離子交換樹脂的基本性能及其影響因素

1、離子交換樹脂的基本性能及其影響因素離子交換樹脂的基本性能包括以下幾個(gè)方面，現(xiàn)分別簡(jiǎn)述如下：、樹脂的外觀新的樹脂因結(jié)構(gòu)、基團(tuán)、離子形態(tài)、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(chǎng)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(yáng)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(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生顏色上的變化，如 001x7 樹脂由再生態(tài)到失效態(tài)時(shí)的顏色是由深到淡，由失效態(tài)到再生態(tài)，又

2、由淡到深。 這種變化是可以逆轉(zhuǎn)的，樹脂受污染時(shí)， 其顏色也會(huì)發(fā)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(zhuǎn)。因此，樹脂在使用的過(guò)程中，要隨時(shí)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(jī)物污染時(shí)， 顏色變深甚至黑褐色。 001x7 樹脂受氧化劑破壞時(shí)，其樹脂交聯(lián)和交換基團(tuán)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。、粒度樹脂的粒度大小和均勻性，對(duì)運(yùn)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(yùn)行時(shí)的阻力又大；因此，國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同的交換器床型（不

3、同床型的運(yùn)行流速不同）相對(duì)應(yīng)的樹脂型號(hào)， 規(guī)定了相對(duì)較合理的粒徑范圍（參考國(guó)標(biāo)）。、樹脂的溶脹及轉(zhuǎn)型體積改變率樹脂在干燥的狀態(tài)下（惰性樹脂除外），遇水會(huì)迅速膨脹。因此，當(dāng)樹脂脫 水時(shí)，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(lián)度，其膨脹系數(shù)也不同， 體積改變率的大小與交聯(lián)度成反比。 交換容量的大小與溶脹率成正比?？山粨Q離子價(jià)數(shù)越高， 溶脹率越小。同價(jià)離子，水合能力越強(qiáng)， 溶脹率越大。當(dāng)然，樹脂轉(zhuǎn)型膨脹率的規(guī)律在實(shí)際的應(yīng)用中較為復(fù)雜， 因?yàn)樗嵌喾N 離子間的交換。但這些規(guī)律的掌握， 對(duì)設(shè)計(jì)不同交換器床型預(yù)留的膨脹空間具有 重要的參考價(jià)值（尤其像雙

4、室固定床、雙室浮動(dòng)床等）。四、水分一定離子型態(tài)的樹脂其顆粒內(nèi)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(tài)，其含水量也是不同的。為此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了各種樹脂 在特定的離子型態(tài)下的含水量。 樹脂在使用的過(guò)程中， 隨著各種因素對(duì)樹脂的損 害，其含水量也會(huì)發(fā)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(jù)之一。五、密度樹脂的密度是其使用中經(jīng)常要用的數(shù)據(jù)。由于樹脂基本上都是在濕態(tài)下運(yùn)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(tài)樹脂的質(zhì)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

5、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(duì)反洗分層有嚴(yán)格要求的混床、雙 層床、三層床樹脂，對(duì)其濕真密度也有較嚴(yán)格的范圍要求。濕視密度是指單位視體積濕態(tài)樹脂的質(zhì)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(shí)重量和體積之間的換算， 都是用濕視密度 來(lái)進(jìn)行換算的。根據(jù)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：P= 1-d 視/d 真式中：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

6、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(yīng)樹脂的固有的容量大小，是一個(gè)定值。而工 交則是表現(xiàn)樹脂在實(shí)際工作時(shí)能力的大小， 它是一個(gè)變量， 由眾多的現(xiàn)場(chǎng)因素所 決定，與工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備制作、操作方法、再生劑質(zhì)量、人為因素、介質(zhì)好壞等 等因素相關(guān)聯(lián)，后面將陸續(xù)介紹。七、耐熱性各種樹脂對(duì)溫度的承受范圍各不相同， 超過(guò)此值，對(duì)其壽命就有一定的影響在常溫（10-30 r）下，樹脂的基本性能不會(huì)發(fā)生改變，但在非常溫下，樹 脂會(huì)發(fā)生一些改變。 樹脂耐熱穩(wěn)定性的一般規(guī)律是： 陽(yáng)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(yīng)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

