钠离子交换树脂的工作原理及优缺点分析

钠离子交换树脂的工作原理及优缺点分析（通用3篇）

篇1：钠离子交换树脂的工作原理及优缺点分析

钠离子交换树脂的工作原理及优缺点分析

作者：钠离子树脂 日期：2012-10-12 8:30:25 热度：39

Tag:钠离子树脂,阴阳离子交换树脂

将离子性官能基结合在树脂（有机高分子）上的材料，称之为 “离子交换树脂”。

树脂表面带有磺酸(sulfonic acid)者，称为阳离子交换树脂，而带有四级氨离子的，则为阴离子交换树脂。由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子，所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中。

离子交换树脂上的官能基虽可去除原水(Feed water)中的离子，但随著使用一段时间之后,因官能基的饱和而导致去离子效率的降低，引发水质劣化的缺点。

此外，离子交换树脂本身也是有机物质，使用中会受到氧化分解、机械性破裂、担体流出而造成有机物质的溶出。带有电荷的有机物质也会受到离子交换树脂的吸附，使离子交换树脂很容易受到有机物质的污染(Fouling)。而有些微生物由於菌体表面带著负电，也会被阳离子交换树脂所吸附，树脂表面因而成为微生物的繁殖场地，造成纯水的污染。

在此同时，微生物所产生的代谢产物也会成为有机物质的污染来源。这些都是使用离子交换树脂时，引发水质劣化而不可不注意的地方。通常失去离子去除能力（饱和）的离子交换树脂，虽然可以经由酸碱药剂的作用来再生，达到重复使用的目的，但若因为有机物质的吸附（污染）而造成效率不好时，树脂的去除性能就会降低。此外，依再生用化学药剂的品质不同也会有离子交换树脂本身被污染的风险。因此，超纯水系统所使用的离子交换树脂几乎是不能进行再生处理的。

篇2：钠离子交换树脂的工作原理及优缺点分析

钛、锆属于高活性金属, 在高温下会与氧、氮等气体发生剧烈反应, 在大气中焊接此类金属会使焊缝完全脆化。必须在非大气的环境下焊接才具有实际意义。目前, 国内外焊接钛、锆等高活性金属, 主要使用真空等离子焊接和真空电子束焊接。公司经过调研, 购置了一台国内自主研发的真空等离子焊箱, 经过近两年的设备调试与工艺参数的摸索, 现已能够生产出符合要求的5 t大规格核级一次电极, 填补国内空白, 顺利通过了设备及工艺鉴定。

二、设备工作原理简介

1. 设备概况

图1是真空等离子焊箱图。炉室是由内径1700 mm的固定炉室和炉内台架移动小车组成, 总长11 mm。小车在炉内可以纵向和横向移动, 枪体为定枪式结构。台车上的伺服电机驱动链轮旋转, 从而带动料架进行圆周运动, 实现焊接环缝的目的。设备真空系统设有滑阀真空泵和罗茨泵, 对炉体进行抽空, 极限真空可以达到-0.05 Pa。

2. 焊接原理简介

(1) 等离子弧焊接和氩弧焊的区别。等离子弧焊是一种压缩气体保护焊接法。这种焊接方法是20世纪60年代出现的技术, 是在氩弧焊的基础上发展起来的。等离子弧焊和氩弧焊都属于惰性气体氩气保护焊接, 氩弧焊为自由电弧, 不经过任何压缩, 电弧发散, 等离子弧焊接的电弧为压缩电弧, 电弧集中, 这是等离子弧焊与氩弧焊的主要区别。因此, 等离子弧焊接与一般氩弧焊相比, 具有生产效率高、焊接质量好与应用面广的特点。

(2) 焊枪结构原理简介。图2所示是与焊箱配套的焊枪结构原理图。焊枪的起弧方式为高频引弧, 要求电极头与喷嘴之间的间隙为1.5~2 mm, 电极头为负极, 喷嘴为正极。当电极头加载高频电源时, 周围气体被电离与喷嘴之间形成小弧, 此时喷嘴断电, 电极头为负极, 物料为正极, 电极头通过喷嘴与物料之间起弧, 形成稳定的等离子弧。

要使等离子弧具有较高的能量, 等离子弧都通过了3种压缩效应使自由电弧得到了强迫的压缩。 (1) 机械压缩效应。自由电弧通过喷嘴的孔道, 强迫弧柱缩小。 (2) 热收缩效应。在图2中标Ar处通入高速冷却的气流, 形成很薄的冷气流层均匀包围着弧柱, 边缘层气体电离的程度急剧降低, 迫使带电粒子流往高温和高电离度的弧柱中心区域集中, 使弧柱直径变细。 (3) 电磁收缩效应。带电粒子流可以被看成无数根通电导体, 两根平行且通过同方向电流的导体之间存在相互吸引力, 距离越近, 吸引力则越大。

