CN100425346C - 铝型混合树脂的电再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝型混合树脂的电再生方法，其特征在于该方法包括树脂的预处理和电再生的处理步骤。经过预处理的树脂用电导率为600μs/cm的井水失效后，将阴、阳树脂分别填充至处理装置两侧的浓水室，取300ml体积比为1∶1的阴、阳混合树脂，洗净后填充至再生室。将Al(OH)₃凝胶溶液注入再生室底部并排出溢液。两侧浓水室新产生的酸、碱废液及时排放并补充以自来水。控制温度不超过60℃。通电结束后，立即将再生室中的混合树脂取出并洗净。本法通过将Al(OH)₃解离为Al³⁺和OH^-，使得混合树脂中的阳离子交换树脂再生为铝型，阴离子交换树脂再生为氢氧根型，该混合床可在工业纯水及高纯水领域推广应用。

Description

铝型混合树脂的电再生方法

技术领域

本发明涉及离子交换法水处理，尤其涉及铝型强酸性阳离子交换树脂与弱碱性阴离子交换树脂混合床电再生新技术。

背景技术

目前离子交换混合床是工业制取纯水和超纯水工艺过程中必不可少的单元，通常是由H型强酸性阳离子交换树脂和OH型强碱性阴离子交换树脂构成。失效树脂分别用盐酸溶液和氢氧化钠溶液再生，清洗后重新混合进行下一周期的循环。为保证产出水的质量和周期产水量，必须消耗大于理论用量的再生药剂，因此产生大量的酸碱废水腐蚀下水管道，污染受纳水体，而且浪费资源。这种混合床树脂经水力分层后用酸碱再生的方法沿用至今。

针对广泛使用的这种离子交换树脂酸碱再生方法，为了克服其再生剂利用率低、废液严重污染环境、操作工序繁琐、再生费用高等的弊端，出现了一种新的再生方法，即在电场作用下，以水解离出的OH^-和H⁺分别再生阴、阳树脂的电再生法。但是，由于H⁺对强酸性阳离子交换树脂的选择性低于其它阳离子，以及H⁺在电场中的迁移速度极高，导致阳树脂再生效果不佳，降低混合床交换能力。

发明内容

本发明的目的，是针对当前混合床离子交换树脂电再生技术存在的问题，提出了铝型强酸性阳离子交换树脂与弱碱性阴离子交换树脂混合床电再生新方法。从机理上讲，当原水通过铝型混合床树脂时，水中阴离子首先与阴树脂上的OH^-发生置换反应，被置换下来的OH^-立即与其附近的铝型阳树脂发生反应，同时水中阳离子参与反应，相当于铝型阳树脂与碱作用，这种反应是基于铝离子的水解聚合特性，吸附OH^-和等摩尔的阳离子的特点。阴阳离子协同作用的独特机制使铝型树脂具有特殊的选择性，其实质是铝离子水解聚合生成单核络离子如Al(OH)²⁺、Al(OH)₂ ⁺及多核络离子Al₂(OH)₂ ⁴⁺、Al₃(OH)₄ ⁵⁺。而现今通用的离子交换混合床脱盐反应实质是酸碱的中和反应，消耗H⁺和OH^-生成H₂O。采用铝型混合床后，这种不可逆的酸碱中和反应为可逆的水解聚合反应所代替，而且此过程具有可调控性。从物料衡算的角度来看，这一过程是真正意义上的富集分离过程。铝型混合树脂的电再生机理与普通的混床树脂的电再生机理类似，不同之处在于铝型混合树脂的电再生是利用Al(OH)₃解离所产生的的OH^-和Al³⁺来再生失效的阴、阳树脂。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种铝型混合树脂的电再生方法，其特征在于该方法的工艺过程包括如下步骤：

(l)树脂的预处理步骤：

(1.1)将强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂和大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂分别用饱和食盐水浸泡24h后用水冲洗至上层液澄清；

(1.2)将阳树脂用2倍树脂体积的1mol/L NaOH溶液浸泡4h，用去离子水洗至中性；

(1.3)再用2倍树脂体积的1mol/L HCl溶液浸泡8h，用去离子水洗至中性；

(1.4)将阴树脂用2倍树脂体积的1mol/L HCl溶液浸泡4h，用去离子水洗至中性；

(1.5)再用2倍树脂体积的1mol/L NaOH溶液浸泡8h，用去离子水洗至中性备用；

(1.6)将预处理后的阴、阳树脂用电导率为600μs/cm的井水搅拌冲洗；

(2)电再生的处理步骤：

(2.1)将失效阴树脂填充至阳极室，失效阳树脂填充至阴极室，从而代替电解质溶液作导电介质，同时另取失效阴、阳树脂各150ml，混合后填充至再生室；

(2.2)接通电源后，将Al(OH)₃凝胶溶液用恒流泵不断地注入再生室底部并排出溢液，保持液面稳定；阳极室产生的酸液和阴极室产生的碱液亦由恒流泵及时排出并补充以电导率为200μs/cm左右的自来水，用来降低极室温度，控制再生室温度不超过60℃，通电结束后，立即将再生室中的混合树脂取出，用去离子水清洗除去未反应的Al(OH)₃。

