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離子交換樹脂的特性

樹脂顆粒尺寸

離子交換樹脂通常制成珠狀顆粒,樹脂顆粒較細者,反應速度較大,但細顆粒對液體通過的阻力較大,需要較高的工作壓力。將樹脂在充分吸水膨脹后進行篩分,累計其在20、30、40、50…目篩網上的留存量,以9000粒子可以通過其相對應的篩孔直徑,稱為樹脂的“有效粒徑”。大粒徑樹脂為0.6~1. 2mm(20^40目)之間,粉末樹脂的粒徑樹脂0. 01~0. 1mm。一般離子交換樹脂的粒徑見表3-1。

樹脂的密度

樹脂密度分為干密度和濕密度。干密度是在溫度115℃真空干燥后的密度。

干真密度=干樹脂重/干樹脂顆粒的體積g/cm3

濕密度又分濕真密度和濕視密度。

(1)濕真密度一。是樹脂在水中充分膨脹后的質量與自身所占體積(不含樹脂顆粒的空隙)的比值(g/ cm3,不同類型樹脂,濕真密度不同。

濕真密度=濕樹脂重/濕樹脂顆粒的體積g/cm3

即使同一類型的陽樹脂或陰樹脂,由于所含交換離子種類不同,濕真密度大小也不相同,此值一般在1.04~1.3之間,陽樹脂常比陰樹脂濕真密度大。

濕真密度在雙層床工藝過程中與樹脂的分層效果有關,見表3_2。

2)濕視密度。濕視密度又稱堆積密度,是指樹脂在水中充分溶脹后,單位體積樹脂所具有的質量。

濕視密度=濕樹脂質量/濕樹脂的堆積體積g/cm3}

樹脂的密度與它的交聯度和交換基團的性質有關。交聯度高的樹脂密度較高,強酸性或強堿性樹脂的密度高于弱酸或弱堿性,大孔型樹脂的密度則較低。例如,苯乙烯系凝膠型強酸陽離子樹脂的真密度為1. 26g/mL,視密度為0. 85g/mL;丙烯酸系凝膠型弱酸陽離子樹脂的真密度為1. 19g/mL,視密度為0. 75g/mL。.

此值一般在0.60~0.85之間,實際采用濕視密度(堆積密度)來計算離子交換器內填充樹脂的質量。

樹脂的溶解性

離子交換樹脂應為不溶性物質,但樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質及樹脂使用過程中受高溫影響或被氧化會化學降解而生成的物質,會在運行時溶解出來,稱為膠溶。交聯度較低和含活性基團多的樹脂,溶解傾向較大。離子交換器剛投入運行時發生出水帶色現象就是樹脂膠溶現象。


膨脹度

離子交換樹脂含有大量親水基團,與水接觸即吸水膨脹。溶液中電解質濃度越大,樹脂內外溶液的滲透壓差反而減小,樹脂的溶脹就小,所以對于“失水”的樹脂,應將其先浸泡在飽和食鹽水中,使樹脂緩慢膨脹,不致破碎。當樹脂中的離子變換時,如陽離子樹脂由H+轉為Na十,陰樹脂由C1-OH-轉為OH-,都因離子直徑增大而發生膨脹,增大樹脂的體積。通常,交聯度低的樹脂的膨脹度較大。在設計離子交換器本體高度與再生裝置及配水裝置時,必須考慮樹脂的轉型膨脹率體積改變率(見表3-3、表3-4),以適應生產運行時樹脂層中的離子轉型發生的樹脂體積變化。樹脂轉型體積改變率越小越好,在浮動床中這樣容易控制樹脂層裝填高樹脂層度及填床率,使落床、成床時樹脂層基本不亂。此外,對固定床的中排再生裝置設計有利。

耐用性

樹脂顆粒使用時有轉移、摩擦、膨脹和收縮等變化,長期使用后會有少量損耗和破碎,當樹脂破碎嚴重時,將會造成水流阻力的急劇增加,從而使設備出力達不到要求,影響正常運行,故樹脂要有較高的機械強度和耐磨性。交聯度低的樹脂較易碎裂,但樹脂的耐用性更主要地決定于交聯結構的均勻程度及其強度。如大孔樹脂,具有較高的交聯度者,結構穩定,能耐反復再生,一般交換器內樹脂使用后其機械強度應保證每年的耗損率不超過3%~7%。樹脂的損耗超過正常值時,除了檢查樹脂的流失情況,還應考慮樹脂是否存在破損問題。

樹脂的交聯度

樹脂的骨架是靠交聯劑連接在一起的。交聯度是指交聯劑所占有的份數,一般用交聯劑占單體質量百分數來表示。例如,聚苯乙烯樹脂用二乙烯苯做交聯劑,其用量占單體總料量的8%時,這種樹脂的交聯度為8%。低交聯度為2%~4%,中交聯度為7%~8%,高交聯度為12%~20%;交聯度直接影響樹脂的性能。交聯度越高,樹脂的機械強度就越大,對離子的選擇性越強,但離子的交換速度就越慢。這是因為交聯度高,表明樹脂的結構緊密,孔隙率低,同時樹脂在水中溶脹率也低,因而水中的離子在樹脂內擴散速度小,影響了離子間的交換能力。

樹脂的熱穩定性

樹脂的熱穩定性與構成樹脂結構中的各部分成分密切相關。鈉型樹脂比氫型、氫氧型都穩定。如鈉型聚苯乙烯樹旨,能在120℃下使用,而其氫型只能在,100℃以下使用。強堿性聚苯乙烯樹脂可在60℃下使用。帶有經基的酚醛陰樹脂只允許在30℃下長期使用。提高水溫能同時加快內擴散和膜擴散,離子交換設備運行時,一般水溫保持在20~40℃。

化學穩定性

1)耐酸堿性能。一般無機離子交換劑是不耐酸堿的,只能在pH≤8.5條件下使用。有機合成強酸、強堿性樹脂可在pH=1~14中使用。弱酸陽樹脂可在pH >4時使用,弱堿陰樹脂應在pH<9時使用。一般樹脂的抗酸性優于抗堿性。

2)抗氧化性能。各種氧化劑如氯、次氯酸、雙氧水、氧、臭氧等會對樹脂有不同程度的破壞作用,在使用前需要除去。不同類型的樹脂,受到損壞的程度不同。就其抗氧化的能力來講,交聯度高的樹脂優于交聯度低的樹脂;聚苯乙烯類樹脂優于麗醛陰樹脂只允許在30℃下長期使用。提高水溫能同時加快內擴散和膜擴散,離子交換設備運行時,一般水溫保持在20-40℃。

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