7、溫要好（弱酸、弱堿樹脂除外）；I型強(qiáng)堿樹脂要比u強(qiáng) 堿樹脂的耐溫性要好； 弱堿樹脂要比強(qiáng)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(shí)際使用中并沒(méi)有這么高的溫度）：陽(yáng)樹脂的耐溫性較好，強(qiáng)酸陽(yáng)樹脂可耐 120C的溫度；弱酸陽(yáng)樹脂可控制在 80C；苯乙烯系的強(qiáng)堿樹脂的溫度不超過(guò) 60C，弱堿樹脂的溫度不超過(guò) 80C； 丙烯酸系的強(qiáng)堿樹脂的溫度以不超過(guò) 35C為佳。了解這些常用樹脂的耐溫特性， 對(duì)在設(shè)計(jì)初期的樹脂的選型有一定的參考價(jià) 值。八、樹脂的抗凍性根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)， 大孔樹脂的抗凍性優(yōu)于凝膠型樹脂， 凝膠型陰樹脂的抗凍 性比陽(yáng)樹脂好； 樹脂

8、在水中的抗凍性比其置于空氣中要好。 樹脂在不同狀態(tài)下的 保存方法，在后面將有介紹。離子交換樹脂是一類不溶不熔的有機(jī)合成材料， 既不溶于水和有機(jī)溶劑， 也不溶 于酸堿。其耐熱和耐化學(xué)穩(wěn)定性也與其它類型的有機(jī)合成材料相似。 離子交換樹 脂的耐熱性是指樹脂的環(huán)境溫度對(duì)樹脂質(zhì)量及使用壽命的影響。 離子交換樹脂的 耐化學(xué)穩(wěn)定性是指水及有機(jī)溶劑、 酸堿、和氧化劑等對(duì)樹脂質(zhì)量和使用壽命的影 響。一、水和有機(jī)溶劑對(duì)樹脂的影響： 離子交換樹脂不溶于水和其它任何有機(jī)溶劑， 但水和有機(jī)溶劑會(huì)對(duì)樹脂有一定的 溶脹，且有機(jī)溶劑不同，溶脹度也有差別。一種常見的情況是由于樹脂保存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或保存不當(dāng)而失水。在失水較為嚴(yán)重 時(shí)

9、，如直接將樹脂浸入水中， 可能會(huì)由于水對(duì)樹脂的急劇膨脹而造成樹脂的破裂 而影響樹脂的強(qiáng)度。 尤其對(duì)凝膠型樹脂而言影響更甚。 在這種情況下， 需先將樹 脂浸入 15%以上的 NaCl 溶液中數(shù)小時(shí)。待樹脂完全浸潤(rùn)后，再用水將鹽水洗去 即可。如需要經(jīng)常進(jìn)行水溶液和有機(jī)溶劑對(duì)樹脂交替處理時(shí)， 樹脂可能會(huì)經(jīng)常經(jīng)歷體積 收縮和膨脹，從而造成樹脂的破碎，因此也應(yīng)特別當(dāng)心交替的速度。二、環(huán)境和使用溫度及酸堿對(duì)樹脂的影響：隨著環(huán)境和使用溫度的提高， 離子交換樹脂的功能基團(tuán)可能會(huì)脫落， 從而降低樹 脂的交換容量。 在有酸或堿存在時(shí)， 樹脂功能基團(tuán)的脫落速度有可能加速。 由于 離子交換樹脂種類和基質(zhì)的不同， 其耐