要使焊接连续且稳定, 必须保证等离子弧能够稳定的燃烧。电弧是电极与工件间的气体介质长时间放电的现象。电弧主要由阴极区、弧区、阳极区3部分组成。其中, 阴极区主要由阴极斑点组成。阴极斑点是产生电弧放电的基础, 总是快速不间断地游离于阴极表面上。宏观看它是无规律的, 实际则有自己的规律性, 即总是向阴极表面逸出功最小处转移。根据这一特性, 斑点在阴极表面上的游动区间大小将直接影响电弧的稳定性。当电极头部为倒圆锥状时, 由于阴阳极间距始终保持中央最小, 尖端处电子逸出功最小, 斑点集中在尖端附近。阴极斑点游动区间小, 所以电弧稳定。相反, 如果电极头部呈椭圆状甚至平面状, 则斑点会在较大区间甚至整个平面上游动, 不易集中, 电弧稳定性差。因此, 电极头为倒圆锥状, 有助于电弧的稳定燃烧。

三、常见故障及原因分析

真空焊箱的核心部件就是焊枪。因此, 焊枪是该设备出现故障最多也是最难维护和查找的地方, 通过两年多的试运行, 设备可能出现的主要问题基本暴露出来。

1. 枪体不起弧

若在高频起弧过程中焊枪没有反应, 可能由两方面的原因引起。一是焊枪供电电源或高频发生器等电器元件发生故障;二是焊枪的喷嘴与电极头间隙调整不合适。

判断该故障时, 主要看控制面板的电压显示值, 若面板中电压值不变化且为零, 则主要原因应当为电路或高频发生器故障;若高频引弧中电压值瞬间升高至80~90 V, 则表明可能由于喷嘴与正极头的相对位置不当引起。设备图纸要求, 喷嘴与正极头间隙应保证在1.5~2 mm, 调整该间隙问题可以解决。

2. 电弧不稳定, 且频繁息弧

由上述电弧稳定性原理可知, 要使电弧稳定燃烧应使电极头为倒圆锥状, 根据电弧向阴极表面逸出功最小处转移的理论, 电弧的稳定性较好。但当电极头使用若干炉次后, 电极头头部由于种种原因可能引起尖端受损, 或物料喷溅到电极头上使斑点可能在较大范围内游动, 引起电弧不稳的现象。通常更换新备件或将旧的电极头打磨处理后, 能恢复其性能。

3. 电弧出现偏弧现象

电弧偏主要原因有:电极头受损, 逸出功最小点已偏离中心;导气环堵塞, 导致氩气不能在圆周方向均匀喷出;导气环受磨损, 导致其对电极头定心精度降低;焊枪加工误差, 导致电极头与喷嘴不同心。

4. 电弧有“双弧”现象

所谓“双弧”, 即除了电极与工件有一个电弧外, 由于某种原因, 使电流由电极通过喷嘴再到工件, 即电极与工件之间产生另一个电弧, 这种有两个电弧同时存在的现象就称为“双弧”。双弧原理如图3所示。

(1) 电弧电流的影响。当电流增大时, 等离子弧柱的直径增大, 从而使弧柱与喷嘴内壁的隔热绝缘层厚度减小, 从而形成双弧。

(2) 氩气流量的影响。当工作气流量减小时, 由热收缩效应原理可知减弱了对等离子弧的压缩, 也可能出现该现象。

(3) 喷嘴孔道比的影响。喷嘴通道的直径越小, 在相同电流和工作气量的条件下, 绝缘层的厚度就越薄, 温度高, 形成“双弧”也就越容易。

(4) 喷嘴与背母粗糙度的影响。若喷嘴及背母表面粗糙, 电弧可能会出喷最后沿路径较短的地方与物料起弧, 产生偏弧、双弧现象。

篇3：离子交换树脂在分析分离中的应用

离子交换树脂是一类具有功能基的网状结构高分子化合物, 由化学性质, 与酸、碱和一般溶剂都不起作用的骨架和连接在骨架上可以电离的、可被交换的活性基团两部分构成。其中, 活性基团对离子交换剂的交换性质起着决定性作用, 可与溶液中的离子进行离子交换反。

2离子交换树脂的应用

(1) 离子交换树脂制备去离子水的应用用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法叫作离子交换分离法。离子交换法制备去离子水具有耗能少、成本较低, 得到的去离子水水质较好, 操作过程容易控制和管理等优点;除此之外, 离子交换分离法还具有分离效率高、选择性高、适用性强、应用广泛等特点。目前已被大多数人接受和认可, 用离子交换树脂分离电解质和非电解质可作为制备去离子水的原理。溶液通过树脂柱, 树脂把电解质交换掉, 停留在树脂柱上, 而非电解质则通过树脂柱流出。关于去离子水的制备叙述如下:将自来水或天然水先通过型交换树脂, 去掉各种阳离子:R-SO3H+M+=R-SO3M+H+然后通过强碱性阴离子交换树脂, 去掉阴离子:R-N (CH3) 3OH+X-+H+=R-N (CH3) X+H2O可得到去离子水, 并且用过的树脂可用酸或碱再。

