主營業務:離子交換樹脂、OPTIDOSE tracer水處理阻垢劑、水處理殺菌劑。
目前,羅門哈斯在亞太地區的銷售額約為6543.8+07億美元,約占其全球總銷售額的20%。Doumark表示,未來幾年,羅門哈斯將重新分配工作重心,進壹步拓展新興市場,如中國和印度。
據了解,2007年,羅門哈斯全球科研投資預算為3億美元,其中654.38+0.5億美元將投入可持續科研項目,如低有機揮發物等環保產品的研發。Doumark表示,除了拓展新興市場,羅門哈斯還將致力於通過科研和創新來提高銷售額。
此外,未來羅門哈斯的M&A行為將集中在三個領域:電子材料、特殊材料和亞克力系列。
羅門哈斯是全球領先的R&D特殊材料公司,主要業務包括油漆和塗料、包裝和建築材料、電子材料等。,服務於建材、電子產品、包裝、運輸等多個行業。
壹、離子交換樹脂介紹
離子交換樹脂全稱由分類名、骨架(或基因)名和基本名組成。孔隙結構可分為凝膠型和大孔型。任何具有物理孔隙結構的大孔樹脂都稱為大孔樹脂,全名前加“大孔”。如分類為酸性,則在名稱前加“陽”;如分類為堿性,則在名稱前加“陰”。如:大孔強酸苯乙烯陽離子交換樹脂。
離子交換樹脂根據其基體的類型也可分為苯乙烯樹脂和丙烯酸樹脂。樹脂中化學活性基團的類型決定了樹脂的主要性能和種類。首先分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類,分別與溶液中的陽離子和陰離子進行離子交換。陽離子樹脂分為強酸性和弱酸性,陰離子樹脂分為強堿性和弱堿性(或分為中強酸性和中強堿性)。
離子交換樹脂的命名:
離子交換產品的型號由三個阿拉伯數字組成,第壹個數字代表產品的分類,第二個數字代表骨架的區別,第三個數字是順序號,用來區分基因、交聯劑等的區別。第壹位和第二位的含義見表8-1。
表8-1樹脂型號中壹個和兩個數字的含義
代碼0 1 2 3 4 5 6
強酸、弱酸、強堿和弱堿結合的兩性氧化還原
骨架名稱苯乙烯丙烯酸乙酸環氧乙烯吡啶尿素甲醛氯乙烯體系
大孔樹脂型號前加“D”,凝膠樹脂的交聯度值可用型號後加“X”連接阿拉伯數字表示。如D011×7表示交聯度為7的大孔強酸苯乙烯系陽離子交換樹脂。
國內外離子交換樹脂的生產廠家和品種很多。國內生產廠家有幾十家,主要有上海樹脂有限公司、南開化工廠、浙江鄭光實業有限公司、陳光化工研究院樹脂廠、江蘇賽克斯樹脂有限公司等。國外比較有名的,比如美國羅門&;Hass公司生產的Amberlite系列,Success公司生產的Ionresin系列,陶氏化學公司生產的Dowex系列,法國的Duolite系列和Asmit系列,日本的Diaion系列,Ionac系列和Allassion系列等。樹脂的品牌大部分是由每個制造商或東道國決定的。國外有些產品用字母C代表陽離子樹脂(C代表陽離子的首字母),A代表陰離子樹脂(A代表陰離子的首字母)。例如,Amberlite的IRC和IRA分別代表陽離子樹脂和陰離子樹脂。根據中國化學工業部(HG2-884-76)的規定,離子交換樹脂的型號由三個阿拉伯數字組成。第壹位數字代表產品的分類:0代表強酸性,1代表弱酸性,2代表強堿性,3代表弱堿性,4代表螯合,5代表兩性,6代表氧化還原。第二位數字代表不同的骨架結構:0代表苯乙烯體系,1代表丙烯酸體系,2代表酚醛體系,3代表環氧體系。第三位是序號,用來區分基質和交聯基團的區別。另外,大孔樹脂前面有字母d,因此,D001是大孔強酸性苯乙烯樹脂。
二、離子交換樹脂的基本類型
(1)強酸性陽離子樹脂
