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技术交流 / Technical Exchange

离子交换树脂的基本性能

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一、树脂的外观
  新的树脂因结构、基团、离子形态、制造工艺等因素的不同,而有黄色、褐色、白色、棕色、黑色、灰色等各种颜色,以满足具体使用中不同场合的需要。常用水处理用的树脂外观一般为:凝胶型的苯乙烯系树脂一般为透明的淡黄色颗粒;而大孔树脂则为不透明(或微透明)颗粒;大孔苯乙烯系阳树脂一般为淡黄色或淡灰褐色颗粒,大孔苯乙烯系阴树脂为白色颗粒;丙烯酸系的树脂为白色或乳白色颗粒。同一种树脂在不同的离子形态时会发生颜色上的变化,如001x7树脂由再生态到失效态时的颜色是由深到淡,由失效态到再生态,又由淡到深。这种变化是可以逆转的,
  树脂受污染时,其颜色也会发生根本性的变化,其颜色的变化程度一般与树脂受污染的程度成正比,并且较难逆转。因此,树脂在使用的过程中,要随时留意其颜色上的变化,以判断树脂污染的程度。如201x7树脂受铁或有机物污染时,颜色变深甚至黑褐色。001x7树脂受氧化剂破坏时,其树脂交联和交换基团都将被氧化,树脂的颜色也将变淡,树脂体积增大,由此树脂易碎和体积交换容量下降。
二、粒度
  树脂的粒度大小和均匀性,对运行的影响较大。粒度大,比表面积就小,交换速度就慢;粒度太小,虽然交换速度快,但是,运行时的阻力又大;因此,国家标准根据不同的交换器床型(不同床型的运行流速不同)相对应的树脂型号,规定了相对较合理的粒径范围(参考国标)。
三、树脂的溶胀及转型体积改变率
树脂在干燥的状态下(惰性树脂除外),遇水会迅速膨胀。因此,当树脂脱水时,不能直接与水接触,而要用饱和的食盐水浸泡,减缓膨胀速度,防止树脂的破裂。
树脂不同的交联度,其膨胀系数也不同,体积改变率的大小与交联度成反比。交换容量的大小与溶胀率成正比。
可交换离子价数越高,溶胀率越小。同价离子,水合能力越强,溶胀率越大。
当然,树脂转型膨胀率的规律在实际的应用中较为复杂,因为它往往是多种离子间的交换。但这些规律的掌握,对设计不同交换器床型预留的膨胀空间具有重要的参考价值(尤其像双室固定床、双室浮动床等)。
四、水分
一定离子型态的树脂其颗粒内所含的平衡水量是该树脂的固有特性。同种树脂,不同的离子型态,其含水量也是不同的。为此,国家标准也规定了各种树脂在特定的离子型态下的含水量。树脂在使用的过程中,随着各种因素对树脂的损害,其含水量也会发生变化。因此,树脂含水量的变化大小,也是判断树脂受损性程度的依据之一。
五、密度
树脂的密度是其使用中经常要用的数据。由于树脂基本上都是在湿态下运行,所以最常用的是湿真密度和湿视密度两种。
湿真密度是指单位真体积湿态树脂的质量。真体积是指树脂颗粒本身所占有的体积,不包括颗粒间空隙的体积。
同批树脂,不同的粒径,其湿真密度是相同的。湿真密度决定树脂的沉降速度,也直接影响反洗膨胀率的特性。因此,在对反洗分层有严格要求的混床、双层床、三层床树脂,对其湿真密度也有较严格的范围要求。
湿视密度是指单位视体积湿态树脂的质量。视体积也称堆积体积或表观体积,它包含树脂颗粒本身的固有体积及颗粒间的空隙体积。同批树脂,不同的粒度,其湿视密度是不同的。树脂装填时重量和体积之间的换算,都是用湿视密度来进行换算的。
根据湿真密度和湿真密度,可以按下式估算出树脂层里的空隙率:
P=1-d视/d真
式中:P指树脂的空隙率;
    d视指树脂的视密度;
    d真指树脂的真密度;
六、交换容量
树脂的交换容量有多种表示方法,最常用的有重量全交换容量、体积全交换容量、工作交换容量等。全交是反应树脂的固有的容量大小,是一个定值。而工交则是表现树脂在实际工作时能力的大小,它是一个变量,由众多的现场因素所决定,与工艺设计、设备制作、操作方法、再生剂质量、人为因素、介质好坏等等因素相关联,后面将陆续介绍。
七、耐热性
各种树脂对温度的承受范围各不相同,超过此值,对其寿命就有一定的影响。
在常温(10-30℃)下,树脂的基本性能不会发生改变,但在非常温下,树脂会发生一些改变。树脂耐热稳定性的一般规律是:阳树脂要比阴树脂的耐温性要好;加成聚合的树脂要比缩聚反应制作的树脂耐温性要好;盐型树脂要比游离酸或游离碱型树脂的耐温要好(弱酸、弱碱树脂除外);Ⅰ型强碱树脂要比Ⅱ强碱树脂的耐温性要好;弱碱树脂要比强碱树脂的耐温性要好;苯乙烯系树脂要比丙烯酸系树脂的耐温性要好。
水处理最常用的几种树脂的一般要求(实际使用中并没有这么高的温度):
阳树脂的耐温性较好,强酸阳树脂可耐120℃的温度;弱酸阳树脂可控制在80℃;苯乙烯系的强碱树脂的温度不超过60℃,弱碱树脂的温度不超过80℃;丙烯酸系的强碱树脂的温度以不超过35℃为佳。
了解这些常用树脂的耐温特性,对在设计初期的树脂的选型有一定的参考价值。
八、树脂的抗冻性
根据实际的经验,大孔树脂的抗冻性优于凝胶型树脂,凝胶型阴树脂的抗冻性比阳树脂好;树脂在水中的抗冻性比其置于空气中要好。树脂在不同状态下的保存方法,在后面将有介绍。

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