一、 常規(guī)的活化處理
離子交換樹脂使用一段時(shí)間后,吸附的雜質(zhì)接近飽和狀態(tài),就要進(jìn)行活化處理,用化學(xué)藥劑將樹脂所吸附的離子和其他雜質(zhì)洗脫除去,使之恢復(fù)原來的組成和性能。在實(shí)際運(yùn)用中,為降低活化費(fèi)用,要適當(dāng)控制活化劑用量,使樹脂的性能恢復(fù)到經(jīng)濟(jì)合理的活化水平,通??刂菩阅芑謴?fù)程度為 70~80% 。如果要達(dá)到更高的活化水平,則活化劑量要大量增加,活化劑的利用率則下降。
樹脂的活化應(yīng)當(dāng)根據(jù)樹脂的種類、特性,以及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,選擇適當(dāng)?shù)幕罨巹┖凸ぷ鳁l件。
樹脂的活化特性與它的類型和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性樹脂的活化比較困難,需用活化劑量比理論值高相當(dāng)多;而弱酸性或弱堿性樹脂則較易活化,所用活化劑量只需稍多于理論值。此外,大孔型和交聯(lián)度低的樹脂較易活化,而凝膠型和交聯(lián)度高的樹脂則要較長的活化反應(yīng)時(shí)間。
活化劑的種類應(yīng)根據(jù)樹脂的離子類型來選用,并適當(dāng)?shù)剡x擇價(jià)格較低的酸、堿或鹽。例如:鈉型強(qiáng)酸性陽樹脂可用 10%NaCl 溶液活化,用藥量為其交換容量的 2 倍 (用NaCl 量為117g/ l 樹脂 );氫型強(qiáng)酸性樹脂用強(qiáng)酸活化,用硫酸時(shí)要防止被樹脂吸附的鈣與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀物。為此,宜先通入 1~2% 的稀硫酸活化。
氯型強(qiáng)堿性樹脂,主要以 NaCl 溶液來活化,但加入少量堿有助于將樹脂吸附的色素和有機(jī)物溶解洗出,故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的堿鹽液活化,常規(guī)用量為每升樹脂用150~ 200g NaCl ,及 3~4g NaOH。 OH 型強(qiáng)堿陰樹脂則用 4%NaOH 溶液活化。
樹脂活化時(shí)的化學(xué)反應(yīng)是樹脂原先的交換吸附的逆反應(yīng)。按化學(xué)反應(yīng)平衡原理,提高化學(xué)反應(yīng)某一方物質(zhì)的濃度,可促進(jìn)反應(yīng)向另一方進(jìn)行,故提高活化液濃度可加速活化反應(yīng),并達(dá)到較高的活化水平。
為加速活化化學(xué)反應(yīng),通常先將活化液加熱 70~80℃。它通過樹脂的流速一般為 1~ 2 BV/h 。也可采用先快后慢的方法,以充分發(fā)揮活化劑的效能?;罨瘯r(shí)間約為一小時(shí)。隨后用軟水順流沖洗樹脂約一小時(shí) ( 水量約4BV) ,待洗水排清之后,再用水反洗,洗出液無色、無混濁為止。
一些樹脂在活化和反洗之后,要調(diào)校 pH 值。因?yàn)榛罨撼:袎A,樹脂活化后即使經(jīng)水洗,也常帶堿性。而一些脫色樹脂 (特別是弱堿性樹脂) 宜在微酸性下工作。此時(shí)可通入稀鹽酸,使樹脂 pH 值下降6左右,再用水正洗,反洗各一次。
樹脂在使用較長時(shí)間后,由于它所吸附的一部分雜質(zhì) ( 特別是大分子有機(jī)膠體物質(zhì) ) 不易被常規(guī)的活化處理所洗脫,逐漸積累而將樹脂污染,使樹脂效能降低。此時(shí)要用特殊的方法處理。例如:陽離子樹脂受含氮的兩性化合物污染,可用 4%NaOH 溶液處理,將它溶解而排掉;陰離子樹脂受有機(jī)物污染,可提高堿鹽溶液中的 NaOH 濃度0.5~1.0%,以溶解有機(jī)物。
二、特殊的活化處理
污染較嚴(yán)重的樹脂,可用酸或堿性食鹽溶液反復(fù)處理,如先用 10%NaCl +1%NaOH 堿鹽溶液溶解有機(jī)物,再用 4%HCl 或分別用 10%NaOH 及 1%HCl 溶解無機(jī)物,隨后再用 10%NaCl +1%NaOH 處理,在約 70℃下進(jìn)行。
如果上述處理的效果未達(dá)要求,可用氧化法處理。即用水洗滌樹脂后,通入濃度為 0.5% 的次氯酸鈉溶液,控制流速 2~4BV/h ,通過量 10~20BV ,隨即用水洗滌,再用鹽水處理。應(yīng)當(dāng)注意,氧化處理可能將樹脂結(jié)構(gòu)中的大分子的連接鍵氧化,造成樹脂的降解,膨脹度增大,容易碎裂,故不宜常用。通常使用 50 周期后才進(jìn)行一次氧化處理。由于氯型樹脂有較強(qiáng)的耐氧化性,故樹脂在氧化處理前應(yīng)用鹽水處理,變?yōu)槁刃?,這還可避免處理過程中的 pH 值變化,并使氧化作用比較穩(wěn)定。
三、活化廢液的處置
糖廠用樹脂脫色,樹脂活化的廢液含有大量的色素和有機(jī)物,顏色很深。用原糖生產(chǎn)精糖時(shí),每 100 噸糖的活化廢液量約為 6~9m3 。要經(jīng)過處理才能排放 (或循環(huán)),這也是一個(gè)難題。
Bento 詳細(xì)研究了用化學(xué)方法處理活化液,使色素和其他有機(jī)物沉淀,除去雜質(zhì)后再循環(huán)使用,減少排放,并充分利用其中的氯化鈉。由于活化液中色素的濃度比糖汁中高 10 倍以上,液體數(shù)量較小,沒有糖液的粘性,并能容許強(qiáng)烈的條件如強(qiáng)堿性和高溫等而無需顧慮糖的分解,用化學(xué)處理比較方便?;罨杭尤?5~10% 容積的石灰乳 ( 濃度為含CaO100g/ l ) ,加熱到60℃并輕微攪拌,大量的有色物沉淀析出。再加入碳酸鈉或二氧化碳、磷酸鈉或磷酸并保持堿性,都可使較多的有色物沉淀。處理后的液體添加少量食鹽可返回作樹脂的初級(jí)活化液,其后再用新的鹽水活化。
對(duì)廢液的處理還研究過多種方法:用顆?;钚蕴课剑么温人徕c、次氯酸鈣、氯氣或臭氧將它氧化,用超過濾或反滲透法分離它的有機(jī)物,或用粉狀樹脂吸附等。近 Guimaraes 等研究用微生物將它的有色物降解,取得較好效果 。