鋁型混合樹脂的電再生方法

2023-06-10 20:14:56 2

專利名稱：鋁型混合樹脂的電再生方法
技術領域：
本發明涉及離子交換法水處理，尤其涉及鋁型強酸性陽離子交換樹脂與弱鹼性陰離子交換樹脂混合床電再生新技術。
背景技術：
目前離子交換混合床是工業製取純水和超純水工藝過程中必不可少的單元，通常是由H型強酸性陽離子交換樹脂和OH型強鹼性陰離子交換樹脂構成。失效樹脂分別用鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液再生，清洗後重新混合進行下一周期的循環。為保證產出水的質量和周期產水量，必須消耗大於理論用量的再生藥劑，因此產生大量的酸鹼廢水腐蝕下水管道，汙染受納水體，而且浪費資源。這種混合床樹脂經水力分層後用酸鹼再生的方法沿用至今。
針對廣泛使用的這種離子交換樹脂酸鹼再生方法，為了克服其再生劑利用率低、廢液嚴重汙染環境、操作工序繁瑣、再生費用高等的弊端，出現了一種新的再生方法，即在電場作用下，以水解離出的OH-和H+分別再生陰、陽樹脂的電再生法。但是，由於H+對強酸性陽離子交換樹脂的選擇性低於其它陽離子，以及H+在電場中的遷移速度極高，導致陽樹脂再生效果不佳，降低混合床交換能力。

發明內容
本發明的目的，是針對當前混合床離子交換樹脂電再生技術存在的問題，提出了鋁型強酸性陽離子交換樹脂與弱鹼性陰離子交換樹脂混合床電再生新方法。從機理上講，當原水通過鋁型混合床樹脂時，水中陰離子首先與陰樹脂上的OH-發生置換反應，被置換下來的OH-立即與其附近的鋁型陽樹脂發生反應，同時水中陽離子參與反應，相當於鋁型陽樹脂與鹼作用，這種反應是基於鋁離子的水解聚合特性，吸附OH-和等摩爾的陽離子的特點。陰陽離子協同作用的獨特機制使鋁型樹脂具有特殊的選擇性，其實質是鋁離子水解聚合生成單核絡離子如Al(OH)2+、Al(OH)2+及多核絡離子Al2(OH)24+、Al3(OH)45+。而現今通用的離子交換混合床脫鹽反應實質是酸鹼的中和反應，消耗H+和OH-生成H2O。採用鋁型混合床後，這種不可逆的酸鹼中和反應為可逆的水解聚合反應所代替，而且此過程具有可調控性。從物料衡算的角度來看，這一過程是真正意義上的富集分離過程。鋁型混合樹脂的電再生機理與普通的混床樹脂的電再生機理類似，不同之處在於鋁型混合樹脂的電再生是利用Al(OH)3解離所產生的的OH-和Al3+來再生失效的陰、陽樹脂。
本發明的技術解決方案是這樣實現的一種鋁型混合樹脂的電再生方法，其特徵在於該方法的工藝過程包括如下步驟(1)樹脂的預處理步驟(1.1)將強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂和大孔弱鹼性苯乙烯系陰離子交換樹脂分別用飽和食鹽水浸泡24h後用水衝洗至上層液澄清；(1.2)將陽樹脂用2倍樹脂體積的1mol/L NaOH溶液浸泡4h，用去離子水洗至中性；(1.3)再用2倍樹脂體積的1mol/L HCl溶液浸泡8h，用去離子水洗至中性；(1.4)將陰樹脂用2倍樹脂體積的1mol/L HCl溶液浸泡4h，用去離子水洗至中性；(1.5)再用2倍樹脂體積的1mol/L NaOH溶液浸泡8h，用去離子水洗至中性備用；(1.6)將預處理後的陰、陽樹脂用電導率為600μs/cm的井水攪拌衝洗若干次至其完全失效；(2)電再生的處理步驟(2.1)將失效陰樹脂填充至陽極室，失效陽樹脂填充至陰極室，從而代替電解質溶液作導電介質，同時另取失效陰、陽樹脂各150ml，混合後填充至再生室；(2.2)接通電源後，將Al(OH)3凝膠溶液用恆流泵不斷地注入再生室底部並排出溢液，保持液面穩定；陽極室產生的酸液和陰極室產生的鹼液亦由恆流泵及時排出並補充以電導率為200μs/cm左右的自來水，用來降低極室溫度，控制再生室溫度不超過60℃，通電結束後，立即將再生室中的混合樹脂取出，用去離子水清洗除去未反應的Al(OH)3。
2、根據權利要求1所述的鋁型混合樹脂的電再生方法，其特徵在於所述試驗裝置的最佳工藝參數為再生電壓60V、再生時間4h、再生室進Al(OH)3流量0.2mL/s，在此條件下，取100ml再生後混合樹脂可處理自來水4200mL，其出水電導率保持在1μs/cm以下。
與現有技術相比較本發明的優點在於，在電場的作用下，Al(OH)3解離為Al3+和OH-，使得強酸性的陽離子交換樹脂再生為鋁型，弱鹼性的陰離子交換樹脂再生為氫氧根型，此過程中，Al(OH)3解離的能耗要低於水解離能耗；陰陽樹脂再生過程也易於實現；同時由於陰陽樹脂交換容量接近，混合樹脂中兩種樹脂體積比相等，有利於提高樹脂電再生效率。


