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[离子交换]强碱阴离子交换树脂耐热性能测定方法的研究

发布时间：2009/6/12 阅读次数：809 字体大小: 【小】【中】【大】

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强碱阴离子交换树脂耐热性能测定方法的研究

 张澄信游吉吉钱勤

　武汉大学应用化学系(湖北武汉 430072)

摘要：研究提出的强碱阴树脂耐热性能的测定方法，是将树脂样品置于95℃下恒温100 h，以其受热后强碱基团的下降率，作为评价其耐热性的指标。采用该方法对国内主要厂家(包括外资厂)生产的7种凝结水处理用强碱阴树脂进行测定，结果表明：被测树脂的强碱基团下降率在10.1%～16.8%范围内，半数以上树脂的下降率小于13%。

关键词：水处理强碱性阴离子交换树脂耐热性测定方法

近十多年来，我国新建电厂逐渐转为以亚临界及以上参数机组为主，凝结水处理技术已普遍被采用。凝结水温一般较高，特别是当采用空冷机组时，其凝结水温度更高(一般为65～75℃)。由于在较高温度下强酸树脂具有好的热稳定性，而强碱树脂的全交和强碱基团会明显减少^［^1］，所以在选择温度较高的凝结水处理用阴树脂时，除了常规的性能指标外，对其耐热性能也有一定的要求。如何评价阴树脂的耐热性能，已成为人们关心的问题。

以往研究表明：强碱阴树脂以OH型最不稳定，并且其热降解速度随温度上升而迅速增加。温度越高，其全交和强碱基团减少越快；受热时间越长，其全交和强碱基团下降越多，并且强碱基团的下降值比全交的下降值更大，而其他性能指标则不会发生明显变化，参见表1及图1、2。由表1还可以看出，在90℃时，树脂所处溶液浓度，对降解速度的影响已不明显，所以将OH型强碱阴树脂置于90℃以上温度的纯水中，可以在较短时间内看出其化学性能的明显变化。

1 本测定方法要点的确定

(1) 强碱树脂以OH型热稳定性最差，因此，测定时将树脂转为OH型，置于纯水中，进行恒热处理。

(2) 强碱阴树脂受热后其性能指标的变化，主要反映在强碱基团和全交的下降上，并且其强碱基团的下降值比全交的下降值更大，而强碱基团的多少，也是影响其工作性能的主要因素。所以本测定方法以强碱阴树脂最大强碱基团再生容量(按GB／T5760—2000)的下降率作为评价其耐热性能的指标。

(3) 虽然温度越高，可在越短时间内，使强碱基团下降率越高，因而误差也较小。但如果采用超过水沸点的温度，则需采用压力容器，这在设备和操作方法上，都会增加许多麻烦。所以，还是选择在常压的水浴锅中使树脂受热比较方便。另外，也不宜采用水沸腾的温度，那样水的蒸发量太大，补水的操作麻烦，对试验室内环境也不利。所以，对树脂恒温采用了接近水沸腾的温度，95℃。如规定更高的温度，则在海拔较高的地区，就可能无法在常压下达到。

(4) 由以前的测定结果可知，强碱阴树脂在经过约100℃、100 h的恒热后，其强碱基团一般可下降10%～15%。所以，为了尽量缩短测定所需时间，本方法确定，阴树脂在95℃下恒热100 h，这样就可在一周的五天连续工作日内完成恒热过程。



2 主要测定步骤试验条件的探讨

2.1 OH型树脂受热后再次转OH型操作的必要性

取4种具有代表性的国内厂家(包括外资厂)生产的凝结水处理用阴树脂，每种样品(已转OH型)分别取4份，每份约2.5 g，依称重的次序，编号为1、2、3、4号。每种样品的1、4号用于测定树脂受热前强碱基团；2 、3号在95℃ 恒温条件下，平行放置100 h，再测定受热后树脂的强碱基团。4种树脂样品受热前后强碱基团测定结果如表2所示。

由表2看出，经95℃ 恒热100 h后，树脂的强碱基团下降率测定值比以往文献上报道的要高得多，并且平行性很差。

分析产生上述问题的原因，估计是有一部分OH型强碱基团，交换了树脂在长时间高温下降解的反应产物，并且三角瓶的玻璃成分(主要是硅酸盐)，在高温下也可能与树脂中的OH型强碱基团发生了反应(恒温后液位以下部分变得不透明)，从而减少了受热后树脂中OH型强碱基团的含量。为此，对上述试验的4种树脂受热后的每两个平行样品，又按GB／T5760—2000中第5.3节再次转OH型，然后再测定树脂强碱基团，所得结果如表3所示。

由表3看出，在树脂恒热后进行再转OH型处理后，其强碱基团下降率较表2中的直接测定结果要低，其数值与以前的测定结果比较吻合，并且平行性较好。由此看出，在测定受热后树脂的OH型强碱基团前，再一次对树脂进行转OH型操作是必要的。

2.2 再转OH型处理所需试剂量的研究

在GB／T5760—2000中，对15 mL的CL型树脂转OH型时，所用的2 mol/L NaOH溶液为750 mL。而本试验中每份OH型树脂原样约2.5 g，约合CL型3.3 mL，即树脂量约为15 mL的1/4，且大部分已经是OH型，所以再转OH型时所需2 mol/L NaOH溶液应少于750 mL。为此，决定取250、350、500和750 mL的2 mol/L NaOH溶液，分别对经恒热处理后的4份OH型M树脂(每份2.5 g)，进行再转OH型处理，然后测定其强碱基团。试验结果如表4所示。

