反映离子交换树脂的性能的指标有哪些?

2021-09-13 09:58发布

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环境界 - ENVTIME
1楼-- · 2021-09-13 10:14

l)物理性能

(1)外观。常用凝胶型离子交换树脂为透明或半透明的珠体,大孔树脂为乳白色或不透明珠体。优良的树脂圆球率高,无裂纹,颜色均匀,无杂质。

(2)粒度。树脂粒度对交换速度,水流阻力和反洗有很大影响。粒度大,交换速度慢,交换容量低;粒度小,水流阻力大。因此粒度大小要适当,分布要合理。一般树脂粒径0.3mm~1.2mm有效粒径(d10)0.36一0.61,均一系数(d40d90)为1.22一1.66,均一系数的含义是筛上体积为40%的筛孔孔径与筛上体积为90%的筛孔孔径之比。该比值一般≥1,愈接近于1,说明粒度愈均匀。

(3)密度。树脂密度是设计交换柱、确定反冲洗强度的重要指标,也是影响树脂分层的主要因素。

①湿真密度。是树脂在水中充分溶解后的质量与真体积(不包括颗粒孔隙体积)之比。其值一般为1.04mg/L一1.3mg/L。通常阳树脂的湿真密度比阴树脂大,强型的比弱型的大。

②湿视密度。是树脂在水中溶解后的质量与堆积体积之比。此值一般为0.60mg/L一0.85mg/L

一般阳树脂的密度大于阴树脂。树脂在使用过程中,因基团脱落.骨架中链的断裂,其密度略有减小。

(4)含水量。是指在水中充分溶胀的湿树脂所含溶胀水重占湿树脂重的百分数。含水量主要取决于树脂的交联度、活性基团的类型和数量等。一般在50%左右。

(5)溶胀性。指千树脂浸人水中,由千活性基团的水合作用使交联网孔增大,体积膨胀的现象。溶胀程度常用溶胀率(溶胀前后的体积差/溶胀前的体积)表示。树脂的交联度愈小,活性基团数量愈多,愈易离解,可交换离子水合半径愈大,其溶胀率愈大,水中电解质浓度愈高。由于渗透压增大,其溶胀率愈小。

因离子的水合半径不同,在树脂使用和转型时常伴随体积变化。一般强酸性阳树脂由Na型变为H型,强碱性阴树脂由Cl型变为OH型,其体积均增大约5%。

(6)机械强度。反映树脂保持颗粒完整性的能力。树脂在使用中由于受到冲击、碰撞、摩擦以及胀缩作用,会发生破碎。因此,树脂应具有足够的机械强度,以保证每年树脂的损耗量不超过3%一7%。树脂的机械强度主要取决于交联度和溶胀率。交联度愈大,溶胀率愈小,则机械强度越高。

(7)耐热性。各种树脂均有一定的工作温度范围。操作温度过高,易使活性基团分解,从而影响交换容量和使用寿命。如温度低至0℃,树脂内水分冻结,使颗粒破裂。通常控制树脂的贮藏和使用温度在5℃一40℃为宜。

(8)孔结构。大孔树脂的交换容量,交换速度等性能均与孔结构有关。目前使用的D001 x14 ~20系列树脂。其平均孔径为(100 ~ 154) x 10-10m,孔容0. 09mL/g ~ 0. 21mL/g,比表面积16m2/g ~36.4m2/g,交换容量1. 79mmol/mL ~ 1.96mmol/mL。

2)化学性能

(l)离子交换反应的可逆性。交换的逆反应即为再生。

(2)酸碱性。H型阳树脂和OH型阴树脂在水中电离出H+和OH-,表现出酸碱性。根据活性基团在水中离解能力的大小,树脂的酸碱性也有强弱之分。强酸或强碱性树脂在水中离解度大,受pH值影响小;弱酸或弱碱性树脂离解度小,受pH值影响大。因此弱酸或弱碱性树脂在使用时对pH值要求很严,各种树脂在使用时都有适当的pH值范围。

(3)选择性。树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性,它是决定离子交换法处理效率的一个重要因素,本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合力。选择性大小用选择性系数来表征。

选择性系数与化学平衡常数不同,徐了与温度有关以外,还与离子性质,溶液组成及树脂的结构等因素有关。在常温和稀溶液中,大致具有如下规律:

①离子价数越高,选择性越好。

②原子序数愈大,即离子水合半径愈小,选择性愈好。

根据以上规律,由文献报道的资料州咧出离子交换的选择性顺序为:

image.png

应当指出,由于实验条件不同,各研究者所得出的选择性顺序不完全相同。

H+和OH-的选择性决定于树脂活性基团的酸碱性强弱。对强酸性阳树脂,H+的选择性介于Na+Li+之间。但对弱酸性阳树脂,H+的选择性最强。同样,对强碱性阴树脂,OH-的选择性介于CH3COO-F-之伺,但对弱碱性阴树脂,OH-的选择性最强。

离子的选择性,除上述同它本身及树脂的性质有关外,还与温度、浓度及pH值等因素有关。

(4)交换容量。定量表示树脂的交换能力。通常用Ev(mmol/L湿树脂)表示,也可用Ewmmol/g干树脂)表示。这两种表示方法之间的数量关系如下:Ev=Ew·(1一含水量)·湿式密度

市售商品树脂所标的交换容量是总交换容量,即活性基团的总数。树脂在给定的工作条件下实际所发挥的交换能力称为工作交换容量。因受再生程度、进水中离子的种类和浓度,数脂层高度、水流速度、交换终点的控制指标等许多因素影响,一般工作交换容量只有总交换容量的60%一70%。

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