圖1是本發明的電再生原理圖。
圖2是電再生裝置的示意圖。
具體實施例方式
如圖1～圖2所示的一種鋁型混合樹脂的電再生方法，其中電解裝置採用自製的單級三隔室裝置，內置陰、陽電極和陰、陽離子交換膜，分別構成兩個濃水室和再生室。再生室尺寸為15mm×135mm×200mm，濃水室尺寸為100mm×135mm×200mm。填充樹脂為南開大學化工廠生產的001×7(732)型強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂和D301G大孔弱鹼性苯乙烯系陰離子交換樹脂。陰、陽離子交換膜來自臨安千秋水處理設備有限公司。電極為鈦鍍釕材料，尺寸為11mm×18mm×0.8mm。電再生處理時，向再生室注入Al(OH)3凝膠懸浮液，代替H2O作為再生劑。在直流電場作用下，Al(OH)3電解離產生Al3+和OH-。由於Al3+的選擇性較高，因而易於將失效陽樹脂上Ca2+、Mg2+和Na+等交換下來，使陽樹脂再生成為Al型。被交換下來的Ca2+、Mg2+和Na+在電場作用下，透過陽離子交換膜進入濃水室而被除去。同時，Al(OH)3電解離產生大量OH-也使得失效陰樹脂上的Cl-、SO42+和HCO3-等易於被OH-所替代，並在電場作用下，透過陰離子交換膜進入濃水室而除去，這樣，失效陰樹脂也得到了再生，成為OH型。熱力學分析表明，相比電解H2O，電解Al(OH)3的能耗更低。
具體電再生的方法包括1樹脂的預處理將樹脂用飽和食鹽水浸泡24h，再用去離子水洗去雜質至澄清。陽樹脂用1mol/L，約2倍樹脂體積的NaOH溶液浸泡4h，用去離子水洗至中性；再用1mol/L，約2倍樹脂體積的HCl溶液浸泡8h，用去離子水洗至中性。陰樹脂用1mol/L，約2倍樹脂體積的HCl溶液浸泡4h，用去離子水洗至中性；再用1mol/L，約2倍樹脂體積的NaOH溶液浸泡8h，用去離子水洗至中性即可。
2電再生試驗方法預處理後的樹脂用電導率約600μs/cm的井水使其失效後，陰、陽樹脂分別填充至兩側濃水室，另取300mL陰、陽樹脂比例為1∶1的混合樹脂洗淨後填充至再生室。通電後，將Al(OH)3凝膠溶液用恆流泵不斷地注入再生室底部並排出上層溢液。兩側濃水室所產生的酸、鹼廢液及時排放並補充以自來水。試驗過程中改變再生電壓和進入再生室的Al(OH)3流速，記錄不同時間段的再生電流、再生室溫度以及濃水室的pH值變化。控制溫度不超過60℃。通電結束後，立即將再生室中的混合樹脂取出並清洗。
權利要求
1.一種鋁型強酸弱鹼混合樹脂的電再生方法，其特徵在於該方法的工藝過程包括如下步驟(1)樹脂的預處理步驟(1.1)將強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂和大孔弱鹼性苯乙烯系陰離子交換樹脂分別用飽和食鹽水浸泡24h後用水洗至上層液澄清；(1.2)將陽樹脂用2倍樹脂體積的1mol/L NaOH溶液浸泡4h，用去離子水洗至中性；(1.3)再用2倍樹脂體積的1mol/L HCl溶液浸泡8h，用去離子水洗至中性；(1.4)將陰樹脂用2倍樹脂體積的1mo1/L HCl溶液浸泡4h，用去離子水洗至中性；(1.5)再用2倍樹脂體積的1mol/L NaOH溶液浸泡8h，用去離子水洗至中性備用；(1.6)將預處理後的陰、陽樹脂用電導率為600μs/cm的井水攪拌衝洗若干次至其完全失效；(2)電再生的處理步驟(2.1)將失效陰樹脂填充至陽極室，失效陽樹脂填充至陰極室，從而代替電解質溶液作導電介質，同時另取失效陰、陽樹脂各150ml，混合後填充至再生室；(2.2)接通電源後，將Al(OH)3凝膠溶液用恆流泵不斷地注入再生室底部並排出溢液，保持液面穩定；陽極室產生的酸液和陰極室產生的鹼液亦由恆流泵及時排出並補充以電導率為200μs/cm左右的自來水，用來降低極室溫度，控制再生室溫度不超過60℃，通電結束後，立即將再生室中的混合樹脂取出，用去離子水清洗除去未反應的Al(OH)3。
2.根據權利要求1所述的鋁型混合樹脂的電再生方法，其特徵在於所述試驗裝置的最佳工藝參數為再生電壓60V、再生時間4h、再生室進Al(OH)3流量0.2mL/s，在此條件下，取100ml再生後混合樹脂可處理自來水4200mL，其出水電導率保持在1μs/cm以下。
全文摘要
本發明公開了一種鋁型混合樹脂的電再生方法，其特徵在於該方法包括樹脂的預處理和電再生的處理步驟。經過預處理的樹脂用電導率為600μs/cm的井水失效後，將陰、陽樹脂分別填充至處理裝置兩側的濃水室，取300ml體積比為1∶1的陰、陽混合樹脂，洗淨後填充至再生室。將Al(OH)
文檔編號B01J49/00GK101015811SQ20061015587
公開日2007年8月15日 申請日期2006年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者柳志剛, 王穎, 溫陽, 李彥生 申請人:大連交通大學