強堿陰離子交換樹脂受熱溶出物的試驗研究

胡夢莎，李明超，尉院春，魏加強，周柏青

(武漢大學，武漢 430072)

強堿陰離子交換樹脂受熱溶出物的試驗研究

胡夢莎，李明超，尉院春，魏加強，周柏青

(武漢大學，武漢 430072)

為了研究強堿陰離子交換樹脂受熱產生溶出物的情況，以電導率增量作為受熱溶出物的表征指標，介紹試驗的材料和方法，分析樹脂浸泡液電導率變化曲線，得出陰樹脂受熱溶出物的增量隨受熱時間先快后慢直到平穩，溫度越高新樹脂初期所釋放的溶出物越多的結論，并提出樹脂使用及樹脂耐熱性能評價等方面的建議。

強堿性陰離子交換樹脂；熱穩定性；溶出物；電導率

0 引言

隨著我國電力工業的發展，投運和在建的空冷機組數量越來越多，一般空冷機組的凝結水溫度較高，可以達到65～75 ℃[1]，高水溫對凝結水精處理用陰離子交換樹脂(簡稱“陰樹脂”)的影響已受到業界的廣泛關注。通常，強酸陽樹脂的使用溫度達100～120 ℃，而強堿陰樹脂推薦的使用溫度一般在60 ℃以內。空冷機組特別是空冷超臨界機組對凝結水水質的要求較高，而陰樹脂受熱溶出物對水質會造成一定的影響。因此，深入研究凝結水精處理陰樹脂溶出物問題已十分必要[2]。

迄今，國內外主要關注于陰樹脂耐熱性的試驗分析，而對陰樹脂受熱溶出物方面的定量研究較少，以下以陰樹脂受熱后水樣電導率的增量作為受熱溶出物的表征指標，為快速分析高水溫對陰樹脂的影響提供一條新思路。

1 試驗材料與方法

1.1 樹脂

以3家電廠空冷機組使用的3種苯乙烯強堿性樹脂(分別記作YG、GG和ZG)為研究對象。由于強堿陰樹脂中OH型熱穩定性最差，因此以OH型樹脂為研究型態。首先預處理顆粒陰樹脂，然后將其轉化為OH型(新樹脂轉化為OH型的方法參照GB/T 5476-1996《離子交換樹脂預處理方法》和GB/T 5760-2000《氫氧型陰離子交換樹脂交換容量測定方法》)，將此OH型樹脂作為受熱試驗樣品。

1.2 試驗方法

1.2.1 受熱方法

取1.5 g樣品，浸泡在150 g新制除鹽水中，然后置于恒溫水浴鍋(50 ℃、60 ℃和70 ℃)加熱。

1.2.2 水料倍率

浸泡液(除鹽水)和陰樹脂的質量比為100∶1。

1.2.3 電導率和氫電導率

以浸泡液的電導率或氫電導率作為衡量樹脂受熱溶出物的表征指標。

1.2.4 浸泡液獲取方法

在鍋爐汽水循環系統中，精處理混床樹脂釋放到凝結水中的溶出物，在汽水高溫條件下，通過蒸發過程的分解、蒸餾可以完全除去，因此，認為進入精處理混床的凝結水中不含溶出物。為了模擬這一過程，采用每天更換浸泡液的方法，具體如下：樣品在浸泡液中受熱1 d后，取出浸泡液用于電導率檢測，重新加入新制除鹽水，再次受熱1 d后更換浸泡液，并重復此操作步驟。

2 試驗結果分析

2.1 電導率變化規律

不同受熱溫度下3種樣品浸泡液電導率隨時間的變化見圖1-3，其中，t為多次更換浸泡液的累計受熱時間，空白為新制除鹽水電導率(電導率約為1.0 μS/cm)，增量為浸泡液與對應新制除鹽水電導率差值。

圖1 YG浸泡液的電導率變化曲線

圖2 GG浸泡液的電導率變化曲線

圖3 ZG浸泡液的電導率變化曲線

由圖1-3浸泡液電導率變化曲線可看出：

a. 樹脂釋放溶出物的增量隨受熱時間的變化規律是先快后慢直到平穩。例如ZG在60 ℃受熱1 d、2 d、7 d和15 d，浸泡液電導率增量分別約為11 μS/cm、5 μS/cm、1.5 μS/cm和0.2 μS/cm。這是由于樹脂溶出物包括新樹脂制造過程中殘留的水溶性雜質(如單體、無機雜質)和受熱分解產物兩部分，新樹脂受熱初期，兩類雜質釋放疊加，故電導率增量較大；隨著受熱時間延長，樹脂中水溶性雜質越來越少，但受熱分解產物持續產生，當水溶性雜質釋放完全后，只有受熱分解產物溶出。受熱后期電導率增量變化較小，說明樹脂受熱分解產物溶出量持續增加，但增加值相對固定。

