离子交换树脂的氧化和降解

　　离子交换树脂的氧化和降解

　　强碱阴树脂遭受氧化后，主要表现为季胺基团的逐渐降解，而不会发生骨架的断链。强碱阴树脂的降解主要是季胺基团按顺序分解为叔、仲、伯胺，甚至非碱性物质。在化学除盐工艺中，其主要表现为中性盐分解容量，特别是硅交换容量的降低。

　　离子交换树脂的氧化和降解

　　树脂的化学稳定性可以用其耐受氧化剂作用的能力表示。阳树脂被氧化后主要发生骨架的断链，而阴树脂则主要表现为季胺基团的降解。

　　阳树脂的氧化：

　　阳树脂被氧化后主要表现为骨架断链，生成低分子的磺酸化合物以及羧酸基团。

　　其反应为： —CH—CH2— —CH—CH2— ◇ +(O) → ◇ + R SO3H SO3H SO3H O ‖ —CH—CH2— —C—CH2— ◇ +(O) → ◇ SO3H SO3H

　　备注：因发表框内不具备插图功能，借用“◇”代表苯环，还望各位见谅。

　　阳树脂遇到的氧化剂主要是游离氯与水反应生成的氧：

　　其反应如下： Cl2 + H2O → HOCl + HCl HOCl → HCl + (O)

　　过去原水中的游离氯主要来自生活用水的消毒。近年来，由于天然水中有机物含量和细菌的增多，在混凝、澄清之前也需加氯，以达到灭菌和降低COD的作用，因此，必须注意游离氯对阳树脂的损害。再生过程中，如果使用质量差的工业盐酸或副产品盐酸，其中含有氧化剂也会对阳树脂造成损害。一般要求进入化学除盐设备的原水中，游离氯的含量应小于0.1mg/L。

　　防止阳树脂被氧化的方法：

　　(1)活性炭过滤。防止阳树脂被氧化的常用方法是通过活性炭过滤。活性炭脱除游离氯的原理，不单纯是吸附作用，而是一种表面上的化学反应。当活性炭表面吸附的氯达到一定浓度时，就会发生下列反应：

　　Cl2 + H2O → HOCl + HCl C* + HOCl → CO* + HCl

　　式中：C*——活性炭

　　CO*——活性炭表面上生成的氧化物。

　　如果有充分的氯参加反应，CO*可以变为CO或CO2逸出，留下的活性炭可以继续吸附游离氯。为此，为了脱除游离氯，可以使用较高的过滤流速(约50m/h)。同时，活性炭吸着游离氯时具有很高的吸着容量(每克活性炭约可吸着6.5mg以上的Cl2)。

　　用活性炭去除水中的游离氯可以使用下列经验公式进行计算：

　　CO 0.5L Lg —— = K —— C V

　　式中：CO——进水游离氯的含量，mg/L。

　　C——出水游离氯的含量，mg/L。

　　L——活性炭层高，m。

　　V——过滤流速，m/h。

　　考虑到HOCl的反应速度较慢，将上述公式修正为： CO L Lg —— = K —— C V

　　制造活性炭的原材料一般对脱氯效率无影响。

　　水中有胶体或高浓度的有机物存在，将会严重缩短活性炭作为脱氯剂的寿命。

　　活性炭过滤器仅用于脱除游离氯时，可以用漏Cl2量≥0.1mg/L作为终点。活性炭的寿命是很长的，例如：在活性炭层高0.76m，过滤速度6.1m/h的条件下，对游离氯含量2mg/L的水进行脱氯，其使用寿命约为6年左右。

　　(2)选用高交联度的阳树脂。随着树脂交联度的增大，其抗氧化性能增强。

　　阳树脂被氧化后，由于断链使骨架疏松，体积膨胀，含水量增大。

　　大孔型阳树脂因为交联度高，具有较好的抗氧化性能。但是，随着树脂交联度的增加，其交换容量降低，价格增高，因此，在实际中很少使用。

　　强碱阴树脂的降解：

　　强碱阴树脂遭受氧化后，主要表现为季胺基团的逐渐降解，而不会发生骨架的断链。强碱阴树脂的降解主要是季胺基团按顺序分解为叔、仲、伯胺，甚至非碱性物质。在化学除盐工艺中，其主要表现为中性盐分解容量，特别是硅交换容量的降低。强碱阴树脂在运行中遇到的氧化剂主要是水中溶解氧，再生过程中遇到的氧化剂主要是碱中所含的ClO3-和FeO42-。

　　季胺基团受氧化的反应，如下式所示：

　　/CH3 (O) /CH3 (O) (O) R—N—CH3 ——→ R—N ——→ R=N—CH3——→ R≡N ——→非碱性物质 CH3 CH3 　　强碱Ⅰ型阴树脂的抗氧化性能优于强碱Ⅱ型。强碱阴树脂在长期使用中，其交换容量会逐渐降低。

　　防止强碱阴树脂降解的方法

　　(1)使用真空除气器，减少阴床进水中的含氧量。

　　(2)做好碱液贮存及输送设备的防腐工作，降低再生液的含铁量。

　　(3)采用隔膜法制造的纯碱，降低碱液中NaClO3的含量(可降低至6-7mg/L)。

　　(4)控制再生液温度：Ⅰ型阴树脂不得高于40℃;Ⅱ型阴树脂不得高于35℃。

　　(5)树脂应以氯型在低温下保存。