胡梦莎，李明超，尉院春，魏加强，周柏青

(武汉大学，武汉 430072)

强碱阴离子交换树脂受热溶出物的试验研究

胡梦莎，李明超，尉院春，魏加强，周柏青

(武汉大学，武汉 430072)

为了研究强碱阴离子交换树脂受热产生溶出物的情况，以电导率增量作为受热溶出物的表征指标，介绍试验的材料和方法，分析树脂浸泡液电导率变化曲线，得出阴树脂受热溶出物的增量随受热时间先快后慢直到平稳，温度越高新树脂初期所释放的溶出物越多的结论，并提出树脂使用及树脂耐热性能评价等方面的建议。

强碱性阴离子交换树脂；热稳定性；溶出物；电导率

0 引言

随着我国电力工业的发展，投运和在建的空冷机组数量越来越多，一般空冷机组的凝结水温度较高，可以达到65～75 ℃[1]，高水温对凝结水精处理用阴离子交换树脂(简称“阴树脂”)的影响已受到业界的广泛关注。通常，强酸阳树脂的使用温度达100～120 ℃，而强碱阴树脂推荐的使用温度一般在60 ℃以内。空冷机组特别是空冷超临界机组对凝结水水质的要求较高，而阴树脂受热溶出物对水质会造成一定的影响。因此，深入研究凝结水精处理阴树脂溶出物问题已十分必要[2]。

迄今，国内外主要关注于阴树脂耐热性的试验分析，而对阴树脂受热溶出物方面的定量研究较少，以下以阴树脂受热后水样电导率的增量作为受热溶出物的表征指标，为快速分析高水温对阴树脂的影响提供一条新思路。

1 试验材料与方法

1.1 树脂

以3家电厂空冷机组使用的3种苯乙烯强碱性树脂(分别记作YG、GG和ZG)为研究对象。由于强碱阴树脂中OH型热稳定性最差，因此以OH型树脂为研究型态。首先预处理颗粒阴树脂，然后将其转化为OH型(新树脂转化为OH型的方法参照GB/T 5476-1996《离子交换树脂预处理方法》和GB/T 5760-2000《氢氧型阴离子交换树脂交换容量测定方法》)，将此OH型树脂作为受热试验样品。

1.2 试验方法

1.2.1 受热方法

取1.5 g样品，浸泡在150 g新制除盐水中，然后置于恒温水浴锅(50 ℃、60 ℃和70 ℃)加热。

1.2.2 水料倍率

浸泡液(除盐水)和阴树脂的质量比为100∶1。

1.2.3 电导率和氢电导率

以浸泡液的电导率或氢电导率作为衡量树脂受热溶出物的表征指标。

1.2.4 浸泡液获取方法

在锅炉汽水循环系统中，精处理混床树脂释放到凝结水中的溶出物，在汽水高温条件下，通过蒸发过程的分解、蒸馏可以完全除去，因此，认为进入精处理混床的凝结水中不含溶出物。为了模拟这一过程，采用每天更换浸泡液的方法，具体如下：样品在浸泡液中受热1 d后，取出浸泡液用于电导率检测，重新加入新制除盐水，再次受热1 d后更换浸泡液，并重复此操作步骤。

2 试验结果分析

2.1 电导率变化规律

不同受热温度下3种样品浸泡液电导率随时间的变化见图1-3，其中，t为多次更换浸泡液的累计受热时间，空白为新制除盐水电导率(电导率约为1.0 μS/cm)，增量为浸泡液与对应新制除盐水电导率差值。

图1 YG浸泡液的电导率变化曲线

图2 GG浸泡液的电导率变化曲线

图3 ZG浸泡液的电导率变化曲线

由图1-3浸泡液电导率变化曲线可看出：

a. 树脂释放溶出物的增量随受热时间的变化规律是先快后慢直到平稳。例如ZG在60 ℃受热1 d、2 d、7 d和15 d，浸泡液电导率增量分别约为11 μS/cm、5 μS/cm、1.5 μS/cm和0.2 μS/cm。这是由于树脂溶出物包括新树脂制造过程中残留的水溶性杂质(如单体、无机杂质)和受热分解产物两部分，新树脂受热初期，两类杂质释放叠加，故电导率增量较大；随着受热时间延长，树脂中水溶性杂质越来越少，但受热分解产物持续产生，当水溶性杂质释放完全后，只有受热分解产物溶出。受热后期电导率增量变化较小，说明树脂受热分解产物溶出量持续增加，但增加值相对固定。

