离子交换树脂的生产与应用.docx

离子交换树脂的生产与应用 离子交换树是具有活性基团的亲水化合物。在它的分子结构中,一部分为树脂的基体骨架,另一部分为由固定离子和可交换离子组成的活性基团。离子交换树脂具有交换、选择、吸附和催化等功能,在工业高纯水制备、医药卫生、冶金行业、生物工程等领域都得到了广泛的应用。近年来,离子交换树脂无论是从种类、结构还是性能上都出现了很大的变化,其生产和应用也都得到了很大的发展。 我国自20世纪50年代以来开始生产和应用离子交换树脂。经过半个多世纪的发展,国内常规离子交换树脂的制造和应用技术已经较为成熟,水平与国外相当。离子交换树脂主要应用于电力、食品医药、电子和冶金等行业,随着锅炉给水、饮用水和电子用水等对离子交换出水的纯度要求日益提高,促使常规的离子交换树脂生产和应用技术不断完善,同时催生了许多新型的生产工艺不断涌现,使得离子交换树脂产品升级和技术进步的步伐也日益加快。 1 国内离子交换树脂生产工艺和技术的发展 在我国,离子交换树脂的工业化历史已有五十余年。随着其应用范围的不断拓展和技术要求的不断提高,国内离子交换树脂的产量不断增加、品种不断丰富,其生产工艺和技术也不断进步。 1.1 离子交换树脂的产能 目前离子交换树脂的全球年消费量约为50万t,且正在以3%~4%的速度增长。据估计,2008年我国离子交换树脂产能(不含外资在华工厂)约为18万t,实际产量达到16万t。因此,如果以产地为标准,我国无疑是离子交换树脂的最大生产国。表1所示为我国主要离子交换树脂生产厂家2008年的产能。从中可以看出,国内三家最大的离子交换树脂生产厂家———浙江争光实业股份有限公司、苏青水处理工程集团公司和淄博东大化工股份有限公司的产能之和在全国总产能中所占比例达到50%。 1.2 国内离子交换树脂的应用情况 离子交换树脂产品种类繁多,按照不同的标准,其分类方法也不同。 根据离子交换树脂所带活性基团的性质,可分为强酸阳离子、弱酸阳离子、强碱阴离子、弱碱阴离子、鳌合性、两性及氧化还原树脂。从世界树脂的生产情况看,强酸性树脂占总产量的50%~60%,强碱性树脂占25%~30%。而我国离子交换树脂的生产情况则是强酸性树脂占有更大的比重,约占总产量的80%,而强碱性树脂只占总产量的15%左右。 根据离子交换树脂的孔型,可分为凝胶型和大孔型。两者各有优缺点,如凝胶型交换容量大,但孔径小、易污染堵塞,而大孔型具有抗有机物污染的能力。目前我国生产的离子交换树脂以凝胶型为主。 根据合成离子交换树脂单体的不同,可分为苯乙烯系、丙烯酸系、环氧系、酚醛系及脲醛系等。其中生产数量最多、应用最为广泛的为苯乙烯系离子交换树脂。以国内目前最大的树脂生产厂家———浙江争光实业股份有限公司为例。在其生产的树脂中,苯乙烯系、丙烯酸系和环氧系为主要的三大系列。 另外,根据树脂的特定使用环境和场合,还可以将树脂分为通用型、核级、电子级、食品级、冶金专用树脂等。浙江争光实业股份有限公司是国内唯一一家具有核电树脂生产能力和进入该领域在核电站应用的厂家,该厂生产的ZG NR系列核级树脂具有极高纯度,技术规格已达到国际先进水平;此外,该厂生产的ZG ER系列电子级树脂、ZG FD系列食品级树脂在技术水平上也属国内领先行列。 对于离子交换树脂的分类、命名及型号等,我国已于2009年2月1日起开始实施最新的标准规范。新标准与旧标准相比主要不同在于其命名形式参考了国际标准化组织(ISO)对离子交换树脂产品命名的原则,这将有助于我国离子交换树脂市场更好的与国际接轨。 1.3 生产工艺 1.3.1 聚合反应改性 离子交换树脂的合成分为两个过程,一是高分子聚合物骨架的制备,二是在制成的骨架上引入活性基团。在常规的工艺中,制备高分子骨架一般采用悬浮聚合、单次交联的方法。例如苯乙烯树脂的合成就是使苯乙烯和交联剂二乙烯苯在水中悬浮状态下聚合成球状物(白球),再通过化学反应向骨架上引入活性基团。若用浓硫酸处理白球则得到磺酸型阳离子树脂,若先用氯甲醚进行氯甲基化处理后再用胺处理则可制得碱性强弱不同的各种阴离子树脂。另一类比较常用的树脂———丙烯酸系树脂的合成是由已经具备活性基团的单体经聚合一步制得。其基体由丙烯酸甲酯和交联剂二乙烯苯共聚而成,基体再经过特定的化学反应转变为阳离子交换树脂或阴离子交换树脂。 但是,这种常规工艺存在一定的缺点。在工业悬浮聚合反应工艺中,由于单体与水相之间存在着较大的粘度差异,且反应器中搅拌剪切力空间分布不均匀等诸多原因,会导致产出的白球粒度不均匀且有相当一部分白球粒度不符合要求。这样会增加生产成本、增加能耗、浪费资源,而且会造成较大的环境污染。 1.3.2 互贯聚合工艺所体现的优点 鉴于常规工艺存在的缺陷,离子交换树脂领域的国内外学者一直积极致力于探索新型的合成工艺。现在已经开发出的新型工艺