這類樹脂含有大量的強酸性基團,如磺酸基團- SO3H,在溶液中容易離解出H+,所以是強酸性的。樹脂解離後,體內含有的陰離子基團,如SO3 -,可以吸附結合液中的其他陽離子。這兩個反應使得樹脂中的H+與溶液中的陽離子進行交換。強酸樹脂具有很強的離解能力,在酸性或堿性溶液中能離解產生離子交換。
使用壹段時間後,樹脂要進行再生,即與化學藥品進行反方向的離子交換反應,使樹脂的官能團恢復原狀,重新使用。上述陽離子樹脂通過強酸再生,此時樹脂釋放吸附的陽離子,然後與H+結合,恢復原始組成。
(2)弱酸性陽離子樹脂
這類樹脂中含有弱酸性基團,如羧基- COOH,能離解水中的H+而呈酸性。樹脂解離後,剩余的陰離子基團,如R-首席運營官-(R為烴基),可以吸附並與溶液中的其他陽離子結合,從而產生陽離子交換。這種樹脂酸性較弱,在低pH值下難以離解和交換離子,只能在堿性、中性或弱酸性溶液(如pH 5 ~ 14)中工作。這種樹脂也是酸再生的(比強酸樹脂更容易再生)。
(3)強堿性陰離子樹脂
這類樹脂含有強堿性基團,如季氨基(也稱季氨基)-NR3OH (R為烴基),能解離水中的OH-,呈強堿性。這種樹脂的陽離子基團可以吸附並與溶液中的陰離子結合,從而產生陰離子交換。
這種樹脂是高度可分解的,可以在不同的pH值下正常工作。用強堿(如NaOH)再生。
(4)弱堿性陰離子樹脂
這類樹脂含有弱堿性基團,如伯氨基(也叫伯氨基)-NH2,仲氨基(仲氨基)-NHR,或叔氨基(叔氨基)-NR2,能離解水中的OH-,變成弱堿性。這種樹脂的陽離子基團可以吸附並與溶液中的陰離子結合,從而產生陰離子交換。在大多數情況下,這種樹脂吸附溶液中的所有其他酸分子。只能在中性或酸性條件下工作(如pH 1 ~ 9)。它可以被Na2CO3和NH4OH再生。
(5)離子樹脂的轉化
以上是樹脂的四種基本類型。在實際使用中,這些樹脂經常被轉化成其他離子類型以滿足各種需要。例如,強酸性陽離子樹脂經常與NaCl反應並轉化成鈉樹脂以重復使用。工作時,鈉樹脂釋放的Na+與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽離子交換吸附,將這些離子去除。反應過程中不釋放H+,可以避免溶液pH值下降以及由此產生的副作用(如蔗糖轉化和設備腐蝕)。這種樹脂以鈉的形式使用後,可以用鹽水(無強酸)再生。再如陰離子樹脂可轉化為氯型重復使用,工作時釋放Cl-,其他陰離子被吸附交換,其再生只需鹽水溶液即可。氯樹脂也可以轉化為碳酸氫鹽(HCO 3-)。強酸樹脂和強堿樹脂轉化為鈉型和氯型後不再有強酸和強堿,但仍具有這些樹脂的其他典型性質,如解離性強、工作pH範圍寬等。
三。離子交換樹脂基體的組成
離子交換樹脂的基體主要由苯乙烯和丙烯酸(酯)組成,分別與交聯劑二乙烯苯聚合,形成具有長分子骨架和交聯的交聯網絡骨架結構的聚合物。先用苯乙烯樹脂,後用丙烯酸樹脂。
這兩種樹脂都有很好的吸附性能,但又各有特點。丙烯酸樹脂能交換吸附大部分離子型色素,脫色量大,吸附質易洗脫再生,可作為糖廠的主要脫色樹脂。苯乙烯樹脂善於吸附糖汁中的芳香物質和多酚色素(包括帶負電荷或不帶電荷的);但是在再生過程中很難洗脫。因此,先用丙烯酸樹脂進行粗脫色,再用苯乙烯樹脂進行精脫色,可以充分發揮兩種方法的優勢。
樹脂的交聯度,即樹脂基體聚合中使用的二乙烯基苯的百分比,對樹脂的性能有很大的影響。壹般交聯度高的樹脂聚合緊密,牢固耐用,密度高,內部空隙少,離子選擇性強;而交聯度低的樹脂孔隙較大,脫色能力較強,反應速度較快,但膨脹性較大,機械強度較低,工作時脆而脆。工業離子樹脂的交聯度壹般不低於4%;脫色用樹脂的交聯度壹般不高於8%;單純用於吸附無機離子的樹脂的交聯度可以更高。
