Физические свойства ионообменных смол
Котолько используемый гелевый типяна ионообменных смолахМакропористые смолы выглядят как прозрачные или полупрозрачные сферы, в то время как макропористые смолы выглядят как молочно-белые или непрозрачные сферы. Цвет варьируется от жёлтого, белого до красновато-коричневого. Высококачественные смолы обладают высокой сферичностью, не имеют трещин, имеют равномерный цвет и не содержат примесей.
Ионообменные смолы гелевого типа Размер частиц (в мм) обычно составляет 0,3–1,2 мм (эквивалентно 50–16 меш), эффективный размер частиц (d10) — 0,36–0,61 мм, а коэффициент однородности (К) — 1,22–1,66. Эффективный размер частиц — это диаметр отверстий сита, через которые проходит 10% частиц смолы и задерживается 90%. Коэффициент однородности — это отношение диаметров отверстий сита (d60) к (d90), через которые проходит 60% частиц, т. е. К = d60/d90. Коэффициент однородности обычно больше 1; чем ближе он к 1, тем однороднее гранулометрический состав. Размер частиц смолы существенно влияет на скорость обмена, сопротивление потоку воды и обратную промывку. Большой размер частиц приводит к более медленной скорости обмена и меньшей обменной емкости; малый размер частиц приводит к большему сопротивлению потоку воды; Неравномерный размер частиц, при котором мелкие частицы задерживаются в порах более крупных частиц, увеличивает сопротивление потоку воды и затрудняет обратную промывку. Поэтому размер частиц должен быть соответствующим и равномерно распределенным.
Плотность, единица измерения: г/см³. Плотность смолы обычно выражается через кажущуюся плотность во влажном состоянии (насыпную плотность) и истинную плотность во влажном состоянии.
① Кажущаяся плотность во влажном состоянии, единица измерения: г/см³. Кажущаяся плотность во влажном состоянии — это масса влажной смолы, упакованной в единицу объема, и используется для расчета количества смолы, необходимого для обмена. Кажущаяся плотность во влажном состоянии = масса влажной смолы / насыпной объем влажной смолы. Кажущаяся плотность во влажном состоянии различных коммерческих смол составляет приблизительно 0,6–0,86 г/см³. |
② Истинная плотность во влажном состоянии, единица измерения: г/см³. Истинная плотность во влажном состоянии — это плотность частиц смолы после того, как они поглотили воду. Истинная плотность во влажном состоянии = масса влажной смолы / объем частиц влажной смолы. Обратите внимание, что объем частиц смолы в приведенной выше формуле не включает объем пор между частицами. Истинная плотность во влажном состоянии обычно составляет 1,04–1,3 г/см³. Как правило, это 1,3 г/см³ для катионообменных смол и 1,10 г/см³ для анионообменных смол. Истинная плотность во влажном состоянии используется для определения интенсивности промывки слоя смолы обратным потоком. Кроме того, в смешанном слое смолы истинная плотность во влажном состоянии также связана с расслоением смолы после промывки. Анионообменные смолы легкие и будут находиться в верхнем слое после промывки, в то время как катионообменные смолы тяжелые и будут находиться в нижнем слое после промывки. В процессе использования плотность смолы немного уменьшается из-за отщепления групп и разрыва цепей в основной цепи смолы.
|
Гелевые ионообменные смолы. Содержание влаги (единица измерения: %). Содержание влаги относится к массовой доле воды, содержащейся во влажной смоле (после полного впитывания и расширения в воде), и обычно составляет около 50%. Содержание влаги в первую очередь определяется степенью сшивания смолы, типом и количеством активных групп и другими факторами. Чем ниже степень сшивания, тем больше поры в смоле и тем выше содержание влаги.
Набухание (единица измерения: %). Изменение объёма смолы, вызванное изменением условий, таких как поглощение воды или её превращение, называется набуханием. Набухание происходит, когда ионы, высвобождаемые активными группами при контакте с водой, гидратируются, образуя гидратированные ионы, тем самым расширяя сетку сшивки. Увеличение объёма сухой смолы после контакта с растворителем называется абсолютной степенью набухания, а изменение объёма влажной смолы при переходе из одной ионной формы в другую – относительной степенью набухания, также известной как скорость набухания при переходе. Абсолютная степень набухания = (объём до набухания – объём после набухания) / объём до набухания. Относительная степень набухания (или скорость набухания при переходе) = (объём до перехода – объём после перехода) / объём до перехода. Чем ниже степень сшивки смолы, тем легче активные группы ионизуются, тем выше обменная ёмкость и степень набухания. Чем больше радиус гидратации обменных ионов смолы и чем ниже концентрация электролита в воде, тем вышеИонообменные смолы гелевого типаs степень набухания. Порядок набухания сильнокислотных катионитов и сильноосновных анионитов в различных ионных формах следующий: катионы: H+ тссссс На+ тссссс NH4+ тссссс K+ тссссс Аг+; анионы: ОЙ-тссссс HCO3- ≈ CO32-тссссс SO42-тссссс Кл-. Скорость набухания катионитов на основе стирола от РНК до РХ (выраженная как РНК→РХ) составляет приблизительно 5%-10%, тогда как скорость набухания анионитов на основе стирола от РКИ до РОХ составляет приблизительно 10%-20%. Слабокислотные катиониты на акриловой основе имеют очень высокую скорость набухания, приблизительно 60%-70% для RweakH→RweakNa. Поскольку все смолы в той или иной степени разбухают, при проектировании обменного контейнера необходимо предусмотреть пространство. Смолы с высокой степенью расширения при трансформации подвержены старению из-за многократного расширения и сжатия в процессе эксплуатации.
Пористость и удельная площадь поверхности: в настоящее время используется серия D001x14-20 Ионообменные смолы гелевого типаСредний диаметр пор составляет 10–15,4 нм, пористость (объем пор на единицу частицы смолы) — 0,09–0,21 мл/г, удельная поверхность — 16–36,4 м²/г (в сухом состоянии). Гелевые смолы имеют удельную поверхность менее 1 м²/г.
Степень сшивки, измеряемая в %, относится к доле сшивающего агента, используемого при производстве смолы. Например, смолы на основе стирола полимеризуются с использованием стирола в качестве мономера и дивинилбензола в качестве сшивающего агента. Степень сшивки относится к массовой доле дивинилбензола в смоле. Степень сшивки влияет на многие свойства смолы. Более высокая степень сшивки увеличивает механическую прочность смолы и снижает ее устойчивость к набуханию в воде. Изменения в степени сшивки могут изменить такие свойства, как обменная емкость, содержание воды, набухаемость и механическая прочность смолы. Степень сшивки ионообменной смолы, используемой для очистки воды, должна составлять от 7% до 10%. В это время средний размер пор в сетке смолы составляет от 2 до 4 мм. Механическая прочность Механическая прочность отражает способность смолы сохранять целостность частиц. Смола разрушается при ударе, столкновении, трении и набухании во время использования. Следовательно, смола должна обладать достаточной прочностью, а годовая потеря смолы должна быть менее 3–7%. Термостойкость. Различные смолы имеют определенный диапазон рабочих температур. При превышении верхнего предела смола подвергается термическому разложению. Уже при температуре 0 °C вода в смоле замерзает, что приводит к разрушению частиц. Температура хранения и использования смолы обычно контролируется в диапазоне от 5 до 40 °C. (10) Электропроводность. Сухая смола не является электропроводящей, в то время как влажная смола может проводить электричество благодаря диссоциированным ионам.