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离子交换树脂的特性


物理性能

1。树脂颗粒尺寸

离子交换树脂通常制成珠状颗粒,树脂颗粒较细者,反应速度较大,但细颗粒对液体通过的阻力较大,需要较高的工作压力。将树脂在充分吸水膨胀后进行筛分,累计其在20、30、40、50…目筛网上的留存量,以9000粒子可以通过其相对应的筛孔直径,称为树脂的“有效粒径”。大粒径树脂为0.6~1. 2mm(20^40目)之间,粉末树脂的粒径树脂0. 01~0. 1mm。一般离子交换树脂的粒径见表3-1。


2.树脂的密度

树脂密度分为干密度和湿密度。干密度是在温度115℃真空干燥后的密度。

干真密度=干树脂重/干树脂颗粒的体积g/cm³

湿密度又分湿真密度和湿视密度。

(1)湿真密度一。是树脂在水中充分膨胀后的质量与自身所占体积(不含树脂颗粒的空隙)的比值(g/ cm³,不同类型树脂,湿真密度不同。

湿真密度=湿树脂重/湿树脂颗粒的体积g/cm³

即使同一类型的阳树脂或阴树脂,由于所含交换离子种类不同,湿真密度大小也不相同,此值一般在1.04~1.3之间,阳树脂常比阴树脂湿真密度大。

湿真密度在双层床工艺过程中与树脂的分层效果有关,见表3_2。


2)湿视密度。湿视密度又称堆积密度,是指树脂在水中充分溶胀后,单位体积树脂所具有的质量。

湿视密度=湿树脂质量/湿树脂的堆积体积g/cm³}

树脂的密度与它的交联度和交换基团的性质有关。交联度高的树脂密度较高,强酸性或强碱性树脂的密度高于弱酸或弱碱性,大孔型树脂的密度则较低。例如,苯乙烯系凝胶型强酸阳离子树脂的真密度为1. 26g/mL,视密度为0. 85g/mL;丙烯酸系凝胶型弱酸阳离子树脂的真密度为1. 19g/mL,视密度为0. 75g/mL。.

此值一般在0.60~0.85之间,实际采用湿视密度(堆积密度)来计算离子交换器内填充树脂的质量。


树脂的溶解性

离子交换树脂应为不溶性物质,但树脂在合成过程中夹杂的聚合度较低的物质及树脂使用过程中受高温影响或被氧化会化学降解而生成的物质,会在运行时溶解出来,称为胶溶。交联度较低和含活性基团多的树脂,溶解倾向较大。离子交换器刚投入运行时发生出水带色现象就是树脂胶溶现象。


膨胀度

离子交换树脂含有大量亲水基团,与水接触即吸水膨胀。溶液中电解质浓度越大,树脂内外溶液的渗透压差反而减小,树脂的溶胀就小,所以对于“失水”的树脂,应将其先浸泡在饱和食盐水中,使树脂缓慢膨胀,不致破碎。当树脂中的离子变换时,如阳离子树脂由H+转为Na十,阴树脂由C1-OH-转为OH-,都因离子直径增大而发生膨胀,增大树脂的体积。通常,交联度低的树脂的膨胀度较大。在设计离子交换器本体高度与再生装置及配水装置时,必须考虑树脂的转型膨胀率体积改变率(见表3-3、表3-4),以适应生产运行时树脂层中的离子转型发生的树脂体积变化。树脂转型体积改变率越小越好,在浮动床中这样容易控制树脂层装填高树脂层度及填床率,使落床、成床时树脂层基本不乱。此外,对固定床的中排再生装置设计有利。


耐用性


树脂颗粒使用时有转移、摩擦、膨胀和收缩等变化,长期使用后会有少量损耗和破碎,当树脂破碎严重时,将会造成水流阻力的急剧增加,从而使设备出力达不到要求,影响正常运行,故树脂要有较高的机械强度和耐磨性。交联度低的树脂较易碎裂,但树脂的耐用性更主要地决定于交联结构的均匀程度及其强度。如大孔树脂,具有较高的交联度者,结构稳定,能耐反复再生,一般交换器内树脂使用后其机械强度应保证每年的耗损率不超过3%~7%。树脂的损耗超过正常值时,除了检查树脂的流失情况,还应考虑树脂是否存在破损问题。


化学性能

树脂的交联度

树脂的骨架是靠交联剂连接在一起的。交联度是指交联剂所占有的份数,一般用交联剂占单体质量百分数来表示。例如,聚苯乙烯树脂用二乙烯苯做交联剂,其用量占单体总料量的8%时,这种树脂的交联度为8%。低交联度为2%~4%,中交联度为7%~8%,高交联度为12%~20%;交联度直接影响树脂的性能。交联度越高,树脂的机械强度就越大,对离子的选择性越强,但离子的交换速度就越慢。这是因为交联度高,表明树脂的结构紧密,孔隙率低,同时树脂在水中溶胀率也低,因而水中的离子在树脂内扩散速度小,影响了离子间的交换能力。


树脂的稳定性

树脂的热稳定性。

树脂的热稳定性与构成树脂结构中的各部分成分密切相关。钠型树脂比氢型、氢氧型都稳定。如钠型聚苯乙烯树旨,能在120℃下使用,而其氢型只能在,100℃以下使用。强碱性聚苯乙烯树脂可在60℃下使用。带有经基的酚醛阴树脂只允许在30℃下长期使用。提高水温能同时加快内扩散和膜扩散,离子交换设备运行时,一般水温保持在20~40℃。



2)化学稳定性。

1)耐酸碱性能。一般无机离子交换剂是不耐酸碱的,只能在pH≤8。5条件下使用。有机合成强酸、强碱性树脂可在pH=1~14中使用。弱酸阳树脂可在pH >4时使用,弱碱阴树脂应在pH<9时使用。一般树脂的抗酸性优于抗碱性。

2)抗氧化性能。各种氧化剂如氯、次氯酸、双氧水、氧、臭氧等会对树脂有不同程度的破坏作用,在使用前需要除去。不同类型的树脂,受到损坏的程度不同。就其抗氧化的能力来讲,交联度高的树脂优于交联度低的树脂;聚苯乙烯类树脂优于丽醛阴树脂只允许在30℃下长期使用。提高水温能同时加快内扩散和膜扩散,离子交换设备运行时,一般水温保持在20-40℃。

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