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    離子交換技術(shù)有相當長的歷史,某些天然物質(zhì)如泡沸石和用煤經(jīng)過磺化制得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是,隨著現(xiàn)代有機合成工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,研究制成了許多種性能優(yōu)良的離子交換樹脂,并開發(fā)了多種新的應用方法,離子交換技術(shù)迅速發(fā)展,在許多行業(yè)特別是高新科技產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中廣泛應用。近年國內(nèi)外生產(chǎn)的樹脂品種達數(shù)百種,年產(chǎn)量數(shù)十萬噸。
    在工業(yè)應用中,離子交換樹脂的優(yōu)點主要是處理能力大,脫色范圍廣,脫色容量高,能除去各種不同的離子,可以反復再生使用,工作壽命長,運行費用較低(雖然一次投入費用較大)。以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù),如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等,各具獨特的功能,可以進行各種特殊的工作,是其他方法難以做到的。離子交換技術(shù)的開發(fā)和應用還在迅速發(fā)展之中。
    離子交換樹脂的應用,是近年國內(nèi)外制糖工業(yè)的一個重點研究課題,是糖業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。膜分離技術(shù)在糖業(yè)的應用也受到廣泛的研究。
    離子交換樹脂都是用有機合成方法制成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸(酯),通過聚合反應生成具有三維空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架,再在骨架上導入不同類型的化學活性基團(通常為酸性或堿性基團)而制成。
    離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。大多數(shù)制成顆粒狀,也有一些制成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3~1.2mm 范圍內(nèi),大部分在0.4~0.6mm之間。它們有較高的機械強度(堅牢性),化學性質(zhì)也很穩(wěn)定,在正常情況下有較長的使用壽命。
    離子交換樹脂中含有一種(或幾種)化學活性基團,它即是交換官能團,在水溶液中能離解出某些陽離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH-或Cl-),同時吸附溶液中原來存有的其他陽離子或陰離子。即樹脂中的離子與溶液中的離子互相交換,從而將溶液中的離子分離出來。
    離子交換樹脂的品種很多,因化學組成和結(jié)構(gòu)不同而具有不同的功能和特性,適應于不同的用途。應用樹脂要根據(jù)工藝要求和物料的性質(zhì)選用適當?shù)念愋秃推贩N。

    1)水處理
    水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大,約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%,用于水中的各種陰陽離子的去除。目前,離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上,其次是原子能、半導體、電子工業(yè)等。
    2)食品工業(yè)
    離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如:高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后,再經(jīng)水解反應,產(chǎn)生葡萄糖與果糖,而后經(jīng)離子交換處理,可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量僅次于水處理。
    3)制藥行業(yè)
    制藥工業(yè)離子交換樹脂對發(fā)展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。近年還在中藥提成等方面有所研究。
    4)合成化學和石油化學工業(yè)
    在有機合成中常用酸和堿作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、堿,同樣可進行上述反應,且優(yōu)點更多。如樹脂可反復使用,產(chǎn)品容易分離,反應器不會被腐蝕,不污染環(huán)境,反應容易控制等。
    甲基叔丁基醚(MTBE)的制備,就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑,由異丁烯與甲醇反應而成,代替了原有的可對環(huán)境造成嚴重污染的四乙基鉛。
    1、離子交換樹脂含有一定水份,不宜露天存放,儲運過程中應保持濕潤,以免風干脫水,使樹脂破碎,如貯存過程中樹脂脫水了,應先用濃食鹽水(10%)浸泡,再逐漸稀釋,不得直接放入水中,以免樹脂急劇膨脹而破碎。
    2、冬季儲運使用中,應保持在5-40℃的溫度環(huán)境中,避免過冷或過熱,影響質(zhì)量,若冬季沒有保溫設(shè)備時,可將樹脂貯存在食鹽水中,食鹽水濃度可根據(jù)氣溫而定。
    3、離子交換樹脂的工業(yè)產(chǎn)品中,常含有少量低聚合物和未參加反應的單體,還含有鐵、鉛、銅等無機雜質(zhì),當樹脂與水、酸、堿或其它溶液接觸時,上述物質(zhì)就會轉(zhuǎn)入溶液中,影響出水質(zhì)量,因此,新樹脂在使用前必須進行預處理,一般先用水使樹脂充分膨脹,然后,對其中的無機雜質(zhì)(主要是鐵的化合物)可用4-5%的稀鹽酸除去,有機雜質(zhì)可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去,洗到近中性即可。如在醫(yī)藥制備中使用,須用乙醇浸泡處理。

    離子交換產(chǎn)品的型號以三位阿拉伯數(shù)字組成,第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類,第二位數(shù)字代表骨架的差異,第三位數(shù)字為順序號用以區(qū)別基因、交聯(lián)劑等的差異。第一、第二位數(shù)字的意義
    離子交換樹脂通常制成珠狀的小顆粒,它的尺寸也很重要。樹脂顆粒較細者,反應速度較大,但細顆粒對液體通過的阻力較大,需要較高的工作壓力;特別是濃糖液粘度高,這種影響更顯著。因此,樹脂顆粒的大小應選擇適當。如果樹脂粒徑在0.2mm(約為70目)以下,會明顯增大流體通過的阻力,降低流量和生產(chǎn)能力。
    樹脂顆粒大小的測定通常用濕篩法,將樹脂在充分吸水膨脹后進行篩分,累計其在20、30、40、50……目篩網(wǎng)上的留存量,以90%粒子可以通過其相對應的篩孔直徑,稱為樹脂的“有效粒徑”。多數(shù)通用的樹脂產(chǎn)品的有效粒徑在0.4~0.6mm之間。
    樹脂顆粒是否均勻以均勻系數(shù)表示。它是在測定樹脂的“有效粒徑”坐標圖上取累計留存量為40%粒子,相對應的篩孔直徑與有效粒徑的比例。如一種樹脂(IR-120)的有效粒徑為0.4~0.6mm,它在20目篩、30目篩及40目篩上留存粒子分別為:18.3%、41.1%、及31.3%,則計算得均勻系數(shù)為2.0。

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