罗门哈斯离子树脂

【专家解说】：罗门哈斯美专门研究制造精细化品及其间体跨公司全球罗门哈斯拥150家制造厂研究机构销售额近70亿美元世界精细化工界位居第二罗门哈斯世界主要丙烯酸系单体及聚合物供应商其三千余种产品主要应用于涂料、建材、纺织、纸品、皮革、压敏胶等领域;外产品领域包括杀剂、离交换树脂、功能化品、塑料添加剂、农药电化品、胺及其盐类 主营业务 离交换树脂、OPTIDOSE示踪型水处理防垢剂、水处理杀菌剂 目前罗门哈斯亚太区销售额约17亿美元占其全球销售总额两左右窦马克表示未几内罗门哈斯工作重点进行重新布同进步拓展新兴市场、印度 据解2007罗门哈斯全球科研投资预算3亿美元其1.5亿美元投入持续发展科研项目低机挥发物等环保产品研发等窦马克说除拓展新兴市场罗门哈斯着力通科研创新提高销售额 外罗门哈斯未并购行集电材料、特殊材料、丙烯酸系列等3领域 罗门哈斯世界领先特殊材料研发公司主要业务包括漆及涂层材料、包装与建筑材料、电材料等服务于建筑建材、电产品、包装运输等行业 、离交换树脂基础介绍 离交换树脂全名称由类名称、骨架(或基)名称、基本名称组孔隙结构凝胶型孔型两种凡具物理孔结构称孔型树脂全名称前加孔类属酸性应名称前加阳类属碱性名称前加阴:孔强酸性苯乙烯系阳离交换树脂 离交换树脂根据其基体种类苯乙烯系树脂丙烯酸系树脂树脂化性基团种类决定树脂主要性质类别首先区阳离树脂阴离树脂两类别与溶液阳离阴离进行离交换阳离树脂强酸性弱酸性两类阴离树脂强碱性弱碱性两类 (或再强酸强碱性类) 离交换树脂命名式: 离交换产品型号三位阿拉伯数字组第位数字代表产品类第二位数字代表骨架差异第三位数字顺序号用区别基、交联剂等差异第、第二位数字意义见表8-1 表8-1 树脂型号、二位数字意义 代号 0 1 2 3 4 5 6 类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螫合性 两性 氧化原性 骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 醋酸系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系 孔树脂型号前加D凝胶型树脂交联度值型号用×号连接阿拉伯数字表示D011×7表示孔强酸性苯乙烯系阳离交换树脂其交联度7 离交换树脂内外都制造厂家品种内制造厂数十家主要海树脂限公司、南化工厂、浙江争光实业股份限公司、晨光化工研究院树脂厂、江苏色赛思树脂限公司等;外较著名美Rohm & Hass公司产Amberlite系列、Success公司产Ionresin系列、Dow化公司Dowex系列、Duolite系列Asmit系列、本Diaion系列Ionac系列、Allassion系列等树脂牌号数由各制造厂或所自行规定外些产品用字母C代表阳离树脂(Ccation第字母)A代表阴离树脂(AAnion第字母)AmberliteIRCIRA别阳树脂阴树脂亦别代表阳树脂阴树脂我化工部规定(HG2-884-76)离交换树脂型号由三位阿拉伯数字组第位数字代表产品类:0 代表强酸性1代表弱酸性2代表强碱性3代表弱碱性4代表螯合性5代表两性6代表氧化原第二位数字代表同骨架结构:0代表苯乙烯系1代表丙烯酸系2代表酚醛系3代表环氧系等第三位数字顺序号用区别基体、交联基等差异 外孔型树脂数字前加字母DD001孔强酸性苯乙烯系树脂 二、离交换树脂基本类型 (1) 强酸性阳离树脂 类树脂含量强酸性基团磺酸基-SO3H容易溶液离解H+故呈强酸性树脂离解本体所含负电基团SO3-能吸附结合溶液其阳离两反应使树脂H+与溶液阳离互相交换强酸性树脂离解能力强酸性或碱性溶液均能离解产离交换作用 