專利名稱：雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種失效離子交換樹脂再生的方法和裝置。
離子交換樹脂交換失效后，要恢復(fù)其交換能力，必須對(duì)其進(jìn)行再生。通常的方法是用一定濃度的強(qiáng)酸(如鹽酸或硫酸)通入陽(yáng)離子交換設(shè)備，對(duì)失效的陽(yáng)樹脂進(jìn)行再生；用一定濃度的強(qiáng)堿(一般是氫氧化鈉)通入陰離子交換設(shè)備，對(duì)失效的陰樹脂進(jìn)行再生。再生原理即是上式的逆反應(yīng)。其缺點(diǎn)是酸堿再生藥劑利用率低、大約有30～40％的酸堿被浪費(fèi)了；再生操作步驟繁多，此外大量廢酸堿液的排放，對(duì)環(huán)境造成污染。
本發(fā)明雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的方法，其特征在于(a)、由陽(yáng)極室、至少一組陰、陽(yáng)離子樹脂再生室和陰極室順序組成電解槽，陰離子樹脂再生室與陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙級(jí)膜隔開，陽(yáng)極室與陰離子樹脂再生室之間由陰離子交換膜隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室與陰極室由陽(yáng)離子交換膜隔開，在陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)分別置有陽(yáng)極和陰極，在陽(yáng)極和陰極之間外加直流電源；(b)、將需要再生的陰離子交換樹脂和純水加入到電解槽的陰離子樹脂再生室內(nèi)，將需要再生的陽(yáng)離子交換樹脂和純水加入到電解槽的陽(yáng)離子樹脂再生室內(nèi)；(c)、陰極室和陽(yáng)極室裝有硫酸鈉水溶液，接通直流電源進(jìn)行電解；(d)、陰、陽(yáng)離子樹脂再生室內(nèi)的純水直接離解成H+和OH-，OH-和H+分別直接與需要再生的陰離子交換樹脂和陽(yáng)離子交換樹脂反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)陰離子交換樹脂和陽(yáng)離子交換樹脂的再生。
上述硫酸鈉水溶液的濃度是0.05～1.0mol/L。
上述電解時(shí)間為3～5小時(shí)，電解過(guò)程中溫度為12～50℃。
這種雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的裝置，包括一個(gè)電解槽，其特征在于由陽(yáng)極室、至少一組陰、陽(yáng)離子樹脂再生室和陰極室順序組成電解槽，陰離子樹脂再生室與陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙級(jí)膜隔開，陽(yáng)極室與陰離子樹脂再生室之間由陰離子交換膜隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室與陰極室由陽(yáng)離子交換膜隔開，在陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)分別置有陽(yáng)極和陰極，在陽(yáng)極和陰極之間外加直流電源。
上述電解槽其中的陰離子樹脂再生室和陽(yáng)離子樹脂再生室至少為一組，最高串聯(lián)排列200組，每組之間可以連接有濃水室，濃水室與陰離子樹脂再生室之間由陰離子交換膜隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室與濃水室由陽(yáng)離子交換膜隔開，陰離子樹脂再生室與陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙極膜隔開。
上述陽(yáng)極是釕鈦板、釕鈦網(wǎng)、釕鈦多孔板或石墨板。
上述陰極是金屬板、多孔鐵板或?qū)щ姷氖濉?br> 上述直流電源的電壓是10～50V，電流強(qiáng)度為1.5～4.4A。
上述陽(yáng)極或陰極與鄰近的雙極膜間距是1～9cm。
本發(fā)明采取的方法是在雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的裝置(簡(jiǎn)稱電再生裝置)內(nèi)，將失效的陽(yáng)離子交換樹脂和純水、陰離子交換樹脂和純水分別置于兩個(gè)再生室中，利用水電解產(chǎn)生的H+和OH-離子可控制地再生失效的陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂的過(guò)程。
本發(fā)明的電化學(xué)原理如下陽(yáng)極反應(yīng)；或陰極反應(yīng)上述反應(yīng)發(fā)生的同時(shí)，在直流電源的作用下，雙極膜內(nèi)部陰陽(yáng)膜層的界面發(fā)生水解離，產(chǎn)生的H+和OH-離子通過(guò)雙極膜兩側(cè)的陽(yáng)膜層和陰膜層分別向陰極和陽(yáng)極方向遷移，H+進(jìn)入陽(yáng)離子樹脂再生室與失效陽(yáng)離子樹脂中的陽(yáng)離子(如Ca2+、Mg2+等)發(fā)生交換反應(yīng)，從而使失效陽(yáng)離子交換樹脂得到再生。與此同時(shí)，從失效樹脂上交換下來(lái)的陽(yáng)離子(Ca2+、Mg2+等)在電場(chǎng)力的作用下向陰極室遷移；OH-進(jìn)入陰離子樹脂再生室與失效陰離子交換樹脂中的陰離子(如Cl-、SO42-等)發(fā)生交換反應(yīng)，從而使失效陽(yáng)離子交換樹脂得到再生，與此同時(shí)，從失效樹脂上交換下來(lái)的陰離子在電場(chǎng)力的作用下向陽(yáng)極室遷移。
