Fysische eigenschappen van ionenwisselingsharsen
Coalleen gebruikte gel-typeIop uitwisselingsharsenverschijnen als transparante of doorschijnende bollen, terwijl macroporeuze harsen eruit zien als melkwitte of ondoorzichtige bollen. De kleuren variëren van geel, wit tot roodbruin. Hoogwaardige harsen hebben een hoge bolvorm, zijn scheurvrij, hebben een uniforme kleur en bevatten geen onzuiverheden.
Gel-type ionenwisselingsharsen De deeltjesgrootte (in mm) is over het algemeen 0,3-1,2 mm (equivalent aan 50-16 mesh), met een effectieve deeltjesgrootte (d10) van 0,36-0,61 mm en een uniformiteitscoëfficiënt (K) van 1,22-1,66. De effectieve deeltjesgrootte is de diameter van de zeefopening waardoor 10% van de harsdeeltjes passeert en 90% wordt tegengehouden. De uniformiteitscoëfficiënt is de verhouding van de zeefopeningdiameters (d60) tot (d90) waardoor 60% van de deeltjes passeert, d.w.z. K = d60/d90. De uniformiteitscoëfficiënt is over het algemeen groter dan 1; hoe dichter deze bij 1 ligt, hoe gelijkmatiger de deeltjesgroottesamenstelling. De deeltjesgrootte van het hars heeft een aanzienlijke invloed op de uitwisselingssnelheid, waterweerstand en terugspoeling. Een grote deeltjesgrootte resulteert in lagere uitwisselingssnelheden en een lagere uitwisselingscapaciteit; een kleine deeltjesgrootte resulteert in een grotere waterweerstand; Een ongelijkmatige deeltjesgrootte, waarbij kleine deeltjes vastzitten in de poriën van grotere deeltjes, verhoogt de waterstroomweerstand en belemmert het terugspoelen. Daarom moet de deeltjesgrootte geschikt en gelijkmatig verdeeld zijn.
Dichtheid, eenheid: g/cm³. De dichtheid van hars wordt over het algemeen uitgedrukt als natte schijnbare dichtheid (bulkdichtheid) in gehydrateerde toestand en natte werkelijke dichtheid.
① Natte schijnbare dichtheid, eenheid: g/cm³. De natte schijnbare dichtheid is de massa natte hars verpakt per volume-eenheid en wordt gebruikt om de benodigde hoeveelheid hars in de wisselcontainer te berekenen. Natte schijnbare dichtheid = massa natte hars / bulkvolume natte hars. De natte schijnbare dichtheid van verschillende commerciële harsen is ongeveer 0,6-0,86 g/cm³.
2 Natte werkelijke dichtheid, eenheid: g/cm³. Natte werkelijke dichtheid is de dichtheid van de harsdeeltjes nadat ze water hebben opgenomen. Natte werkelijke dichtheid = natte harsmassa / natte harsdeeltjesvolume. Merk op dat het volume van de harsdeeltjes in de bovenstaande formule het volume van de poriën tussen de deeltjes niet omvat. Natte werkelijke dichtheid is over het algemeen 1,04-1,3 g/cm³. Doorgaans is het 1,3 g/cm³ voor kationenwisselaarsharsen en 1,10 g/cm³ voor anionenwisselaarsharsen. Natte werkelijke dichtheid wordt gebruikt om de backwash-intensiteit van het harsbed te bepalen. Bovendien is in een gemengd harsbed de natte werkelijke dichtheid ook gerelateerd aan de stratificatie van de hars na backwashing. Anionenwisselaarsharsen zijn licht en bevinden zich na backwashing in de bovenste laag, terwijl kationenwisselaarsharsen zwaar zijn en zich na backwashing in de onderste laag bevinden. Tijdens gebruik neemt de dichtheid van de hars licht af als gevolg van het afstoten van groepen en het breken van ketens binnen de harsruggengraat.
|
Gel-type ionenwisselaarsharsen Vochtgehalte (eenheid: %). Vochtgehalte verwijst naar de massafractie water in de natte hars (nadat deze volledig is opgenomen en geëxpandeerd in water) en bedraagt over het algemeen ongeveer 50%. Het vochtgehalte wordt voornamelijk bepaald door de mate van vernetting van de hars, het type en aantal actieve groepen en andere factoren. Hoe lager de mate van vernetting, hoe groter de poriën in de hars en hoe hoger het vochtgehalte.