除了上述苯乙烯系和丙烯酸系兩大系列外,離子交換樹脂還可以由其他有機單體聚合而成。如酚醛樹脂(FP)、環氧樹脂(EPA)、乙烯基吡啶樹脂(VP)、脲醛樹脂(UA)等。
四、離子交換樹脂的物理結構
離子樹脂通常分為凝膠型和大孔型。
凝膠樹脂的聚合物骨架在幹燥時沒有孔隙。它吸水後膨脹,在大分子鏈之間形成細孔,通常稱為微孔。濕樹脂的平均孔徑為2 ~ 4nm(2×10-6 ~ 4×10-6mm)。
這些樹脂適合吸附無機離子,直徑都比較小,壹般0.3 ~ 0.6 nm。這種樹脂不能吸附大分子有機物,因為後者的尺寸比較大,比如蛋白質分子的直徑在5 ~ 20nm,所以不能進入這種樹脂的微孔。
大孔樹脂是在聚合過程中加入致孔劑,形成內部有大量永久性微孔的多孔海綿狀骨架,然後引入交換基團制成的。它既有大孔又有大孔。潤濕樹脂的孔徑為100 ~ 500 nm,其大小和數量可在制造過程中控制。孔的表面積可以增加到1000m2/g以上..江蘇賽克斯樹脂有限公司不僅為離子交換提供了良好的接觸條件,縮短了離子擴散的距離,而且增加了許多鏈狀活性中心,可以像活性炭壹樣吸附各種非離子物質,通過分子間的範德華力,通過分子吸附擴展其功能。壹些沒有交換官能團的大孔樹脂也能吸附分離多種物質,如化工廠廢水中的酚類物質。
大孔樹脂孔隙多而大,表面積大,活性中心多,離子擴散和離子交換快,比凝膠樹脂快十倍左右。使用時,見效快,效率高,縮短了所需的治療時間。大孔樹脂還有很多優點:耐溶脹,不易破碎,耐氧化,耐磨損,耐熱,耐溫變,易吸附交換有機大分子,所以抗汙染能力強,易再生。
動詞 (verb的縮寫)離子交換樹脂的離子交換容量
離子交換樹脂在離子交換反應中的性能表現在它的“離子交換容量”,即每克幹樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫當量數,meq/g(幹)或meq/mL(濕);當離子為壹價時,毫克當量數為毫克分子數(對於二價或多價離子,前者為後者乘以離子化合價)。它有三種表現形式:總交換容量、工作交換容量和再生交換容量。
1,總交換容量,表示單位量(重量或體積)樹脂能進行離子交換反應的化學基團總數。
2.工作交換容量是指樹脂在壹定條件下的離子交換容量,與樹脂的種類和總交換容量有關,也與具體的工作條件如溶液組成、流速、溫度等因素有關。
3.再生交換容量是指在壹定再生劑量下得到的樹脂再生的交換容量,表示樹脂中原有化學基團的再生和恢復程度。
再生交換容量壹般為總交換容量的50 ~ 90%(壹般控制在70 ~ 80%),而工作交換容量為再生交換容量的30 ~ 90%(用於樹脂再生)。後壹個比率也叫樹脂利用率。
在實際使用中,離子交換樹脂的交換容量包括吸附容量,但後者所占的比例因樹脂的結構而異。目前還不能單獨計算。在具體設計時,需要根據經驗數據進行修正,並在實際操作中進行檢驗。
離子樹脂交換容量的測定壹般用無機離子進行。這些離子尺寸很小,可以自由擴散到樹脂中,並與樹脂內部的所有交換基團發生反應。但在實際應用中,溶液中往往含有高分子有機化合物,體積較大,難以進入樹脂的微孔,所以實際交換容量會低於無機離子測得的值。這種情況與樹脂的類型、孔的結構尺寸和要處理的物質有關。
第六,離子交換樹脂的吸附選擇性
離子交換樹脂對溶液中不同的離子有不同的親和力,對它們的吸附有選擇性。樹脂對各種離子的交換吸附程度有壹個普遍規律,但不同的樹脂可能略有不同。主要規則如下:
