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1、脱色脱酸树脂的原理及应用脱色脱酸树脂的原理及应用 离子交换的基本概念离子交换的基本概念定义：利用离子交换剂能吸附溶液中一种离子同定义：利用离子交换剂能吸附溶液中一种离子同时放出另一种相同电荷的离子的特点，使这种交时放出另一种相同电荷的离子的特点，使这种交换剂和溶液之间进行的同号离子相互交换现象叫换剂和溶液之间进行的同号离子相互交换现象叫离子交换。离子交换。离子交换反应是可逆的，逆反应称之为再生。因离子交换反应是可逆的，逆反应称之为再生。因此，离子交换剂经再生后可反复使用。此，离子交换剂经再生后可反复使用。离子交换剂离子交换剂定义：凡具有离子交换能力的物质，统称为离子定义：凡具有离子交换能力的物
2、质，统称为离子交换剂。交换剂。分类：离子交换剂可分为无机和有机两大类分类：离子交换剂可分为无机和有机两大类目前用的最多的离子交换剂目前用的最多的离子交换剂 是人工合成的有机高是人工合成的有机高分子聚合物分子聚合物 离子交换树脂。离子交换树脂。离子交换树脂是一种不溶于酸碱和有机溶剂的网离子交换树脂是一种不溶于酸碱和有机溶剂的网状结构的高分子化合物。状结构的高分子化合物。离子交换技术的发展离子交换技术的发展1814年，英国人开始认识了交换现象年，英国人开始认识了交换现象利用离子交换技术法软化水始于利用离子交换技术法软化水始于20世纪初期世纪初期在在30年年代代，由由于于离离子子交交换换树树脂脂的的
3、出出现现，离离子子交交换换技技术术的的应应用用迅迅速速发发展展，广广泛泛应应用用于于化化工工、医医药药、食品等领域食品等领域 离子交换树脂离子交换树脂目前最常用的离子交目前最常用的离子交换树脂是苯乙烯换树脂是苯乙烯二二乙烯苯的聚合物。乙烯苯的聚合物。组成组成离子交离子交换树脂换树脂母体母体(骨架骨架)活性基团活性基团固固 定定 离离 子子可交换离子可交换离子苯乙烯苯乙烯( (单体单体) )+ +二乙烯苯二乙烯苯( (交联剂交联剂) )母体母体共聚共聚H2SO4功功能能基基反反应应R SO3 H固定离子固定离子 可交换离子可交换离子母体母体常用的离子交换树脂常用的离子交换树脂据据所所含交换基团的
4、性质分为：含交换基团的性质分为：阳离子交换树脂阳离子交换树脂 强酸型强酸型 ：含磺酸基团：含磺酸基团 (RSO3H) 中等酸型中等酸型 ：含磷酸基团：含磷酸基团 (OPO2H4) 弱酸型：弱酸型： 含酚基、羧基含酚基、羧基阴离子交换树脂阴离子交换树脂 强碱强碱 ：含季胺基团：含季胺基团 N+(CH3)3 弱碱弱碱 ：含叔胺、伯胺基团：含叔胺、伯胺基团N(CH3)2 阳离子交换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂：合成树脂的本体上带有酸性活阳离子交换树脂：合成树脂的本体上带有酸性活性基团，可以被阳离子所交换的树脂。性基团，可以被阳离子所交换的树脂。不能交换的离子称固定离子，可交换的离子称平不能交换的
5、离子称固定离子，可交换的离子称平衡离子。衡离子。磺酸型离子交换树脂所含有的活性基团磺酸基磺酸型离子交换树脂所含有的活性基团磺酸基 (一一SO3H)中，含有一个可被交换的阳离子中，含有一个可被交换的阳离子H+和一和一个不能交换的阴离子个不能交换的阴离子S03 阴离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂：本体上带有碱性活性基阴离子交换树脂：本体上带有碱性活性基团，可以被阴离子所交换的树脂。团，可以被阴离子所交换的树脂。其活性基团，都含有一个可以交换的阴离其活性基团，都含有一个可以交换的阴离子和一个不能交换的阳离子。子和一个不能交换的阳离子。 螯合树脂：螯合树脂： 树脂含有特殊的活性基团，可与某些金
6、属离子形树脂含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物，适用于分离富集金属离子或某些有机成螯合物，适用于分离富集金属离子或某些有机化合物。化合物。 大孔吸附树脂：大孔吸附树脂： 分为：极性分为：极性 非极性非极性 中极性中极性 具有比较大的孔，适于大分子物质的吸附，且洗具有比较大的孔，适于大分子物质的吸附，且洗脱性良好，被吸附物可以容易地被洗脱下来。脱性良好，被吸附物可以容易地被洗脱下来。 新型离子交换树脂新型离子交换树脂作用原理作用原理阳离子交换树脂阳离子交换树脂大都含有磺酸基（大都含有磺酸基（SOSO3 3H H）、羧基）、羧基（COOHCOOH）或苯酚基（）或苯酚基（CC6 6H H