b. 树脂在最初的受热时间段内，受热温度越高，树脂释放溶出物越多。例如GG在50 ℃、60 ℃和70 ℃受热2 d，浸泡液电导率增量分别约为4.5μS/cm、8 μS/cm和8.5 μS/cm。由于温度增加，一方面受热分解产物增加，另一方面浸泡液黏度下降，溶出物从树脂颗粒内孔道扩散出来的速度加快。

c. 与GG和ZG相比，温度对YG的影响更为明显。随着受热时间延长，3种温度下GG和ZG的树脂溶出物已经比较接近，而对YG来说，50 ℃时的树脂溶出物量明显低于60 ℃和70 ℃。

d. 在受热温度为50 ℃、60 ℃和70 ℃时，3种树脂浸泡液的电导率由大到小依次为：KYG>KGG>KZG，说明3种阴树脂中ZG受热产生溶出物的量最小，即ZG的耐热性最好，GG的耐热性次之，YG的耐热性最差。

e. 在受热温度为50 ℃时，随着时间的增加，3种阴树脂浸泡液的电导率逐步接近，说明50 ℃时，3种阴树脂受热产生溶出物的量随时间延长趋于一致，即受热温度为50 ℃时对3种树脂的影响相差较小。

f. 在受热温度为60 ℃、70 ℃时，随着时间的增加，YG浸泡液的电导率与GG和ZG浸泡液电导率相比有明显差别，而GG和ZG的电导率逐步接近，说明60 ℃时，YG受热产生溶出物的量明显高于GG和ZG，即受热温度为60 ℃、70 ℃时对YG的影响较大，对GG和ZG的影响相对小一些。

2.2 氢电导率变化规律

为进一步确定树脂受热溶出规律，专门测定了YG在受热温度为50 ℃时浸泡液的氢电导率，试验结果见图4，其中，t为多次更换浸泡液的累计受热时间，空白为新制除盐水，增量为浸泡液与对应新制除盐水氢电导率差值。

图4 受热温度为50 ℃时YG浸泡液的氢电导率变化曲线

由图4浸泡液氢电导率变化曲线可看出：

a. 浸泡液的氢电导率明显小于同条件下的电导率。例如受热温度为50 ℃受热2 d，YG浸泡液电导率和氢电导率的增量分别约为4 μS/cm、1 μS/cm。这是由于树脂受热溶出物在水溶液中呈碱性(pH>7)，经氢离子交换后，浸泡液中阳离子被H+替代，H+和OH-中和成H2O，电导率下降。

b. 树脂释放溶出物随受热时间的变化规律是先快后慢直到平稳。例如受热温度为50 ℃受热1 d、2 d、4 d和17 d，YG浸泡液氢电导率增量分别约为2.5 μS/cm、1 μS/cm、0.4 μS/cm和0 μS/cm。氢电导率可以反映水样中杂质阴离子含量的多少，因此，该曲线进一步说明了树脂在开始阶段受热溶出情况严重，随受热时间延长，热溶出物减少，释放量最终维持在一个低水平。

3 结论及建议

a. 树脂受热溶出状况与受热温度、树脂生产工艺、受热时间等因素有关。

b. 树脂溶出物的增量随受热时间的变化规律是先快后慢直到平稳。因此，新树脂使用之前的清洗是非常必要的，应在电导率曲线的基础上确定预处理工艺。

c. 受热温度越高，树脂在初期释放的溶出物越多，说明树脂使用过程中要防止高温导致树脂热分解，避免溶出物恶化水质。

d. 电导率或氢电导率在一定程度上反映树脂受热溶出情况。由于电导率测定简单、迅速，因此可以将电导率或氢电导率增量随受热时间的变化曲线作为评价树脂耐热性能的参考指标之一。

[1] 张澄信，游 喆，钱 勤.强碱阴离子交换树脂耐热性能测定方法的研究[J].华北电力技术，2001(7)：17-20.

[2] 龚云峰，吴春华，丁桓如.离子交换树脂溶出物的测定及其对水质的影响研究[J].给水排水，2000，36(5)：39-42.

本文责任编辑：齐胜涛

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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

胡梦莎(1991-)，女，本科在读，研究方向为水质科学与技术。

TM621.8

A

1001-9898(2013)04-0021-02