(1)對陽離子的吸附
高價離子通常被優先吸附,而低價離子被弱吸附。在同價離子中,直徑較大的離子被強吸附。壹些陽離子按以下順序被吸附:
Fe3+>;Al3+>;Pb2+>;Ca2+>;Mg2+>;k+& gt;na+& gt;H+
(2)陰離子的吸附
強堿性陰離子交換樹脂吸附無機酸根的壹般順序如下:
SO42->;NO3->;cl->;HCO 3-& gt;哦-
弱堿性陰離子交換樹脂吸附陰離子的壹般順序如下:
哦-& gt;檸檬酸鹽3->;SO42->;酒石酸鹽2->;草酸二->;PO43->;NO2- & gt;cl->;醋酸鹽->;碳酸氫根-
(3)有色物質的吸附
強堿性陰離子樹脂常用於糖液脫色,對類黑色素(還原糖與氨基酸的反應產物)和還原糖的堿性分解產物有較強的吸附作用,而對焦糖色素的吸附作用較弱。這被認為是因為前兩者通常帶負電,而焦糖的電荷較弱。
壹般交聯度高的樹脂離子選擇性強,大孔結構的樹脂選擇性比凝膠樹脂低。這種選擇性在稀溶液中較大,在濃溶液中較小。
七、離子交換樹脂的物理性質
離子交換樹脂的粒度及相關物理性質對其工作和性能有很大影響。
(1)樹脂顆粒尺寸
離子交換樹脂通常做成小珠,大小也很重要。樹脂微粒反應速度較高,但微粒對液體通過的阻力較大,需要較高的工作壓力;尤其是濃縮糖液粘度高,這種影響更顯著。因此,應適當選擇樹脂顆粒的尺寸。如果樹脂的粒徑在0.2毫米(70目左右)以下,會明顯增加流體通過的阻力,降低流量和生產能力。
樹脂的粒度通常用濕篩法測定。樹脂充分吸水溶脹後過篩,其在20、30、40、50目篩網上的滯留量累加,使90%的顆粒能通過其對應的篩孔直徑,稱為樹脂的“有效粒徑”。大多數普通樹脂產品的有效粒徑在0.4至0.6毫米之間
樹脂顆粒是否均勻由均勻系數表示。它是根據測量樹脂的“有效粒徑”坐標圖,取累積滯留量為40%的顆粒,篩孔直徑與有效粒徑的對應比值。例如,壹種樹脂(IR-120)的有效粒徑為0.4 ~ 0.6 mm,20目篩、30目篩和40目篩上保留的顆粒分別為18.3%、41.1%和31.3%。
(2)樹脂密度
樹脂幹燥時的密度稱為真密度。單位體積的濕樹脂重量(甚至顆粒間的間隙)稱為表觀密度。樹脂的密度與其交聯度和交換基團的性質有關。壹般交聯度高的樹脂密度較高,強酸性或強堿性的樹脂密度高於弱酸性或弱堿性的樹脂,大孔樹脂密度較低。如苯乙烯凝膠型強酸陽離子樹脂的真密度為1.26g/mL,表觀密度為0.85g/mL;而丙烯酸凝膠型弱酸陽離子樹脂的真密度為1.19g/mL,表觀密度為0.75g/mL。
(3)樹脂的溶解性
離子交換樹脂應該是不溶性物質。而樹脂合成過程中混入的低聚合度物質和樹脂分解產生的物質,在運行過程中會溶解。具有較低交聯度和更多活性基團的樹脂具有更大的溶解趨勢。
(4)膨脹程度
離子交換樹脂含有大量親水基團,遇水會溶脹。當樹脂中的離子發生變化時,如陽離子樹脂由H+變為Na+,陰離子樹脂由Cl-變為OH-,都是由於離子直徑增大而膨脹,增大了樹脂的體積。通常,低交聯度的樹脂具有較高的膨脹度。設計離子交換裝置時,必須考慮樹脂的膨脹程度,以適應生產運行過程中樹脂中離子轉化引起的樹脂體積的變化。
(5)耐久性
樹脂顆粒在使用時有轉移、摩擦、膨脹、收縮等變化,長期使用會有少許損耗和破損,所以樹脂要有較高的機械強度和耐磨性。壹般交聯度低的樹脂容易斷裂,但樹脂的耐久性主要取決於交聯結構的均勻性和強度。如交聯度高、結構穩定、耐反復再生的大孔樹脂。