树脂使用段间要进行再处理即用化药品使离交换反应相反向进行使树脂官能基团复原状态供再使用述阳离树脂用强酸进行再处理树脂放吸附阳离再与H+结合恢复原组 (2) 弱酸性阳离树脂 类树脂含弱酸性基团羧基-COOH能水离解H+ 呈酸性树脂离解余负电基团R-COO-(R碳氢基团)能与溶液其阳离吸附结合产阳离交换作用种树脂酸性即离解性较弱低pH难离解进行离交换能碱性、性或微酸性溶液(pH5~14)起作用类树脂亦用酸进行再(比强酸性树脂较易再) (3) 强碱性阴离树脂 类树脂含强碱性基团季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH(R碳氢基团)能水离解OH-呈强碱性种树脂电基团能与溶液阴离吸附结合产阴离交换作用 种树脂离解性强同pH都能工作用强碱(NaOH)进行再 (4) 弱碱性阴离树脂 类树脂含弱碱性基团伯胺基(亦称级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2水能离解OH-呈弱碱性种树脂电基团能与溶液阴离吸附结合产阴离交换作用种树脂数情况溶液整其酸吸附能性或酸性条件(pH1~9)工作用Na2CO3、NH4OH进行再 (5) 离树脂转型 树脂四种基本类型实际使用些树脂转变其离型式运行适应各种需要例强酸性阳离树脂与NaCl作用转变钠型树脂再使用工作钠型树脂放Na+与溶液Ca2+、Mg2+等阳离交换吸附除些离反应没放H+避免溶液pH降由产副作用(蔗糖转化设备腐蚀等)种树脂钠型运行使用用盐水再(用强酸)阴离树脂转变氯型再使用工作放Cl-吸附交换其阴离再需用食盐水溶液氯型树脂转变碳酸氢型(HCO3-)运行强酸性树脂及强碱性树脂转变钠型氯型再具强酸性及强碱性仍些树脂其典型性能离解性强工作pH范围宽广等 三、离交换树脂基体组 离交换树脂(ionresin)基体(matrix)制造原料主要苯乙烯丙烯酸(酯)两类别与交联剂二乙烯苯产聚合反应形具主链及交联横链网络骨架结构聚合物苯乙烯系树脂先使用丙烯酸系树脂则用较 两类树脂吸附性能都同特点丙烯酸系树脂能交换吸附数离型色素脱色容量且吸附物较易洗脱便于再糖厂用作主要脱色树脂苯乙烯系树脂擅吸附芳香族物质善于吸附糖汁酚类色素(包括带负电或带电);再较难洗脱糖液先用丙烯酸树脂进行粗脱色再用苯乙烯树脂进行精脱色充发挥两者处 树脂交联度即树脂基体聚合所用二乙烯苯百数树脂性质影响通交联度高树脂聚合比较紧密坚牢耐用密度较高内部空隙较少离选择性较强;交联度低树脂孔隙较脱色能力较强反应速度较快工作膨胀性较机械强度稍低比较脆易碎工业应用离树脂交联度般低于4%;用于脱色树脂交联度般高于8%;单纯用于吸附机离树脂其交联度较高 除述苯乙烯系丙烯酸系两系列外离交换树脂由其机单体聚合制酚醛系(FP)、环氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等 四、离交换树脂物理结构 离树脂凝胶型孔型两类 凝胶型树脂高骨架干燥情况内部没毛细孔吸水润胀链节间形微细孔隙通称显微孔(micro-pore)湿润树脂平均孔径2~4nm(2×10-6 ~4×10-6mm) 类树脂较适合用于吸附机离直径较般0.3~0.6nm类树脂能吸附机物质者尺寸较蛋白质直径5~20nm能进入类树脂显微孔隙 孔型树脂聚合反应加入致孔剂形孔海绵状构造骨架内部量永久性微孔再导入交换基团制并存微细孔网孔(macro-pore)润湿树脂孔径达100~500nm其数量都制造控制孔道表面积增超1000m2/g江苏色赛思树脂限公司整理仅离交换提供良接触条件缩短离扩散路程增加许链节性通间范德华引力(van