7、4 4OHOH）等酸性基团，其中的）等酸性基团，其中的氢离子能氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。比如。比如 2RSO2RSO3 3H + CaH + Ca2+2+ = (RSO = (RSO3 3) )2 2Ca + 2HCa + 2H+ + 阴离子交换树脂阴离子交换树脂一般含有季胺基一般含有季胺基 NN（CHCH3 3）3 3OHOH、胺基、胺基（NHNH2 2）或亚胺基（）或亚胺基（NRHNRH）等碱性基团。它们在水）等碱性基团。它们在水中能生成中能生成OHOH- -离子，可离子，可与各种阴离子交换与各种阴离子交换，比如：，比如： RNR
8、N（CHCH3 3）3 3OH + ClOH + Cl- - = RN= RN（CHCH3 3）3 3Cl + OHCl + OH- - 型号：型号：为了区别离子交换树脂同一类型的不同品种，用三位为了区别离子交换树脂同一类型的不同品种，用三位阿拉伯数字表示阿拉伯数字表示 第一位第一位：代表产品分类；第二位：代表骨架：代表产品分类；第二位：代表骨架的差异；第三位：为顺序号，用以区别基团的差异；第三位：为顺序号，用以区别基团代号分类名称骨架名称0强酸性苯乙烯系1弱酸性丙烯酸系2强碱性酚醛系3弱碱性环氧系4螯合性乙烯哌啶系5两性脲醛系6氧化还原氯乙烯系离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能外观
9、：球形、浅色为宜，粒度大小为外观：球形、浅色为宜，粒度大小为16-6016-60目目90%90%机械强度：机械强度：90%90%；含水量：树脂；含水量：树脂；交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）；交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）；稳定性：化学稳定性、热稳定性；稳定性：化学稳定性、热稳定性；膨胀度：交联度、活性基团的性质与数量、活性膨胀度：交联度、活性基团的性质与数量、活性离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构；离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构；湿真密度：单位体积湿树脂的重量；湿真密度：单位体积
10、湿树脂的重量；孔度、孔径、比表面积孔度、孔径、比表面积 含水量和密度含水量和密度 商品离子交换树脂具有亲水性，常含有一定的商品离子交换树脂具有亲水性，常含有一定的结合水分。结合水的含量与其官能基的性质及结合水分。结合水的含量与其官能基的性质及交联度有关，并随着空气湿度变化而改变。交联度有关，并随着空气湿度变化而改变。 粒度粒度 树脂的粒度关系到离子交换速度、树脂床中液树脂的粒度关系到离子交换速度、树脂床中液流分布均匀性和液流压强降，以及反洗时树脂流分布均匀性和液流压强降，以及反洗时树脂流失等流失等 。 交联度交联度 交联剂在树脂单体总量中所占质量分数称为交交联剂在树脂单体总量中所占质量分数称为
11、交联度。一般交联度为联度。一般交联度为414414，常见为，常见为8 8。 其中交联度的影响有：其中交联度的影响有：（1 1）网状结构的紧密度）网状结构的紧密度 （2 2）孔径大小）孔径大小（3 3）交换速度）交换速度 （4 4）选择性）选择性 溶胀变化溶胀变化干的离子交换树脂浸入纯水后，水即扩散入树脂干的离子交换树脂浸入纯水后，水即扩散入树脂交联网孔内。此时，树脂交换基团在水中即发生交联网孔内。此时，树脂交换基团在水中即发生解离，并形成水合离子，从而使树脂交联网孔增解离，并形成水合离子，从而使树脂交联网孔增大，发生膨胀，称为树脂膨胀。大，发生膨胀，称为树脂膨胀。 溶胀变化通常按干树脂所吸取的
