凝膠型 顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的高分子骨架,在干燥的情況下內部沒(méi)有毛細孔。它在吸水時(shí)潤脹,在大分子鏈節間形成很微細的孔隙,通常稱(chēng)為顯微孔(micro-pore)。濕潤樹(shù)脂的平均孔徑為2~4nm(2×10-6 ~4×10-6mm)。 這類(lèi)樹(shù)脂較適合用于吸附無(wú)機離子,它們的直徑較小,一般為0.3~0.6nm。這類(lèi)樹(shù)脂不能吸附大分子有機物質(zhì),因后者的尺寸較大,如蛋白質(zhì)分子直徑為5~20nm,不能進(jìn)入這類(lèi)樹(shù)脂的顯微孔隙中。
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂大孔型樹(shù)脂
大孔型離子交換樹(shù)脂是在聚合反應時(shí)加入致孔劑,形成多孔海綿狀構造的骨架,內部有大量性的微孔,再導入交換基團制成。它并存有微細孔和大網(wǎng)孔(macro-pore),潤濕樹(shù)脂的孔徑達100~500nm,其大小和數量都可以在制造時(shí)控制??椎赖谋砻娣e可以增大到超過(guò)1000m2/g。這不僅為離子交換提供了良好的接觸條件,縮短了離子擴散的路程,還增加了許多鏈節活性中心,通過(guò)分子間的范德華引力(van de waal's force)產(chǎn)生分子吸附作用,能夠象活性炭那樣吸附各種非離子性物質(zhì),擴大它的功能。一些不帶交換功能團的大孔型樹(shù)脂也能夠吸附、分離多種物質(zhì),例如化工廠(chǎng)廢水中的酚類(lèi)物。 大孔樹(shù)脂內部的孔隙又多又大,表面積很大,活性中心多,離子擴散速度快,離子交換速度也快很多,約比凝膠型樹(shù)脂快約十倍。使用時(shí)的作用快、效率高,所需處理時(shí)間縮短。大孔樹(shù)脂還有多種優(yōu)點(diǎn):耐溶脹,不易碎裂,耐氧化,耐磨損,耐熱及耐溫度變化,以及對有機大分子物質(zhì)較易吸附和交換,因而抗污染力強,并較容易再生。
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂物理性質(zhì)
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的顆粒尺寸和有關(guān)的物理性質(zhì)對它的工作和性能有很大影響。
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂顆粒尺寸
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂通常制成珠狀的小顆粒,它的尺寸也很重要。樹(shù)脂顆粒較細者,反應速度較大,但細顆粒對液體通過(guò)的阻力較大,需要較高的工作壓力;特別是濃糖液粘度高,這種影響更顯著(zhù)。因此,樹(shù)脂顆粒的大小應選擇適當。如果樹(shù)脂粒徑在0.2mm(約為70目)以下,會(huì )明顯增大流體通過(guò)的阻力,降低流量和生產(chǎn)能力。
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂顆粒大小的測定通常用濕篩法,將樹(shù)脂在充分吸水膨脹后進(jìn)行篩分,累計其在20、30、40、50……目篩網(wǎng)上的留存量,以90%粒子可以通過(guò)其相對應的篩孔直徑,稱(chēng)為樹(shù)脂的“有效粒徑”。多數通用的樹(shù)脂產(chǎn)品的有效粒徑在0.4~0.6mm之間。 樹(shù)脂顆粒是否均勻以均勻系數表示。它是在測定樹(shù)脂的“有效粒徑”坐標圖上取累計留存量為40%粒子,相對應的篩孔直徑與有效粒徑的比例。如一種樹(shù)脂(ir-120)的有效粒徑為0.4~0.6mm,它在20目篩、30目篩及40目篩上留存粒子分別為:18.3%、41.1%、及31.3%,則計算得均勻系數為2.0。
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的密度
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在干燥時(shí)的密度稱(chēng)為真密度。濕樹(shù)脂每單位體積(連顆粒間空隙)的重量稱(chēng)為視密度。樹(shù)脂的密度與它的交聯(lián)度和交換基團的性質(zhì)有關(guān)。通常,交聯(lián)度高的樹(shù)脂的密度較高,強酸性或強堿性樹(shù)脂的密度高于弱酸或弱堿性者,而大孔型樹(shù)脂的密度則較低。例如,苯乙烯系凝膠型強酸陽(yáng)離子樹(shù)脂的真密度為1.26g/ml,視密度為0.85g/ml;而丙烯酸系凝膠型弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂的真密度為1.19g/ml,視密度為0.75g/ml。(3) 樹(shù)脂的溶解性離子交換樹(shù)脂應為不溶性物質(zhì)。但樹(shù)脂在合成過(guò)程中夾雜的聚合度較低的物質(zhì),及樹(shù)脂分解生成的物質(zhì),會(huì )在工作運行時(shí)溶解出來(lái)。交聯(lián)度較低和含活性基團多的樹(shù)脂,溶解傾向較大 。
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂脂膨脹度
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有大量親水基團,與水接觸即吸水膨脹。當樹(shù)脂中的離子變換時(shí),如陽(yáng)離子樹(shù)脂由h 轉為na ,陰樹(shù)脂由cl-轉為oh-,都因離子直徑增大而發(fā)生膨脹,增大樹(shù)脂的體積。通常,交聯(lián)度低的樹(shù)脂的膨脹度較大。在設計離子交換裝置時(shí),必須考慮樹(shù)脂的膨脹度,以適應生產(chǎn)運行時(shí)樹(shù)脂中的離子轉換發(fā)生的樹(shù)脂體積變化。
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂耐用性
顆粒狀陽(yáng)離子交換樹(shù)脂使用時(shí)有轉移、磨擦、膨脹和收縮等變化,長(cháng)期使用后會(huì )有少量損耗和破碎,故樹(shù)脂要有較高的機械強度和耐磨性。通常,交聯(lián)度低的樹(shù)脂較易碎裂,但樹(shù)脂的耐用性更主要地決定于交聯(lián)結構的均勻程度及其強度。如大孔樹(shù)脂,具有較高的交聯(lián)度者,結構穩定,能耐反復再生 。