有益效果本發(fā)明利用一種新型離子交換膜——雙極膜，將水電離成H+和OH-離子，再利用水電離出的H+再生失效的陽(yáng)離子交換樹脂，OH-離子再生陰離子交換樹脂。再生效果好，其陰離子樹脂工作交換容量大大優(yōu)于火電廠現(xiàn)場(chǎng)的陰陽(yáng)離子樹脂工作交換容量；陽(yáng)離子樹脂工作交換容量與現(xiàn)場(chǎng)相當(dāng)。采用電化學(xué)原理提供一種只消耗電能和水的方法，雙極膜所需電壓小于2V，導(dǎo)致整個(gè)電解槽的電壓非常低，能耗很小，能有效地對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行再生。并使離子交換樹脂再生過(guò)程大大簡(jiǎn)化，節(jié)省再生藥劑，節(jié)省能源，避免或減輕酸堿液排放，利于環(huán)境保護(hù)。


圖1是雙極膜水解離再生離子交換樹脂裝置基本單元的示意圖；圖2是兩組陰、陽(yáng)離子樹脂再生室串聯(lián)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-陽(yáng)極室、2-陰離子樹脂再生室、3-陽(yáng)離子樹脂再生室、4-陰極室、5-陽(yáng)極、6-陰極、7-陰離子交換膜、8-雙極膜、9-陽(yáng)離子交換膜、10-直流電源、11-陰離子交換樹脂、12-陽(yáng)離子交換樹脂、13-純水、14-濃水室。
(d)、陰、陽(yáng)離子樹脂再生室內(nèi)的純水13直接離解成H+和OH-，OH-和H+分別直接與需要再生的陰離子交換樹脂11和陽(yáng)離子交換樹脂12反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)陰離子交換樹脂11和陽(yáng)離子交換樹脂12的再生。
如圖1所示，雙極膜水解離法再生離子交換樹脂裝置的基本單元，由陽(yáng)極室1、陰離子樹脂再生室2、陽(yáng)離子樹脂再生室3和陰極室4順序組成電解槽，陰離子樹脂再生室與陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙極膜8隔開，陽(yáng)極室與陰離子樹脂再生室之間由陰離子交換膜7隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室與陰極室由陽(yáng)離子交換膜9隔開，在陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)分別置有陽(yáng)極5和陰極6，在陽(yáng)極和陰極之間外加直流電源10，直流電源的電壓是10～50V，電流強(qiáng)度為1.5～4.4A。
陽(yáng)極5可選擇釕鈦板、釕鈦網(wǎng)、釕鈦多孔板或石墨板。陰極6可選擇金屬板、多孔鐵板或?qū)щ姷氖濉ｊ?yáng)極或陰極與鄰近的雙極膜8間距是1～9cm。
實(shí)施例二如圖2所示由兩組再生室串聯(lián)。電解槽其中的陰離子樹脂再生室2和陽(yáng)離子樹脂再生室3至少為一組，最高串聯(lián)排列200組，每組之間連接有濃水室14，陽(yáng)極室1或濃水室14與陰離子樹脂再生室2之間由陰離子交換膜7隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室3與陰極室4或濃水室14由陽(yáng)離子交換膜9隔開，陰離子樹脂再生室與陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙極膜8隔開。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例在兩個(gè)再生室中分別加入失效的陽(yáng)離子交換樹脂(強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹脂001×7型)和陰離子交換樹脂(強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂201×7型)各350ml，在下述條件下實(shí)施直流電解陽(yáng)極釕鈦網(wǎng)，規(guī)格150×150×2mm；陰極鐵板，規(guī)格150×150×2mm；電極與膜的間距1.5cm；膜間距10mm；溫度15～50℃；電壓40V；電流強(qiáng)度1.5～4.4A；通電時(shí)間3.3h。
電解結(jié)束后，將再生好的陰陽(yáng)離子交換樹脂取出，進(jìn)行小型水處理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法(陰離子實(shí)驗(yàn)水為10mmol/L的HCl/H2SO4水溶液；陽(yáng)離子實(shí)驗(yàn)水為10mmol/L硬水溶液)。水處理結(jié)果顯示陽(yáng)離子樹脂交換柱和陰離子樹脂交換柱的出水水質(zhì)合格，陽(yáng)樹脂的工作交換容量為645.9mmol/L.R；陰樹脂的工作交換容量為383.2mmol/L.R；在上述反應(yīng)中，電流效率為84.3％。
當(dāng)其它實(shí)驗(yàn)條件與上述相同，直流電源的電壓為40V，電流強(qiáng)度1.5～6.5A，通電時(shí)間為4.5h時(shí)，水處理結(jié)果顯示陰陽(yáng)離子樹脂的出水水質(zhì)合格，陽(yáng)樹脂的工作交換容量為924.5mmol/L.R；陰樹脂的工作交換容量為518.9mmol/L.R，電流效率為60％。
