氫型變色樹脂的反應(yīng)與再生問題剖析
變色數(shù)脂可以用來監(jiān)測陽床或陰床出水，在陽床或陰床臨近失效時及時指示失效點，是在線監(jiān)測儀表直觀和有效的補充。具有穩(wěn)定可靠、使用簡便、不污染水質(zhì)的優(yōu)點。
變色陽樹脂是一種帶有指示劑的陽離子交換樹脂，出廠型為氫型，通過變色陽樹脂的水如果含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+等各種陽離子時，即與樹脂攜帶的H+發(fā)生交換，樹脂層開始失效，失效層顏色明顯改變，指示水中有陽離子泄露。H+型時為墨綠色，Na+型時為玫瑰紅色，產(chǎn)品色差十分明顯。同時還具有良好的交換容量和物理穩(wěn)定性。
變色陽樹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，并將所有的陽離子全部轉(zhuǎn)化為H+離子，避免了Ca2+、Mg2+、Na+泄漏進入凝結(jié)水而電導(dǎo)儀顯示值反倒降低的現(xiàn)象發(fā)生。
變色陽樹脂與H+電導(dǎo)儀聯(lián)合使用，用于監(jiān)測凝汽器泄漏量是否超標，決定凝結(jié)水是否需要處理，監(jiān)測給水、蒸汽水質(zhì)品質(zhì)是否滿足標準要求。是火力發(fā)電廠化學監(jiān)督重要和為倚重的化學表計。
變色樹脂使用范圍：監(jiān)測和控制給水、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，加上機組啟停等原因，難以判斷H型交換柱何時失效。H型交換柱失效初期，由于少量銨離子穿透，使氫電導(dǎo)率測量值偏低；當H型交換柱*失效，大量銨離子透過，氫電導(dǎo)率測量值又偏高。因此，當交換柱失效后引起氫電導(dǎo)率變化時，難以及時判斷是水質(zhì)惡化還是交換柱失效。目前國外采取的解決辦法是采用變色陽離子交換樹脂，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進行再生處理，可以及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)惡化問題并及時采取解決措施。
變色樹脂使用方法：
購買的變色樹脂是未處理的Na型樹脂，必須經(jīng)過以下方式處理才可以使用：
（1）將樹脂放入容器中，以除鹽水清洗2～3遍，至水清澈；如果樹脂變干，則清洗前需要加入10%NaCl溶液浸泡2小時，以防止樹脂因急劇膨脹而破裂。
（2）將清洗干凈的樹脂裝入實際交換柱中，以不少于10倍樹脂體積的5%HCl再生液動態(tài)逆流再生（與交換柱運行水流方向相反），再生流速控制3m/h～5m/h，保證再生液與樹脂接觸時間不小于30min；
（3）再生液進完后以除鹽水按交換柱運行水流方向大流量沖洗交換柱（沖洗流速10m/h～20m/h），沖洗時間不低于12h；
（4）再生完畢、清洗干凈的氫交換柱可裝入實際系統(tǒng)進行氫電導(dǎo)率的測定。
（5）失效的變色樹脂氫型交換柱可直接進行再生處理，再生步驟同(2)~(4)。
變色樹脂的儲存:需要長期儲存的樹脂，應(yīng)再生成氫型樹脂后儲存。
氫型變色樹脂的反應(yīng)與再生問題剖析
一、交換能力
氫型陽離子交換樹脂在水中可解離出氫離子(H+)，當遇到金屬離子或其它陽離子，就發(fā)生互相交換作用，但交換后的樹脂，就不再是氫型樹脂了。例如，當水中的陽離子如鈣離子、鎂離子的濃度相當大時，磺酸型的陽離子交換樹脂中的氫離子，可和鈣、鎂離子進行交換，而形成鈣型或鎂型的陽離子交換樹脂，如下式：2R-SO3H+Ca2+→(R-SO3)2Ca+2H+(鈣型強酸性陽離子樹脂)2R-SO3H+Mg2+→(R-SO3)2Mg+2H+(鎂型強酸性陽離子交換樹脂)氫型陽離子交換樹脂的交換能力與被交換的陽離子的價數(shù)有密切關(guān)系。在常溫下，低濃度水溶液中，交換能力隨離子價數(shù)增加而增加，即價數(shù)越高的陽離子被交換的傾向越大。此外，若價數(shù)相同，離子半徑越大的陽離子被交換的傾向也越大。如果以自來水中經(jīng)常出現(xiàn)陽離子列為參考對象。
離子交換樹脂
二、交換容量