八、離子交換樹脂的應用領域:
1)水處理
水處理領域對離子交換樹脂的需求量很大,約占離子交換樹脂產量的90%,用於去除水中的各種陰、陽離子。目前,離子交換樹脂消耗量最大的是用於火電廠的純水處理,其次是原子能、半導體和電子工業。
2)食品工業
離子交換樹脂可用於制糖、味精、釀酒、生物制品等工業裝置。比如高果糖漿就是從玉米中提取澱粉,然後水解生成葡萄糖和果糖,再進行離子交換生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業中的消耗量僅次於水處理。
3)制藥行業
制藥工業中的離子交換樹脂在開發新壹代抗生素和提高原抗生素質量方面發揮著重要作用。鏈黴素的研制成功就是壹個突出的例子。近年來,在中醫委員會中也有研究。
4)合成化學和石油化學工業
在有機合成中,酸和堿經常用作酯化、水解、酯交換和水合的催化劑。用離子交換樹脂代替無機酸和堿也可以進行上述反應,更有優勢。比如樹脂可以重復使用,產物容易分離,反應器不會被腐蝕,不會汙染環境,反應容易控制。
甲基叔丁基醚(MTBE)的制備是以大孔離子交換樹脂為催化劑,由異丁烯和甲醇反應制得,取代了原來對環境造成嚴重汙染的四乙基鉛。
5)環境保護
離子交換樹脂已應用於許多環境保護問題,引起了極大的關註。目前,許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質,可通過樹脂回收。如去除電鍍廢液中的金屬離子,回收薄膜生產廢液中的有用物質。
6)濕法冶金和其他
離子交換樹脂可以從貧化鈾礦石中分離、濃縮和提純鈾,並提取稀土元素和貴金屬。
其他補充:
離子交換技術歷史悠久,壹些天然物質如沸石、煤磺化制得的磺化煤等都可以用作離子交換劑。然而,隨著現代有機合成工業技術的快速發展,開發出了多種性能優異的離子交換樹脂,並開發出了許多新的應用方法。離子交換技術發展迅速,廣泛應用於許多行業,尤其是高科技行業和科研領域。近年來,國內外生產了數百種樹脂,年產量達數十萬噸。
在工業應用中,離子交換樹脂的優勢主要是處理量大,脫色範圍廣,脫色能力高,可去除多種離子,可反復循環使用,使用壽命長,運行費用低(雖然壹次性投資費用較大)。許多基於離子交換樹脂的新技術,如色譜分離、離子排斥、電滲析等。,有自己獨特的功能,可以執行各種特殊的任務,這是其他方法難以實現的。離子交換技術的開發和應用仍在快速發展。
離子交換樹脂的應用是近年來國內外制糖工業的重點研究課題,是制糖現代化的重要標誌。膜分離技術在制糖工業中的應用也得到廣泛研究。
離子交換樹脂都是有機合成的。常用的原料是苯乙烯或丙烯酸(酯),通過聚合反應生成具有三維網絡結構的骨架,然後在骨架中引入不同類型的化學活性基團(通常是酸性或堿性基團)。
離子交換樹脂不溶於水和壹般溶劑。大部分做成顆粒,也有做成纖維或粉末的。樹脂顆粒大小壹般在0.3 ~ 1.2 mm範圍內,大部分在0.4 ~ 0.6 mm之間,機械強度(牢度)高,化學性質穩定,正常情況下使用壽命長。
離子交換樹脂含有壹個(或幾個)化學活性基團,即交換官能團,它能離解水溶液中的某些陽離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH-或Cl-),吸附溶液中原有的其他陽離子或陰離子。即樹脂中的離子與溶液中的離子進行交換,從而將溶液中的離子分離出來。
離子交換樹脂有很多種,由於化學組成和結構的不同而具有不同的功能和特點,適用於不同的用途。應根據工藝要求和材料性能選擇合適的樹脂類型和品種。