由表4看出，采用350 mL 2 mol/L NaOH溶液，对约2.5 g恒热后树脂进行再转OH型处理时，已可使其强碱基团测定结果达到最大值。因此决定，进行再转OH型处理时，采用350 mL 2 mol/L NaOH溶液。

3 测定方法的主要步骤

综上所述，强碱阴树脂耐热性能测定方法可归纳如下步骤。

3.1 取样

新树脂按GB/T 5476取样约100 mL，混匀备用；旧树脂按DL/T 673—1999中附录A取样约100 mL，混匀备用。

3.2 预处理

按GB/T 5476取50 mL上述样品进行处理。

3.3 转OH型处理

取约15 mL树脂，按GB/T 5760—2000中第5.3节进行处理。

3.4 分样称量

将经上述处理并已除去外部水分的样品，用天平称出4份，每份约2.5 g_湿，OH型，按称量顺序编号为1、2、3、4号，各份样品的质量顺序为M₁、M₂、M₃、M₄。

3.5 受热前树脂湿基最大强碱基团再生容量的测定

(1)取1，4号样品做平行测定，按GB/T 5760—2000中第5.6节操作。

(2)按GB/T 5760—2000中第6.3节计算树脂受热前湿基最大强碱基团再生容量。平行测定的两次测定值之差不得大于0.05 mmol/g_湿，OH型。

(3)取两次测定值平均值作为测定结果。

3.6 测定步骤

3.6.1 恒温受热处理

 (1)将2，3号样品分别置于干燥的250 mL具塞磨口三角瓶中，各加入200 mL纯水。并在瓶塞和瓶口之间夹放一窄条耐热微波塑料薄膜，以防在恒温受热过程中塞子和瓶口粘牢。

(2)在水浴锅中注入纯水，并预先升至95℃±1℃。

(3)将装有水和树脂样品的具塞三角瓶，放置于95℃的恒温水浴中，持续恒温100 h。恒温过程中，应向水浴锅内补加纯水，以维持水浴锅中稳定的水位。同时，还应随时向样品瓶中补充约95℃的纯水，以使样品瓶中水量维持150～200 mL。

(4)在恒温达到100 h时，将样品取出，放置于凉水盆中，使其在10 min之内降温至30℃以下。

3.6.2 再转OH型处理

(1)按GB/T 5760—2000中第5.3.1节操作，但需用纯水代替自来水进行处理。

(2)按GB/T 5760—2000中第5.3.3～5.3.4节的方法操作，但2 mol/L氢氧化钠的量为350 mL，约1 h通完。

3.6.3 测定

(1)将交换柱中树脂再全部移入干净的具塞磨口三角瓶中，注意留在交换柱砂心上的树脂颗粒不得多于3粒。

(2)将三角瓶中的水倒尽，然后用干净滤纸吸去大部分的树脂外部的水分，注意不要带出树脂颗粒。

(3)按GB/T 5760—2000中第5.6.2～5.6.4节方法操作。

3.7 计算

(1)受热后树脂湿基最大强碱基团再生容量按(1)式计算：



式中E_s——树脂受热后湿基最大强碱基团再生容量，mmol/g_湿，_OH型；

 N₁——盐酸标准溶液的浓度，mol/L；

 V₂——滴定浸泡液消耗的盐酸标准溶液的体积，mL；

 M——恒温受热前该份样品的质量，g_湿，_OH型。

(2)树脂受热后湿基强碱基团再生容量下降率P按(2)式计算：



式中E_so——树脂受热前的湿基最大强碱基团再生容量，mmol/g_湿，_OH型。

(3)取2份最大强碱基团再生容量下降率测定值的平均值作为测定结果。

4 对7种树脂的测定结果

采用上述测定方法对国内主要厂家(包括外资厂)生产的7种凝结水处理用强碱阴树脂的耐热性能进行测定，所得结果见表5。

从表5中试验结果可以看出：

(1)7种强碱阴树脂在95℃恒温100 h后，强碱基团均有明显下降，但50%以上树脂的强碱基团下降率小于13.6%。2000年12月，经《火电厂水处理用离子交换树脂选用导则》(下称导则)审查会讨论后确定，对在凝结水温度有可能较长时间(每年3个月以上)在50℃以上时，应对所采用的强碱阴树脂的耐热性能进行测定，要求其在95℃下恒温100 h后，其最大强碱基团再生容量的下降率不超过13%；同时经该审查会审查决定，将该测定方法列为该《导则》的提示的附录。

(2)经统计分析，本测定方法的室内允许差为2.7%。



5 小结

总结本试验研究可得出以下结论：

(1)将经过95℃下恒温100 h后的OH型强碱阴树脂，再经转OH型处理后，测定其最大强碱基团再生容量的下降率，以其作为评价强碱阴树脂耐热性能的指标，能在较短时间内，对其耐热性作出较为可靠的评价；
(2)采用本方法对国内主要树脂厂家(包括外资厂)生产的7种凝结水处理用强碱阴树脂进行测定，半数以上树脂的上述耐热性能指标小于13%；

(3)本测定方法仍存在较大误差，因此还有待进一步研究改进。

参考文献

［1］张澄信，李冠发，王燕.离子交换树脂耐热性能评价方法的探讨.火力发电厂水处理设计(年刊)，1994.［2］强碱阴离子交换树脂在碱再生时的热降解.48届国际水会议论文集.

［3］张澄信，张红梅.凝结水处理用阴离子交换树脂耐热性能对比试验.热力发电，1997，(4)

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