2、根据权利要求1所述的铝型混合树脂的电再生方法，其特征在于所述试验装置的最佳工艺参数为：再生电压60V、再生时间4h、再生室进Al(OH)₃流量0.2mL/s。

与现有技术相比较本发明的优点在于，在电场的作用下，Al(OH)₃解离为Al³⁺和OH^-，使得强酸性的阳离子交换树脂再生为铝型，弱碱性的阴离子交换树脂再生为氢氧根型，此过程中，Al(OH)₃解离的能耗要低于水解离能耗；阴阳树脂再生过程也易于实现；同时由于阴阳树脂交换容量接近，混合树脂中两种树脂体积比相等，有利于提高树脂电再生效率。

附图说明

图1是本发明的电再生原理图。

图2是电再生装置的示意图。

具体实施方式

如图1～图2所示的一种铝型混合树脂的电再生方法，其中电解装置采用自制的单级三隔室装置，内置阴、阳电极和阴、阳离子交换膜，分别构成两个浓水室和再生室。再生室尺寸为15mm×135mm×200mm，浓水室尺寸为100mm×135mm×200mm。填充树脂为南开大学化工厂生产的001×7(732)型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂和D301G大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。阴、阳离子交换膜来自临安千秋水处理设备有限公司。电极为钛镀钌材料，尺寸为11mm×18mm×0.8mm。电再生处理时，向再生室注入Al(OH)₃凝胶悬浮液，代替H₂O作为再生剂。在直流电场作用下，Al(OH)₃电解离产生Al³⁺和OH^-。由于Al³⁺的选择性较高，因而易于将失效阳树脂上Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺等交换下来，使阳树脂再生成为Al型。被交换下来的Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺在电场作用下，透过阳离子交换膜进入浓水室而被除去。同时，Al(OH)₃电解离产生大量OH^-也使得失效阴树脂上的Cl^-、SO₄ ²⁺和HCO₃ ^-等易于被OH^-所替代，并在电场作用下，透过阴离子交换膜进入浓水室而除去，这样，失效阴树脂也得到了再生，成为OH型。热力学分析表明，相比电解H₂O，电解Al(OH)₃的能耗更低。

具体电再生的方法包括：

1树脂的预处理

将树脂用饱和食盐水浸泡24h，再用去离子水洗去杂质至澄清。阳树脂用1mol/L，约2倍树脂体积的NaOH溶液浸泡4h，用去离子水洗至中性；再用1mol/L，约2倍树脂体积的HCl溶液浸泡8h，用去离子水洗至中性。阴树脂用1mol/L，约2倍树脂体积的HCl溶液浸泡4h，用去离子水洗至中性；再用1mol/L，约2倍树脂体积的NaOH溶液浸泡8h，用去离子水洗至中性即可。

2电再生试验方法

预处理后的树脂用电导率约600μs/cm的井水使其失效后，阴、阳树脂分别填充至两侧浓水室，另取300mL阴、阳树脂比例为1∶1的混合树脂洗净后填充至再生室。通电后，将Al(OH)₃凝胶溶液用恒流泵不断地注入再生室底部并排出上层溢液。两侧浓水室所产生的酸、碱废液及时排放并补充以自来水。试验过程中改变再生电压和进入再生室的Al(OH)₃流速，记录不同时间段的再生电流、再生室温度以及浓水室的pH值变化。控制温度不超过60℃。通电结束后，立即将再生室中的混合树脂取出并清洗。

Claims (2)

1、一种铝型强酸弱碱混合树脂的电再生方法，其特征在于该方法的工艺过程包括如下步骤：

(1)树脂的预处理步骤：

(1.1)将强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂和大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂分别用饱和食盐水浸泡24h后用水洗至上层液澄清；

(1.2)将阳树脂用2倍树脂体积的1mol/L NaOH溶液浸泡4h，用去离子水洗至中性；

(1.3)再用2倍树脂体积的1mol/L HCl溶液浸泡8h，用去离子水洗至中性；

(1.4)将阴树脂用2倍树脂体积的1m0l/L HCl溶液浸泡4h，用去离子水洗至中性；

(1.5)再用2倍树脂体积的1mol/L NaOH溶液浸泡8h，用去离子水洗至中性备用；

(1.6)将预处理后的阴、阳树脂用电导率为600μs/cm的井水搅拌冲洗；

(2)电再生的处理步骤：

(2.1)将失效阴树脂填充至阳极室，失效阳树脂填充至阴极室，从而代替电解质溶液作导电介质，同时另取失效阴、阳树脂各150ml，混合后填充至再生室；

(2.2)接通电源后，将Al(OH)₃凝胶溶液用恒流泵不断地注入再生室底部并排出溢液，保持液面稳定；阳极室产生的酸液和阴极室产生的碱液亦由恒流泵及时排出并补充以电导率为200μs/cm左右的自来水，用来降低极室温度，控制再生室温度不超过60℃，通电结束后，立即将再生室中的混合树脂取出，用去离子水清洗除去未反应的Al(OH)₃。

2、根据权利要求1所述的铝型混合树脂的电再生方法，其特征在于所述试验装置的最佳工艺参数为：再生电压60V、再生时间4h、再生室进Al(OH)₃流量0.2mL/s。

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