磺化煤

[结构式]磺化煤有氢型和钠型两种型式，前者含有可交换的氢离子，以RH表示；后者含可交换的钠离子，以RNa表示。其结构式如下：

[物化性质]磺化煤为无光泽的黑色、不规则颗粒，粒径一般为0.3～1.6mm，湿视密度一般在0.55～0.65g/mL。为多孔物质，具有吸水能力，吸水后体积膨胀增大10%～15%。磺化煤的全交换容量为500mol/m³左右，工作交换容量为200～380mol/m³。化学稳定性较差，特别是对于碱性强的水，抵抗力很差。水温超过40℃时，会产生焦化脱色。且性能因原煤的品种而异，难以保持稳定的产品质量。机械强度不好，易碎，一般年损耗率为10%～15%。比表面积大，表面极性和破乳力强、吸附能力大等。

[制备方法]煤的磺化是使它的结构富有附加的酸性基团—SO₃H。磺基中的氢，与酚基或羧基的氢不同，具有很高的离解度，这就提供了阳离子交换过程在强酸性(pH值为2)介质中进行的可能性，并大大地提高了吸附剂的交换能力，交换能力的数值随进入煤中磺基数目的增加而增大。利用煤本身的空间结构，作为交换剂的高分子骨架，用浓硫酸(或发烟硫酸)进行处理，引入活性基团而制成。其磺化反应如下：

RH+HOSO₃H→R—SO₃H+H₂O

浓硫酸在加热的条件下，同时是一种氧化剂，能够将煤分子结构中的—CH₃，—C₂H₆等基团氧化为羧基，C—H键氧化成为羟基。

具体步骤为原煤经粉碎，过筛为一定规格细粒后，用10～15倍的浓硫酸(或发烟硫酸)于50～100℃下加热5～24h进行磺化。磺化后的磺化煤用稀酸，清水洗涤，并加碱液中和，再经干燥，筛分、制得磺化煤成品。

磺化煤在潮湿状态下的散重等于0.36～0.47g/cm³，溶胀系数为1.24～1.55，吸附容量(以从氯化钙溶液中吸附钙离子计)为1g干磺化煤吸附20～30mg，或湿磺化煤吸附350～400mg。

制造磺化煤的工艺过程简单，原料易得且价格较低，磺化煤中有保证从溶液中完全除去阳离子的强酸基团存在。这些就是磺化煤在水的软化过程和除去矿物质处理中日益广泛应用的原因。由于磺化煤中具有不同型式的离子化基团(磺化煤含有磺酸羧基和羟苯基)，又加煤的成分不同，所以，各种离子化基团的比例不能做统一的规定；由于化学、稳定低性和交换容量低，使磺化煤很难在色谱分析过程中使用。

将木素磺化，能够制得机械强度比磺化煤更高的离子交换剂。用含某种酚的甲醛处理已制得的木素磺酸，可使它不溶并具有足够的机械强度。木素磺酸吸附剂的交换容量(以钙离子计)与磺化煤的交换容量等值，为1.2me/g。这种吸附剂的化学稳定性与磺化煤一样低，其离子化基团的异型程度也与磺化煤相同。

用磺化煤和木素磺酸从氧化钙溶液中吸附钙离子计的交换剂容量，可以说明其中磺基及部分羧基的数目，因为离子交换是在羧基电离度很低和羟苯基没有电离的条件下进行的。随着介质值pH值的提高，吸附剂的交换容量迅速增加，但与此同时，因低的耐碱性使吸附裂解的程度也在增大。

注意事项：①磺化煤在使用前应进行筛分，以清除碎末，使用的筛子依次为55目和12目，筛分后的粒度为0.3～1.6mm；②磺化煤最好用水力装罐，初次使用可能杂质、碎末较多，为了反洗方便可考虑分两次装填，第一次先装至0.9m高，第二次再装至预定高度，每次装完，应用清水反洗至出水清澈时为止；③磺化煤的反洗流速应在15～20m/h，时间为30～45min；④磺化煤的再生可采用10%食盐溶液，盐耗按200g/mol估算，再生流速为3～4m/h为宜；⑤正洗流速为10～15m/h，正洗终点为出水硬度0.25mmol/L。

[应用]具有离子交换和物理吸收两个作用，对硝基物、氨基物、酚类、有机氯、有机磷等都有较好的吸收能力；在污水处理中用做吸附剂以回收污水中的稀有金属；可以用做软水剂；还可以用做有机化学反应的催化剂、环氧化合物的聚合剂以及淀粉的水解剂等。

相关链接：有机离子交换剂

文章来源：《水处理化学品手册》

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