de Waals force)产吸附作用能够象性炭吸附各种非离性物质扩功能些带交换功能团孔型树脂能够吸附、离种物质例化工厂废水酚类物 孔树脂内部孔隙表面积性离扩散速度快离交换速度快约比凝胶型树脂快约十倍使用作用快、效率高所需处理间缩短孔树脂种优点:耐溶胀易碎裂耐氧化耐磨损耐热及耐温度变化及机物质较易吸附交换抗污染力强并较容易再 五、离交换树脂离交换容量 离交换树脂进行离交换反应性能表现离交换容量即每克干树脂或每毫升湿树脂所能交换离毫克量数meq/g(干)或 meq/mL(湿);离价毫克量数即毫克数(二价或价离前者者乘离价数)总交换容量、工作交换容量再交换容量等三种表示式 1、总交换容量表示每单位数量(重量或体积)树脂能进行离交换反应化基团总量 2、工作交换容量表示树脂某定条件离交换能力与树脂种类总交换容量及具体工作条件溶液组、流速、温度等素关 3、再交换容量表示定再剂量条件所取再树脂交换容量,表明树脂原化基团再复原程度 通再交换容量总交换容量50~90%(般控制70~80%)工作交换容量再交换容量30~90%(再树脂言)比率亦称树脂利用率 实际使用离交换树脂交换容量包括吸附容量者所占比例树脂结构同异现仍未能别进行计算具体设计需凭经验数据进行修并实际运行复核 离树脂交换容量测定般机离进行些离尺寸较能自由扩散树脂体内与内部全部交换基团起反应实际应用溶液含高机物尺寸较难进入树脂显微孔实际交换容量低于用机离测数值种情况与树脂类型、孔结构尺寸及所处理物质关 六、离交换树脂吸附选择性 离交换树脂溶液同离同亲力吸附选择性各种离受树脂交换吸附作用强弱程度般规律同树脂能略差异主要规律: (1) 阳离吸附 高价离通优先吸附低价离吸附较弱同价同类离直径较离吸附较强些阳离吸附顺序: Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+ (2) 阴离吸附 强碱性阴离树脂机酸根吸附般顺序: SO42-> NO3- > Cl- > HCO3- > OH- 弱碱性阴离树脂阴离吸附般顺序: OH-> 柠檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- >草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- >醋酸根- > HCO3- (3) 色物吸附 糖液脱色使用强碱性阴离树脂拟黑色素(原糖与氨基酸反应产物)原糖碱性解产物吸附较强焦糖色素吸附较弱认由于前两者通带负电焦糖电荷弱 通交联度高树脂离选择性较强孔结构树脂选择性于凝胶型树脂种选择性稀溶液较浓溶液较 七、离交换树脂物理性质 离交换树脂颗粒尺寸关物理性质工作性能影响 (1) 树脂颗粒尺寸 离交换树脂通制珠状颗粒尺寸重要树脂颗粒较细者反应速度较细颗粒液体通阻力较需要较高工作压力;特别浓糖液粘度高种影响更显著树脂颗粒应选择适树脂粒径0.2mm(约70目)明显增流体通阻力降低流量产能力 树脂颗粒测定通用湿筛树脂充吸水膨胀进行筛累计其20、30、40、50……目筛网留存量90%粒通其相应筛孔直径称树脂效粒径数通用树脂产品效粒径0.4~0.6mm间 树脂颗粒否均匀均匀系数表示测定树脂效粒径坐标图取累计留存量40%粒相应筛孔直径与效粒径比例种树脂(IR-120)效粒径0.4~0.6mm20目筛、30目筛及40目筛留存粒别:18.3%、41.1%、及31.3%则计算均匀系数2.0 (2) 树脂密度 