12、水的百分率来表溶胀变化通常按干树脂所吸取的水的百分率来表示，或称溶胀率示，或称溶胀率 。 交换容量交换容量交交换换容容量量是是说说明明树树脂脂的的交交换换能能力力，通通常常按按每每克克干干树脂所能交换的离子的毫摩尔来表示。树脂所能交换的离子的毫摩尔来表示。在在工工业业上上，常常按按单单位位体体积积树树脂脂所所能能交交换换的的物物质质的的量量 (摩尔摩尔)表示。表示。 选择性选择性选择性是指离子交换剂对不同离子的亲和力。选择性是指离子交换剂对不同离子的亲和力。在低浓度的水溶液中和室温条件下，多价离子比在低浓度的水溶液中和室温条件下，多价离子比单价离子优先交换。等价离子的选择性随着原子单价离子优先
13、交换。等价离子的选择性随着原子序数的增加而增加。序数的增加而增加。 在高浓度溶液中，多价离子的选择性随着浓度的在高浓度溶液中，多价离子的选择性随着浓度的提高而减小。提高而减小。 影响离子交换的主要因素影响离子交换的主要因素离子的水化半径：半径较小的离子易吸附。离子的水化半径：半径较小的离子易吸附。离子的化合价：化合价愈高愈易吸附。离子的化合价：化合价愈高愈易吸附。溶液的溶液的pHpH：要考虑树脂及被分离物质的酸碱稳定性：要考虑树脂及被分离物质的酸碱稳定性树脂的交联度：交联度大，膨胀度小的树脂选择性树脂的交联度：交联度大，膨胀度小的树脂选择性 较好。较好。搅拌速度：在一定程度上，越大越快。搅拌速
14、度：在一定程度上，越大越快。溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时，浓度越大，溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时，浓度越大，交换速度越快。交换速度越快。树脂再生树脂再生 由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，此过程称为再生。可恢复到原状态而重复使用，此过程称为再生。 再生的目的：恢复树脂的交换能力再生的目的：恢复树脂的交换能力 再生剂再生剂的的种类：种类： 阳离子交换树脂：阳离子交换树脂：HClHCl（4 4% %） 阴离子交换树脂：阴离子交换
15、树脂：NaOHNaOH（4 4% %） 再生剂用量：再生剂用量： 倍树脂体积。倍树脂体积。 再生方式：顺流再生再生方式：顺流再生 逆流再生逆流再生树脂处理技术在果糖生产中的应用树脂处理技术在果糖生产中的应用 苹果果糖是以苹果汁为原料生产的苹果果糖是以苹果汁为原料生产的天然果汁果糖。它是碳酸饮料最佳主剂天然果汁果糖。它是碳酸饮料最佳主剂基料，不仅赋予碳酸饮料低甜度、低热基料，不仅赋予碳酸饮料低甜度、低热值的属性，而且赋予饮料维生素、矿物值的属性，而且赋予饮料维生素、矿物质等营养成分。因此，近年来，随着消质等营养成分。因此，近年来，随着消费结构的调整，迫使欧美、日等发达国费结构的调整，迫使欧美、日
16、等发达国家饮料生产商将目光转向苹果果糖，因家饮料生产商将目光转向苹果果糖，因此苹果果糖市场容量很大。此苹果果糖市场容量很大。苹果果糖生产工艺流程苹果果糖生产工艺流程 苹果原料苹果原料拣选拣选清洗清洗破碎破碎压榨压榨前巴前巴氏杀菌氏杀菌酶解酶解超滤超滤离子交换与吸附离子交换与吸附（脱色脱酸去离子）（脱色脱酸去离子）浓缩浓缩后巴氏杀菌后巴氏杀菌灌装灌装 树脂有很好的吸附和再生性能、高度树脂有很好的吸附和再生性能、高度选择性。树脂处理技术具有操作简单、选择性。树脂处理技术具有操作简单、成本低、易于实现自动化以及可以循环成本低、易于实现自动化以及可以循环使用等优点，从而使该技术在果汁脱色、使用等优点，
17、从而使该技术在果汁脱色、脱酸等方面得到广泛的应用。已经成为脱酸等方面得到广泛的应用。已经成为生产性能稳定、品质优良、无农药残留生产性能稳定、品质优良、无农药残留果汁的重要助剂。随着一些新型树脂的果汁的重要助剂。随着一些新型树脂的问世，使它在果汁生产中的应用越来越问世，使它在果汁生产中的应用越来越广泛。广泛。在果汁脱酸中的应用在果汁脱酸中的应用 苹果果糖要求果酸苹果果糖要求果酸0.02%0.02%，其技术难度，其技术难度高。为解决果酸问题，我们利用阴离子交高。为解决果酸问题，我们利用阴离子交换树脂对苹果汁中的果酸换树脂对苹果汁中的果酸( (主要为苹果酸主要为苹果酸) )进行交换吸附，使苹果果糖中
