離子交換樹脂的基本性能

離子交換樹脂的基本性能包括以下幾個方面,現分別簡述如下:

一、樹脂的外觀

  新的樹脂因結構、基團、離子形態、制造工藝等因素的不同,而有黃色、褐色、白色、棕色、黑色、灰色等各種顏色,以滿足具體使用中不同場合的需要。常用水處理用的樹脂外觀一般為:凝膠型的苯乙烯系樹脂一般為透明的淡黃色顆粒;而大孔樹脂則為不透明(或微透明)顆粒;大孔苯乙烯系陽樹脂一般為淡黃色或淡灰褐色顆粒,大孔苯乙烯系陰樹脂為白色顆粒;丙烯酸系的樹脂為白色或乳白色顆粒。同一種樹脂在不同的離子形態時會發生顏色上的變化,如001x7樹脂由再生態到失效態時的顏色是由深到淡,由失效態到再生態,又由淡到深。這種變化是可以逆轉的,

  樹脂受污染時,其顏色也會發生根本性的變化,其顏色的變化程度一般與樹脂受污染的程度成正比,并且較難逆轉。因此,樹脂在使用的過程中,要隨時留意其顏色上的變化,以判斷樹脂污染的程度。如201x7樹脂受鐵或有機物污染時,顏色變深甚至黑褐色。001x7樹脂受氧化劑破壞時,其樹脂交聯和交換基團都將被氧化,樹脂的顏色也將變淡,樹脂體積增大,由此樹脂易碎和體積交換容量下降。

二、粒度

  樹脂的粒度大小和均勻性,對運行的影響較大。粒度大,比表面積就小,交換速度就慢;粒度太小,雖然交換速度快,但是,運行時的阻力又大;因此,國家標準根據不同的交換器床型(不同床型的運行流速不同)相對應的樹脂型號,規定了相對較合理的粒徑范圍(參考國標)。

三、樹脂的溶脹及轉型體積改變率

  樹脂在干燥的狀態下(惰性樹脂除外),遇水會迅速膨脹。因此,當樹脂脫水時,不能直接與水接觸,而要用飽和的食鹽水浸泡,減緩膨脹速度,防止樹脂的破裂。

  樹脂不同的交聯度,其膨脹系數也不同,體積改變率的大小與交聯度成反比。交換容量的大小與溶脹率成正比。

  可交換離子價數越高,溶脹率越小。同價離子,水合能力越強,溶脹率越大。

  當然,樹脂轉型膨脹率的規律在實際的應用中較為復雜,因為它往往是多種離子間的交換。但這些規律的掌握,對設計不同交換器床型預留的膨脹空間具有重要的參考價值(尤其像雙室固定床、雙室浮動床等)。

四、水分

  一定離子型態的樹脂其顆粒內所含的平衡水量是該樹脂的固有特性。同種樹脂,不同的離子型態,其含水量也是不同的。為此,國家標準也規定了各種樹脂在特定的離子型態下的含水量。樹脂在使用的過程中,隨著各種因素對樹脂的損害,其含水量也會發生變化。因此,樹脂含水量的變化大小,也是判斷樹脂受損性程度的依據之一。

五、密度

  樹脂的密度是其使用中經常要用的數據。由于樹脂基本上都是在濕態下運行,所以最常用的是濕真密度和濕視密度兩種。

  濕真密度是指單位真體積濕態樹脂的質量。真體積是指樹脂顆粒本身所占有的體積,不包括顆粒間空隙的體積。

  同批樹脂,不同的粒徑,其濕真密度是相同的。濕真密度決定樹脂的沉降速度,也直接影響反洗膨脹率的特性。因此,在對反洗分層有嚴格要求的混床、雙層床、三層床樹脂,對其濕真密度也有較嚴格的范圍要求。

  濕視密度是指單位視體積濕態樹脂的質量。視體積也稱堆積體積或表觀體積,它包含樹脂顆粒本身的固有體積及顆粒間的空隙體積。同批樹脂,不同的粒度,其濕視密度是不同的。樹脂裝填時重量和體積之間的換算,都是用濕視密度來進行換算的。

根據濕真密度和濕真密度,可以按下式估算出樹脂層里的空隙率:

    P1-d/d

  式中:P指樹脂的空隙率;

    d視指樹脂的視密度;

    d真指樹脂的真密度;

六、交換容量

  樹脂的交換容量有多種表示方法,最常用的有重量全交換容量、體積全交換容量、工作交換容量等。全交是反應樹脂的固有的容量大小,是一個定值。而工交則是表現樹脂在實際工作時能力的大小,它是一個變量,由眾多的現場因素所決定,與工藝設計、設備制作、操作方法、再生劑質量、人為因素、介質好壞等等因素相關聯,后面將陸續介紹。

七、耐熱性

  各種樹脂對溫度的承受范圍各不相同,超過此值,對其壽命就有一定的影響。

  在常溫(10-30℃)下,樹脂的基本性能不會發生改變,但在非常溫下,樹脂會發生一些改變。樹脂耐熱穩定性的一般規律是:陽樹脂要比陰樹脂的耐溫性要好;加成聚合的樹脂要比縮聚反應制作的樹脂耐溫性要好;鹽型樹脂要比游離酸或游離堿型樹脂的耐溫要好(弱酸、弱堿樹脂除外);型強堿樹脂要比強堿樹脂的耐溫性要好;弱堿樹脂要比強堿樹脂的耐溫性要好;苯乙烯系樹脂要比丙烯酸系樹脂的耐溫性要好。

  水處理最常用的幾種樹脂的一般要求(實際使用中并沒有這么高的溫度):

  陽樹脂的耐溫性較好,強酸陽樹脂可耐120℃的溫度;弱酸陽樹脂可控制在80℃;苯乙烯系的強堿樹脂的溫度不超過60℃,弱堿樹脂的溫度不超過80℃;丙烯酸系的強堿樹脂的溫度以不超過35℃為佳。

  了解這些常用樹脂的耐溫特性,對在設計初期的樹脂的選型有一定的參考價值。

八、樹脂的抗凍性

  根據實際的經驗,大孔樹脂的抗凍性優于凝膠型樹脂,凝膠型陰樹脂的抗凍性比陽樹脂好;樹脂在水中的抗凍性比其置于空氣中要好。樹脂在不同狀態下的保存方法,在后面將有介紹。


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