附大多數(shù)離子型色素,脫色容量大,而且吸附物較易洗脫,便于再生,在糖廠中可用作主要的脫色樹脂。苯乙烯系樹脂擅長吸附芳香族物質,善于吸附糖汁中的多酚類色素(包括帶負電的或不帶電的);但在再生時較難洗脫。因此,糖液先用丙烯酸樹脂進行粗脫色,再用苯乙烯樹脂進行精脫色,可充分發(fā)揮兩者的長處。
樹脂的交聯(lián)度,即樹脂基體聚合時所用二乙烯苯的百分數(shù),對樹脂的性質有很大影響。通常,交聯(lián)度高的樹脂聚合得比較緊密,堅牢而耐用,密度較高,內部空隙較少,對離子的選擇性較強;而交聯(lián)度低的樹脂孔隙較大,脫色能力較強,反應速度較快,但在工作時的膨脹性較大,機械強度稍低,比較脆而易碎。工業(yè)應用的離子樹脂的交聯(lián)度般不低于4%;用于脫色的樹脂的交聯(lián)度般不高于8%;單純用于吸附無機離子的樹脂,其交聯(lián)度可較高。除上述苯乙烯系和丙烯酸系這兩大系列以外,離子交換樹脂還可由其他有機單體聚合制成。如酚醛系(FP)、環(huán)氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等。
三、離子交換樹脂交換容量:
離子交換樹脂進行離子交換反應的性能,表現(xiàn)在它的“離子交換容量”,即每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當量數(shù),meq/g(干)或 meq/mL(濕);當離子為價時,毫克當量數(shù)即是毫克分子數(shù)(對二價或多價離子,前者為后者乘離子價數(shù))。它又有“總交換容量”、“工作交換容量”和“再生交換容量”等三種表示方式。
1、總交換容量,表示每單位數(shù)量(重量或體積)樹脂能進行離子交換反應的化學基團的總量。
2、工作交換容量,表示樹脂在某定條件下的離子交換能力,它與樹脂種類和總交換容量,以及具體工作條件如溶液的組成、流速、溫度等因素有關。
3、再生交換容量,表示在定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量,表明樹脂中原有化學基團再生復原的程度。
四、離子交換樹脂吸附選擇:
離子交換樹脂對溶液中的不同離子有不同的親和力,對它們的吸附有選擇性。各種離子受樹脂交換吸附作用的強弱程度有般的規(guī)律,但不同的樹脂可能略有差異。主要規(guī)律如下:
1、對陽離子的吸附
高價離子通常被優(yōu)先吸附,而低價離子的吸附較弱。
在同價的同類離子中,直徑較大的離子的被吸附較強。
陽離子被吸附的順序如下:
Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+
2、對陰離子的吸附
強堿性陰離子樹脂對無機酸根的吸附的般順序為:
SO42-> NO3- > Cl- > HCO3- > OH-
弱堿性陰離子樹脂對陰離子的吸附的般順序如下:
OH-> 檸檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- >;草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- >;醋酸根- > HCO3-
3、對有色物的吸附
糖液脫色常使用強堿性陰離子樹脂,它對擬黑色素(還原糖與氨基酸反應產物)和還原糖的堿性分解產物的吸附較強,而對焦糖色素的吸附較弱。這被認為是由于前兩者通常帶負電,而焦糖的電荷很弱。通常,交聯(lián)度高的樹脂對離子的選擇性較強,大孔結構樹脂的選擇性小于凝膠型樹脂。這種選擇性在稀溶液中較大,在濃溶液中較小。