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1、压水堆水处理系统1离子交换树脂基础知识最常用的有机合成离子交换树脂的本体(又称骨架)由苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高分子化合物.离子交换树脂的结构通过加入适量表面活性剂并连续搅拌,可得到一定颗粒度的聚合体小球,通常称为白球.这是一种三度空间的网状结构聚合体,其中苯乙烯的长链被二乙烯苯“交联”成一个整体.聚合物中二乙烯苯的百分含量称为交联度.一般商品树脂的交联度为8-10%.向聚合体骨架上引进各种交换基团,可以得到不同性能的离子交换树脂,根据交换基团的酸碱性强弱,这些树脂分别称为强酸(碱)性树脂或弱酸(碱)性树脂.其中强酸和强碱性树脂已在核工业中广泛应用.离子交换基团的
2、引入强酸性阳离子交换树脂白球的磺化反应是在加热条件下,在二氯乙烷和浓硫酸作用下完成的强碱性阴离子交换树脂向白球上引进季铵基团则要先经氯甲基化,然后再用叔胺(R3N)处理离子交换树脂的主要物理性能外形和颗度离子交换树脂是一种半透明的网状球形物质,颜色有白、黄、黑和赤褐色数种.树脂的颜色与性能关系不大.在使用过程中,随着树脂渐趋饱和,颜色往往逐渐加深.树脂颗粒大小对树脂的交换能力、净化效率、水流通过树脂层的压力降以及水流分布的均匀程度都有一定影响。树脂颗粒越小，离子在其内的扩散路程越短，交换过程就越迅速、越充分。但颗粒过小将引起树脂床压降剧增，逆洗时容易流失。常用树脂的
3、粒度在16-50目之间，相应的颗粒直径为0.3-1.2毫米.溶胀性和含水率树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结构的空隙中，这时交换基团发生离解，形成水合离子，使树脂交联网孔增大，树脂体积也因此增大，这种现象称为树脂的溶胀.溶胀率:溶胀前、后树脂的体积比，即树脂层体积变化的百分比。树脂溶胀性和含水率均与交联度有关，交联度越大,溶胀性越小，含水率也越低。树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关，交换基团的电离度越大，或交换离子的水合度以及水合离子的半径越大，树脂的溶胀率也越高。强酸性阳离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺序为:强碱性阴离子交换树脂离子交换时溶胀率的
4、大小顺序为:热稳定性和机械强度温度对树脂机械强度和交换容量有很大影响,温度过高易使交换基团分解,温度过低树脂的强度降低.当水温达到零度时,其内部水分的冻结能将树脂胀裂,因此不可将树脂存放在冰点温度以下.树脂的机械强度与交联度有关,交联度越大,机械强度越好.在实际操作条件下树脂会磨损破碎,年损耗率一般为3-7%.为防止破碎树脂颗粒流出,在净化树脂床后,设有高效率过滤器.离子交换机理若将含有M±离子的溶液在一定的温度下,以一定的速度通过结构为R-A±型树脂床,并测量进、出口溶液浓度的变化,M±离子能被相当彻底地去除,以后树脂逐渐饱和,交换能力下降,直至完全失效.这一离子
5、交换过程表示为:离子交换树脂的选择性离子电荷在低浓度水溶液中,交换离子的电荷越大,越易被树脂吸附,对阳离子有下列顺序:Th4+＞A13+＞Ca2+＞Na+对阴离子则有：PO43-＞SO42-＞NO3-但在高浓度水溶液中,选择性差别缩小,高浓度的低价离子往往具有较高的交换“势”,这就是树脂的再生原理.离子半径与水合作用低浓度水溶液中,相同电荷的离子,水合半径越小,或离子的水合能越小,就越容易被交换吸附.原子序数越大,水合能越小,越易吸附.选择性吸附顺序:但随着温度或浓度增高,同价离子交换“势”的差别逐渐缩小,甚至出现反常.因此,分离溶液浓度不宜太高,但树脂再生溶液浓度
6、却应稍高些.离子交换树脂的交换容量与净化效率离子交换树脂的交换容量：单位体积或重量树脂能够交换的离子数量.在树脂网状结构中，交换基团的密度越高,交换容量就越大.总交换容量指树脂完全失效、全部交换基团都起作用时的交换能力.可用单位体积或重量的离子交换剂中交换基团的总数表示,单位一般为毫克当量/毫升湿树脂.工作交换容量又称穿透容量,在动态条件下单位体积或重量树脂中能够参加交换反应的基团数,单位也为毫克当量/毫升湿树脂.工作交换容量除了与交换过程的物理化学条件有关外,还取决于出水的水质要求.出水水质越高,工作交换容量越低.工作交换容量与总交换容量之比称为离子交换树脂的利用
7、率.离子交换的净化效率和去污因子净化效率定义：流经树脂床后溶液中杂质被去除的份额,常用百分数表示.C1和C2分别为树脂床进出口溶液中核素浓度,或进出口料液的比放放射性.去污因子定义：树脂床进出料液中特定核素的浓度或放射性强度之比.2核级离子交换树脂性能核工业应用的离子交换树脂在性能上的要求:出水水质纯度高。无论从补给水的纯度,还是从废水处理的放射性物质去除的程度考虑,都必须优于商用树脂.通常采用核级强酸和强碱性树脂,它们具备交换速度快、交换能力强、对选择性低的离子，如硅酸根,铯离子等也有较好的去除效果.对pH值变化不敏感。在反应堆运行中,冷却剂中硼酸的浓度变化很