18、的果酸含量进行交换吸附，使苹果果糖中的果酸含量低于低于0.02%0.02%。在果汁脱色方面的应用在果汁脱色方面的应用 色值是反映浓缩苹果汁颜色深浅程度的色值是反映浓缩苹果汁颜色深浅程度的一项理化指标。果汁在贮存中，会发生非一项理化指标。果汁在贮存中，会发生非酶促褐变反应，导致色素增加，颜色变深，酶促褐变反应，导致色素增加，颜色变深，降低了产品质量、价格和可接受性。因此，降低了产品质量、价格和可接受性。因此，提高脱色效率、降低褐变速度对提升浓缩提高脱色效率、降低褐变速度对提升浓缩果汁的品质、增加企业的经济效益有重要果汁的品质、增加企业的经济效益有重要意义。意义。 吸附树脂对色素的分离与纯化表现出
19、吸附树脂对色素的分离与纯化表现出独特的优越性。在浓缩果汁加工中独特的优越性。在浓缩果汁加工中, , 对对已发生的褐变已发生的褐变, , 一般采用吸附脱色的方一般采用吸附脱色的方法法, , 提高色值提高色值, , 降低褐变指数。降低褐变指数。 美拉德反应是还原糖和氨基酸之间经过美拉德反应是还原糖和氨基酸之间经过三个阶段反应，伴随三个阶段反应，伴随5-HMF(5-5-HMF(5-羟甲基糠醛羟甲基糠醛) )的积累，触发链式复合反应产生褐变色素，的积累，触发链式复合反应产生褐变色素，是浓缩苹果、梨汁贮存期间的褐变主要原是浓缩苹果、梨汁贮存期间的褐变主要原因。因此，降低氨基酸的含量可降低美拉因。因此，降
20、低氨基酸的含量可降低美拉德反应的速度，从而降低浓缩梨汁贮存中德反应的速度，从而降低浓缩梨汁贮存中非酶促褐变的速度。非酶促褐变的速度。 用阳离子树脂脱氨基酸，可降低氨基用阳离子树脂脱氨基酸，可降低氨基酸浓度及褐变指数酸浓度及褐变指数( (T T440nm)440nm)。类型：大孔阳离子交换树脂类型：大孔阳离子交换树脂作用原理：氢离子能与溶液中的金属离子或作用原理：氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。比如其他阳离子进行交换。比如: : 2RSO2RSO3 3H + CaH + Ca2+2+ = (RSO = (RSO3 3) )2 2Ca + 2HCa + 2H+ + 作用作用 ：脱盐
21、（：脱盐（NaNa+ + CaCa2+2+ Mg Mg2+2+ K K+ +）A A柱出来后柱出来后PH PH ：1-2 1-2 （强酸性）（强酸性）出厂形式出厂形式 ：钠型（：钠型（LX-LX-1 10000型树脂）型树脂）再生再生 ：HClHClA A 柱柱B B柱柱： 类型：大孔阴离子交换树脂类型：大孔阴离子交换树脂作用原理：在水中能生成作用原理：在水中能生成OHOH- -离子，可与各离子，可与各种阴离子交换，比如：种阴离子交换，比如：RNRN（CHCH3 3）3 3OHOH+ +ClCl- - = RN= RN（CHCH3 3）3 3Cl + Cl + OHOH- - 作用：去阴离子（
22、作用：去阴离子（NONO3 3- -等），脱色脱酸等），脱色脱酸氨基态氮：氨基态氮：A,BA,B柱共同作用脱去柱共同作用脱去 出厂形式：氯型出厂形式：氯型 （LX-LX-2 20000型树脂）型树脂）再生：再生：NaOH(4%NaOH(4%）B B柱出来后柱出来后PHPH：9-10 (9-10 (碱性碱性) )C C 柱柱类型类型: :强酸性大孔阳离子交换树脂强酸性大孔阳离子交换树脂作用：调作用：调p pH H值（值（LX-400LX-400型树脂）型树脂）OH OH _ _+ H + H + + = H H2 2O O运行过程运行过程装柱：注意检查吸附水帽是否固定装柱：注意检查吸附水帽是否固
23、定水冲：反冲洗方式（自下而上）水冲：反冲洗方式（自下而上）运行：运行： A1-2A2-2A1-2A2-2柱柱中间缓冲罐中间缓冲罐1 1泵泵11B1-B1-2B2-22B2-2缓冲罐缓冲罐2 2泵泵22C1-2C1-2清汁罐清汁罐再生：反洗再生：反洗 再生再生 反漂反漂 正漂正漂反洗的目的反洗的目的l松动压紧的树脂床层，使床层膨胀松动压紧的树脂床层，使床层膨胀l清除截留在树脂层内的悬浮物和有机杂清除截留在树脂层内的悬浮物和有机杂质质l冲洗细小的树脂碎粉冲洗细小的树脂碎粉再生的目的再生的目的使交换终了失效的树脂上已吸附的离子除使交换终了失效的树脂上已吸附的离子除去，并代之以新的被交换离子，从而达到去，并代之以新的被交换离子，从而达到反复使用的目的。反复使用的目的。谢谢各位