離子交換樹脂進行離子的交換反應(yīng)的性能，主要由交換容量表現(xiàn)出來。所謂交換容量是指每克干樹脂所能交換離子的毫克當量數(shù)，以mol/g為單位。當離子為一價時(如K+)，其毫克當量數(shù)即為其毫克分子數(shù)，對于二價(如Ca2+)或更多價離子(如Fe3+)，其毫克當量數(shù)即為其毫克分子數(shù)乘以其離子價數(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?？偨粨Q容量表示每克干樹脂所能進行離子交換反應(yīng)的化學基總量，屬于理論性計量。操作交換容量表示每克干樹脂在某一定條件下的離子交換能力，屬于操作性計量，它與樹脂種類、總交換容量，以及具體操作條件(如接觸時間、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脂在一定的再生劑量條件下，所取得的再生樹脂之交換容量，可用于顯示樹脂再生效率。
由于樹脂的結(jié)構(gòu)不同(主要是活性基數(shù)目不同)，強酸性與弱酸性陽離子交換樹脂的交換容量也不相同。一般而言，弱酸性的活性基數(shù)目通常多于于強酸性，故總交換容量較高約7.0~10.5mol/g，相形之下，強酸性僅約3.2~4.5mol/g而已，但在實際應(yīng)用中，弱酸性的操作交換容量卻不一定高于強酸性，例如，pH值低于5時，弱酸性的操作交換容量為零，根本無交換作用。在pH值為6.5時，兩者的操作交換容量相似；但在堿性溶液中，弱酸性遠高于強酸性。在再生容量方面，弱酸性則通常高于強酸性，故弱酸性的使用壽命會更長一些。
離子交換樹脂
三、再生
離子相對濃度高低對樹脂的交換性質(zhì)會產(chǎn)生很大的影響。當水溶液中氫離子的濃度相當大時，鈣型或鎂型的陽離子交換樹脂中的鈣離子或鎂離子，可與氫離子進行交換，重成為氫型陽離子交換樹脂。換言之，交換反應(yīng)也可以反方向進行。由于離子交換過程是可逆的，因此當交換樹脂交換了一定量的離子后，可用相對濃度較高的氫離子再取代下來，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+當氫型樹脂中的氫離子，都被其它硬度離子交換后，這些樹脂就沒有軟化水質(zhì)作用，此時之狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。再生操作主要目的就是將已經(jīng)達到飽和狀態(tài)的樹脂，利用再生劑洗出所交換來的陽離子，讓樹脂重再回復(fù)到原有的交換容量，或所期望的容量程度，或原有的樹脂型態(tài)等。無論是強酸性或弱酸性陽離子交換樹脂，都可以使用稀硫酸或作為再生劑，但一般認為以稀硫酸作為再生劑，效果可能會好一些。因為樹脂若吸附有機物的話，稀硫酸較更能解析出有機物，所以一般工藝多采用稀硫酸為再生劑。不過實際應(yīng)用時，可能因為硫酸的取得較為困難，所以多使用鹽酸作為再生劑居多。
離子交換樹脂
四、影響再生特性的主要因素
氫型樹脂的再生特性與它的類型和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，強酸性氫型樹脂的再生比較困難，需要的再生酸液的劑量比理論值高許多，而且必須較長的接觸時間。相形之下，弱酸性氫型樹脂的再生則比較容易，需要的再生酸液的劑量僅比理論值高一些，也不需要長的接觸時間。一般認為，在硫酸或鹽酸的用量為其總交換容量的二倍時，每次再生樹脂與再生酸液浸泡接觸時間是：強酸性約30~60分；弱酸性約30~45分。此外，氫型樹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)度低的樹脂，其特征是聚合密度較低，內(nèi)部空隙較多，網(wǎng)孔大，對水的溶脹性好，但對離子選擇較弱，交換反應(yīng)速度快，較易再生，因此每次再生樹脂與再生酸液浸泡接觸時間較短。反之，交聯(lián)度高的樹脂，則需要較長再生酸液與樹脂接觸的時間。無論強酸性或弱酸性氫型樹脂的「交聯(lián)度」均可以在制造時控制。由于氫型樹脂的網(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物，因此容易受到有機物污染，而影響其操作效率，也使得其再生操作發(fā)生困難。如果樹脂在使用過程中，吸附了有機物，特別是大分子有機物，再生接觸時間必須更久，而且通常要提高溫度(70~80℃)才能除去大部分有機物，以免其效能降低太快，同時在高溫下操作，也可以加速再生反應(yīng)時間，使浸泡接觸時間得以因而縮短。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相當安定，鹽酸則可能會產(chǎn)生有毒的氯化氫氣體。
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