(2) 离子交换树脂在硬水软化中的应用硬水是指含有高浓度矿物质的水, 里面含有的金属离子以钙和镁居多, 和大气中的二氧化碳, 水结合生成钙盐和镁盐。硬水中的钙盐和镁盐大部分以碳酸氢盐、碳酸盐等比较稳定的形式存在。硬水并不对身体造成直接危害, 但是会给生产生活工业等反面带来许多麻烦。用硬水烹煮鱼肉、蔬菜, 不易煮熟而降低食物的营养价值, 用硬水泡茶会改变茶的色香味而降低其饮用价值。用硬水还会使肥皂和清洁剂的洗涤效果降低等;在工业方面, 钙镁盐的沉淀形成锅垢, 阻碍热传导, 使锅炉局部过热, 引起锅炉破裂, 甚至还会导致锅炉的爆炸而造成事故的发生。硬水软化的机理是:运用离子交换的原理, 用钠离子交换树脂吸附水中的钙镁离子, 释放出钠离子, 从而使水质达到软化的目的。

(3) 离子交换树脂预富集技术在痕量离子分析中的应用富集, 作为分离的一种, 常用于痕量分析, 从大量的母体物质收集所要测定的少量物质, 转移至较小的体积体系, 提高其浓度以达到测定下限以上。采用离子交换技术可将痕量元素从较大体积的溶液中交换到离子交换小柱上, 再用少量淋洗液洗脱, 采用这种方法可以有效地富集痕量元素。这项技术对人体内微量元素的测定也有帮助, 例如钒, 作为人体的微量元素之一, 具有减弱合成胆固醇、降低血压的作用, 其主要存在于人的头发中, 通过测定钒的含量以确定人的身体健康状况。这一技术对饮食安全、健康状况、处理火场事故中起着不可替代的作用。预富集技术的过程, 由于铂、钯在矿石中的含量极低, 一般仅为因此经过富集之后才能进行测定。可将式样用王水溶解后, 加入浓HCl, 使钯、铂形成 (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-络阴离子。稀释之后, 将试液通过强碱性阴离子交换树脂, 即可把钯、铂交换到树脂相上。这样一方面可以使 (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-与其他阳离子分离, 另一方面, 当浓度较稀的 (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-试液不断流过交换柱时, (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-便逐渐富集交换到树脂相中。最后, 将含有 (Pt Cl4) 2-和 (Pd Cl4) 2-的树脂进行高温灰化处理, 以除去树脂, 再用王水浸取残渣, 就可以得到含Pt (IV) 和Pd (IV) 浓度较高的试液, 再用光度法进行测定, 从而得知钯、铂含。

(4) 离子交换树脂在相同电荷离子间的分离中的应用在工业生产检测中, 有时需要检测某一单一金属的含量, 避免不了其他相同电荷混合离子的干扰。这时, 可将相同电荷的金属离子一起吸附到树脂柱上, 然后进行选择性淋洗, 将它们分离。选择性淋洗法一般是选用一种配位剂能与某种金属离子形成配阴离子, 这样就能与其他阳离子分离。例如, 测定含Pb2+、Ba2+的混合物, 使该溶液通过阳离子交换树脂、均被吸附在树脂柱上, 然后用NH4AC淋洗, 使Pb2+形成Pb AC3很容易就被洗脱下来, 待Pb2+洗脱完毕后, 再用NI洗脱3a2+, 最后分别测定Pb2+和Ba2+。

(5) 离子交换树脂的再生离子交换完毕后, 用洗涤液流经交换柱, 除去残留在交换柱中的试液和被交换下来的各种离子。树脂柱经洗涤后, 先用适当的洗脱剂将吸附在柱上的离子洗脱下来。然后把树脂柱加入洗脱剂, 将洗脱下来的离子流经柱下部未交换的树脂又被交换。开始时, 流出液中被交换的离子浓度为零, 随着洗脱剂的加入, 被交换的离子浓度越来越大, 直至使流出液中被交换的离子浓度达到最大。 (这一过程也可作为再生过程, 洗脱完毕, 树脂恢复到交换前的状态, 用蒸馏水洗涤即可) 将离子从树脂上洗脱下来后, 树脂柱需要用酸或碱进行再生, 恢复到交换前的状态。

离子交换树脂作为一种鲜活技术, 目前受到世界各国的重视。随着离子交换树脂应用范围的扩大, 其发展前景也是非常可观的。可以预见, 随着科技水平的不断进步, 离子交换树脂将在未来发挥更加重要的作用。因此, 准确预测其未来的发展方向对我国离子交换树脂生产者和消费者来说有着重要意。

参考文献

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[2]陆少红.高纯度水的制取-离子交换树脂法[J].沈阳航空工业学院学报, 2004, 21 (3) :66~68.

[3]马建标, 何炳林.离子交换树脂的应用[J].分析化学试剂, 1993, (1) :85~87.