權(quán)利要求
1.一種雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的方法，其特征在于(a)、由陽(yáng)極室、至少一組陰、陽(yáng)離子樹脂再生室和陰極室順序組成電解槽，陰離子樹脂再生室與陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙級(jí)膜隔開，陽(yáng)極室與陰離子樹脂再生室之間由陰離子交換膜隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室與陰極室由陽(yáng)離子交換膜隔開，在陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)分別置有陽(yáng)極和陰極，在陽(yáng)極和陰極之間外加直流電源；(b)、將需要再生的陰離子交換樹脂和純水加入到電解槽的陰離子樹脂再生室內(nèi)，將需要再生的陽(yáng)離子交換樹脂和純水加入到電解槽的陽(yáng)離子樹脂再生室內(nèi)；(c)、陰極室和陽(yáng)極室裝有硫酸鈉水溶液，接通直流電源進(jìn)行電解；(d)、陰、陽(yáng)離子樹脂再生室內(nèi)的純水直接離解成H+和OH-，OH-和H+分別直接與需要再生的陰離子交換樹脂和陽(yáng)離子交換樹脂反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)陰離子交換樹脂和陽(yáng)離子交換樹脂的再生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的方法，其特征在于所述硫酸鈉水溶液的濃度是0.05～1.0mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的方法，其特征在于所述電解時(shí)間為3～5小時(shí)，電解過(guò)程中溫度為12～50℃。
4.一種雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的裝置，包括一個(gè)電解槽，其特征在于由陽(yáng)極室、至少一組陰、陽(yáng)離子樹脂再生室和陰極室順序組成電解槽，陰離子樹脂再生室與陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙級(jí)膜隔開，陽(yáng)極室與陰離子樹脂再生室之間由陰離子交換膜隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室與陰極室由陽(yáng)離子交換膜隔開，在陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)分別置有陽(yáng)極和陰極，在陽(yáng)極和陰極之間外加直流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的裝置，其特征在于所述電解槽其中的陰離子樹脂再生室和陽(yáng)離子樹脂再生室至少為一組，最高串聯(lián)排列200組，每組之間連接有濃水室，濃水室與陰離子樹脂再生室之間由陰離子交換膜隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室與濃水室由陽(yáng)離子交換膜隔開，陰離子樹脂再生室與陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙極膜隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的裝置，其特征在于所述陽(yáng)極是釕鈦板、釕鈦網(wǎng)、釕鈦多孔板或石墨板。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的裝置，其特征在于所述陰極是金屬板、多孔鐵板或?qū)щ姷氖濉?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的裝置，其特征在于所述直流電源的電壓是10～50V，電流強(qiáng)度為1.5～4.4A。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的裝置，其特征在于所述陽(yáng)極或陰極與鄰近的雙極膜間距是1～9cm。
全文摘要
一種雙極膜水解離法再生離子交換樹脂的方法及裝置，由陽(yáng)極室、至少一組陰、陽(yáng)離子樹脂再生室和陰極室順序組成電解槽，陰、陽(yáng)離子樹脂再生室之間由雙級(jí)膜隔開，陽(yáng)極室與陰離子樹脂再生室之間由陰離子交換膜隔開，陽(yáng)離子樹脂再生室與陰極室由陽(yáng)離子交換膜隔開，在陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)分別置有陽(yáng)極和陰極，在陽(yáng)極和陰極之間外加直流電源；將需要再生的陽(yáng)、陰離子樹脂和純水分別加入到陽(yáng)、陰離子樹脂再生室內(nèi)，陰、陽(yáng)極室裝有硫酸鈉水溶液，陰、陽(yáng)離子樹脂再生室最高串聯(lián)排列200組，每組之間可以連接有濃水室，接通直流電源進(jìn)行電解；將純水直接離解成H
文檔編號(hào)B01J49/00GK1401432SQ0212407
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者徐鳳剛, 路光杰, 蔣翠枝, 楊超, 戴航, 趙菲, 趙英 申請(qǐng)人:北京國(guó)電龍?jiān)喘h(huán)保工程有限公司, 國(guó)電電力建設(shè)研究所