树脂干燥密度称真密度湿树脂每单位体积(连颗粒间空隙)重量称视密度树脂密度与交联度交换基团性质关通交联度高树脂密度较高强酸性或强碱性树脂密度高于弱酸或弱碱性者孔型树脂密度则较低江苏色赛思树脂限公司整理例苯乙烯系凝胶型强酸阳离树脂真密度1.26g/mL视密度0.85g/mL;丙烯酸系凝胶型弱酸阳离树脂真密度1.19g/mL视密度0.75g/mL (3) 树脂溶解性 离交换树脂应溶性物质树脂合程夹杂聚合度较低物质及树脂解物质工作运行溶解交联度较低含性基团树脂溶解倾向较 (4) 膨胀度 离交换树脂含量亲水基团与水接触即吸水膨胀树脂离变换阳离树脂由H+转Na+阴树脂由Cl-转OH-都离直径增发膨胀增树脂体积通交联度低树脂膨胀度较设计离交换装置必须考虑树脂膨胀度适应产运行树脂离转换发树脂体积变化 (5) 耐用性 树脂颗粒使用转移、摩擦、膨胀收缩等变化期使用少量损耗破碎故树脂要较高机械强度耐磨性通交联度低树脂较易碎裂树脂耐用性更主要决定于交联结构均匀程度及其强度孔树脂具较高交联度者结构稳定能耐反复再 八、离交换树脂应用领域: 1)水处理 水处理领域离交换树脂需求量约占离交换树脂产量90%用于水各种阴阳离除目前离交换树脂消耗量用火力发电厂纯水处理其原能、半导体、电工业等 2)食品工业 离交换树脂用于制糖、味精、酒精制、物制品等工业装置例:高糖浆制造由玉米萃淀粉再经水解反应产葡萄糖与糖经离交换处理高糖浆离交换树脂食品工业消耗量仅于水处理 3)制药行业 制药工业离交换树脂发展新代抗菌素及原抗菌素质量改良具重要作用链霉素发功即突例近药提等面所研究 4)合化石油化工业 机合用酸碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应用离交换树脂代替机酸、碱同进行述反应且优点更树脂反复使用产品容易离反应器腐蚀污染环境反应容易控制等 甲基叔丁基醚(MTBE)制备用孔型离交换树脂作催化剂由异丁烯与甲醇反应代替原环境造严重污染四乙基铅 5)环境保护 离交换树脂已应用许非受关注环境保护问题目前许水溶液或非水溶液含毒离或非离物质些用树脂进行收使用除电镀废液金属离收电影制片废液用物质等 6)湿冶金及其 离交换树脂贫铀矿离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素贵金属 其补充: 离交换技术相历史某些物质泡沸石用煤经磺化制磺化煤都用作离交换剂随着现代机合工业技术迅速发展研究制许种性能优良离交换树脂并发种新应用离交换技术迅速发展许行业特别高新科技产业科研领域广泛应用近内外产树脂品种达数百种产量数十万吨 工业应用离交换树脂优点主要处理能力脱色范围广脱色容量高能除各种同离反复再使用工作寿命运行费用较低(虽投入费用较)离交换树脂基础种新技术色谱离、离排斥、电渗析等各具独特功能进行各种特殊工作其难做离交换技术发应用迅速发展 离交换树脂应用近内外制糖工业重点研究课题糖业现代化重要标志膜离技术糖业应用受广泛研究 离交换树脂都用机合制用原料苯乙烯或丙烯酸(酯)通聚合反应具三维空间立体网络结构骨架再骨架导入同类型化性基团(通酸性或碱性基团)制 离交换树脂溶于水般溶剂数制颗粒状些制纤维状或粉状树脂颗粒尺寸般0.3~1.2mm 范围内部0.4~0.6mm间较高机械强度(坚牢性)化性质稳定情况较使用寿命 离交换树脂含种(或几种)化性基团即交换官能团水溶液能离解某些阳离(H+或Na+)或阴离(OH-或Cl-)同吸附溶液原存其阳离或阴离即树脂离与溶液离互相交换溶液离离 离交换树脂品种化组结构同具同功能特性适应于同用途应用树脂要根据工艺要求物料性质选用适类型品种