b. 樹脂在最初的受熱時間段內，受熱溫度越高，樹脂釋放溶出物越多。例如GG在50 ℃、60 ℃和70 ℃受熱2 d，浸泡液電導率增量分別約為4.5μS/cm、8 μS/cm和8.5 μS/cm。由于溫度增加，一方面受熱分解產物增加，另一方面浸泡液黏度下降，溶出物從樹脂顆粒內孔道擴散出來的速度加快。

c. 與GG和ZG相比，溫度對YG的影響更為明顯。隨著受熱時間延長，3種溫度下GG和ZG的樹脂溶出物已經比較接近，而對YG來說，50 ℃時的樹脂溶出物量明顯低于60 ℃和70 ℃。

d. 在受熱溫度為50 ℃、60 ℃和70 ℃時，3種樹脂浸泡液的電導率由大到小依次為：KYG>KGG>KZG，說明3種陰樹脂中ZG受熱產生溶出物的量最小，即ZG的耐熱性最好，GG的耐熱性次之，YG的耐熱性最差。

e. 在受熱溫度為50 ℃時，隨著時間的增加，3種陰樹脂浸泡液的電導率逐步接近，說明50 ℃時，3種陰樹脂受熱產生溶出物的量隨時間延長趨于一致，即受熱溫度為50 ℃時對3種樹脂的影響相差較小。

f. 在受熱溫度為60 ℃、70 ℃時，隨著時間的增加，YG浸泡液的電導率與GG和ZG浸泡液電導率相比有明顯差別，而GG和ZG的電導率逐步接近，說明60 ℃時，YG受熱產生溶出物的量明顯高于GG和ZG，即受熱溫度為60 ℃、70 ℃時對YG的影響較大，對GG和ZG的影響相對小一些。

2.2 氫電導率變化規律

為進一步確定樹脂受熱溶出規律，專門測定了YG在受熱溫度為50 ℃時浸泡液的氫電導率，試驗結果見圖4，其中，t為多次更換浸泡液的累計受熱時間，空白為新制除鹽水，增量為浸泡液與對應新制除鹽水氫電導率差值。

圖4 受熱溫度為50 ℃時YG浸泡液的氫電導率變化曲線

由圖4浸泡液氫電導率變化曲線可看出：

a. 浸泡液的氫電導率明顯小于同條件下的電導率。例如受熱溫度為50 ℃受熱2 d，YG浸泡液電導率和氫電導率的增量分別約為4 μS/cm、1 μS/cm。這是由于樹脂受熱溶出物在水溶液中呈堿性(pH>7)，經氫離子交換后，浸泡液中陽離子被H+替代，H+和OH-中和成H2O，電導率下降。

b. 樹脂釋放溶出物隨受熱時間的變化規律是先快后慢直到平穩。例如受熱溫度為50 ℃受熱1 d、2 d、4 d和17 d，YG浸泡液氫電導率增量分別約為2.5 μS/cm、1 μS/cm、0.4 μS/cm和0 μS/cm。氫電導率可以反映水樣中雜質陰離子含量的多少，因此，該曲線進一步說明了樹脂在開始階段受熱溶出情況嚴重，隨受熱時間延長，熱溶出物減少，釋放量最終維持在一個低水平。

3 結論及建議

a. 樹脂受熱溶出狀況與受熱溫度、樹脂生產工藝、受熱時間等因素有關。

b. 樹脂溶出物的增量隨受熱時間的變化規律是先快后慢直到平穩。因此，新樹脂使用之前的清洗是非常必要的，應在電導率曲線的基礎上確定預處理工藝。

c. 受熱溫度越高，樹脂在初期釋放的溶出物越多，說明樹脂使用過程中要防止高溫導致樹脂熱分解，避免溶出物惡化水質。

d. 電導率或氫電導率在一定程度上反映樹脂受熱溶出情況。由于電導率測定簡單、迅速，因此可以將電導率或氫電導率增量隨受熱時間的變化曲線作為評價樹脂耐熱性能的參考指標之一。

[1] 張澄信，游 喆，錢 勤.強堿陰離子交換樹脂耐熱性能測定方法的研究[J].華北電力技術，2001(7)：17-20.

[2] 龔云峰，吳春華，丁桓如.離子交換樹脂溶出物的測定及其對水質的影響研究[J].給水排水，2000，36(5)：39-42.

本文責任編輯：齊勝濤

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Test Research on Leachables from Strong Base Anion Exchange Resin in High Temperature

This paper discusses the leachables from heated anion exchange resin.By heat experiment,the immersion conductivity was measured before and after heat as an indicator of ionic leachables.Introduces the materials and methods of test,analysis the conductivity curve of resin soak liquid.With heating time increasing,the quantity of leachables increases quickly at first and then slows down,and at last it becomes stable.At the beginning,the higher the temperature is,resin release the leachables of the more.Proposes suggestions for resin using and resin heat-resistant performance evaluation.

strong base anion exchange resin;heat resistance;leachable;conductivity

2013-05-14

胡夢莎(1991-)，女，本科在讀，研究方向為水質科學與技術。

TM621.8

A

1001-9898(2013)04-0021-02