10、熱穩(wěn)定性不同。 但總的來(lái)說(shuō)， 樹脂的交聯(lián) 度越高，含水量越低，其耐熱穩(wěn)定性越差。1、苯乙烯系強(qiáng)酸性和丙烯酸系弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂：這兩類樹脂的耐溫穩(wěn)定 性較好，其H型樹脂可在100C使用，而Na型樹脂可在120C使用。能滿足一 般水處理及其它許多應(yīng)用要求。 但有些特殊用途， 如烯烴水合催化劑等， 需要在 150C左右的高溫，則需要特殊的耐溫型樹脂。女口，D002-II耐溫型陽(yáng)離子催化樹 脂可在170C長(zhǎng)期使用而交換基團(tuán)不脫落。2、苯乙烯系強(qiáng)堿I型陰離子交換樹脂樹脂：此類樹脂Cl型最高使用溫度為80C, OH型最高使用溫度為60C。主要是此類樹脂在較高的溫度下，其功能基團(tuán)季銨 鹽會(huì)發(fā)生分解，從而

11、降低其交換容量。3、苯乙烯系強(qiáng)堿II-型陰離子交換樹脂：此類樹脂由于其功能基團(tuán)季銨鹽中有一 個(gè)乙醇基，使得其在較高溫度時(shí)降解的速度較I-型強(qiáng)堿樹脂更快，其耐溫性能也 更差。其Cl型樹脂最高使用溫度60C, OH型樹脂最高使用溫度40C。4、丙烯酸系強(qiáng)堿和弱堿陰離子交換樹脂：此類樹脂，由于其交換基團(tuán)是通過(guò)酰 胺鍵與樹脂骨架相連接，而酰胺鍵的化學(xué)穩(wěn)定性較 C-C 鍵要低很多。因此，該 類樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性較差。 在酸堿存在時(shí)又可加速酰胺鍵的分解， 使其穩(wěn)定性更 低。因此，使用此類樹脂時(shí)，不但使用溫度應(yīng)控制，用酸堿對(duì)樹脂進(jìn)行處理或再 生時(shí)，酸堿的溫度也應(yīng)該控制在較低的水平。 一般丙烯酸系強(qiáng)堿樹脂的使用

12、及再 生溫度最好不超過(guò)30E，弱堿樹脂的使用和再生溫度不超過(guò) 50C。、氧化劑對(duì)樹脂的影響：當(dāng)離子交換樹脂遇到強(qiáng)的氧化劑時(shí)會(huì)被氧化，樹脂的強(qiáng)度和交換容量下降， 從而對(duì)樹脂的使用壽命產(chǎn)生影響。 強(qiáng)氧化劑的種類很多， 但在樹脂使用過(guò)程中經(jīng) 常遇到的主要為游離氯和水中溶解氧。 從以往的經(jīng)驗(yàn)看， 水中溶解氧對(duì)樹脂氧化 并不顯著，影響較小。而游離氯對(duì)樹脂的氧化破壞能力很強(qiáng)，影響較大。游離氯的來(lái)源主要為兩個(gè)方面： 對(duì)原水或物料進(jìn)行消毒處理所殘留的游離氯； 再 生或處理樹脂所用鹽酸質(zhì)量較差所帶入的游離氯 （有些工業(yè)副產(chǎn)鹽酸游離氯含量 很高）。游離氯對(duì)樹脂的影響， 因陰樹脂和陽(yáng)樹脂而有所不同： 對(duì)陽(yáng)樹脂， 因?yàn)闃渲墓?能基團(tuán)比較穩(wěn)定， 游離氯主要氧化降解陽(yáng)樹脂的骨架， 從而使其水分升高， 強(qiáng)度 下降。外觀上可見樹脂的顏色變淡。對(duì)陰樹脂，由于胺或銨較易被氧化，游離氯 將先氧化破壞陰樹脂的交換基團(tuán)而使樹脂的交換容量降低。如果游離氯的量較 多，將會(huì)進(jìn)一步氧化破壞樹脂的骨架，造成樹脂強(qiáng)度降低。但是，在實(shí)際應(yīng)用中， 由于陽(yáng)樹脂一般會(huì)置于陰樹脂的前面， 而游離氯的含量一 般又較少，因而陽(yáng)樹脂遭到氧化攻擊的可能較陰樹脂大得多。樹脂被氧化后， 不但質(zhì)量下降， 使用壽命縮短， 而且有時(shí)還會(huì)影響出水或所處理 物料的質(zhì)量。因此應(yīng)盡可能避免，方法如下： 盡可能使用質(zhì)量較好的鹽