Zwelling (eenheid: %). De verandering in harsvolume veroorzaakt door veranderingen in omstandigheden zoals waterabsorptie of -transformatie wordt zwelling genoemd. Zwelling treedt op wanneer ionen die vrijkomen door actieve groepen bij contact met water hydrateren om gehydrateerde ionen te vormen, waardoor het vernette gaas uitzet. De volumetoename van droge hars na contact met een oplosmiddel wordt de absolute zwellingsgraad genoemd, terwijl de volumeverandering van natte hars wanneer deze overschakelt van de ene ionische vorm naar de andere de relatieve zwellingsgraad wordt genoemd, ook bekend als de overgangszwellingssnelheid. Absolute zwellingsgraad = (volume voor zwelling - volume na zwelling) / volume voor zwelling. Relatieve zwellingsgraad (of overgangszwellingssnelheid) = (volume voor overgang - volume na overgang) / volume voor overgang. Hoe lager de vernettingsgraad van de hars, hoe gemakkelijker de actieve groepen ioniseren, hoe groter de uitwisselingscapaciteit en hoe groter de zwellingsgraad. Hoe groter de hydratatieradius van de uitwisselbare ionen op de hars en hoe lager de elektrolytconcentratie in water, hoe groter deGel-type ionenwisselingsharsens zwellingsgraad. De zwellingsvolgorde voor sterk zure kationenharsen en sterk basische anionenharsen in verschillende ionische vormen is: kationen: H+ > Na+ > NH4+ > K+ > Ag+; anionen: OH-> HCO3- ≈ CO32-> SO42-> Cl-. De zwellingssnelheid voor op styreen gebaseerde kationenwisselingsharsen van RNa naar RH (uitgedrukt als RNa→RH) is ongeveer 5%-10%, terwijl de zwellingssnelheid voor op styreen gebaseerde anionenwisselingsharsen van RCl naar ROH ongeveer 10%-20% is. Op acryl gebaseerde zwak zure kationenwisselingsharsen hebben een zeer hoge zwellingssnelheid, ongeveer 60%-70% voor RweakH→RweakNa. Omdat alle harsen tot een bepaalde mate zwellen, moet er ruimte worden gereserveerd bij het ontwerpen van de uitwisselingscontainer. Harsen met een hoge transformatie-uitzettingssnelheid zijn gevoelig voor veroudering vanwege herhaaldelijke uitzetting en krimp tijdens gebruik.
Porositeit en specifiek oppervlak: momenteel gebruikte D001x14-20-serie Gel-type ionenwisselingsharsenhebben een gemiddelde poriediameter van 10-15,4 nm, een porositeit (het porievolume per eenheid harsdeeltje) van 0,09-0,21 ml/g en een specifiek oppervlak van 16-36,4 m²/g (droog). Gelharsen hebben een specifiek oppervlak van minder dan 1 m²/g.
De vernettingsgraad, gemeten in %, verwijst naar het aandeel vernetter dat wordt gebruikt bij de productie van de hars. Harsen op basis van styreen worden bijvoorbeeld gepolymeriseerd met styreen als monomeer en divinylbenzeen als vernetter. De vernettingsgraad verwijst naar de massafractie van divinylbenzeen in de hars. De vernettingsgraad beïnvloedt veel harseigenschappen. Een hogere vernettingsgraad verhoogt de mechanische sterkte van de hars en vermindert de weerstand tegen zwelling in water. Veranderingen in de vernettingsgraad kunnen eigenschappen zoals het uitwisselingsvermogen, het watergehalte, het zwelvermogen en de mechanische sterkte van de hars veranderen. De vernettingsgraad van ionenwisselaarhars die wordt gebruikt voor waterbehandeling moet 7% tot 10% zijn. Op dit moment is de gemiddelde poriegrootte in het harsrooster 2 tot 4 mm. Mechanische sterkte Mechanische sterkte weerspiegelt het vermogen van de hars om de integriteit van de deeltjes te behouden. De hars zal breken wanneer deze wordt blootgesteld aan schokken, botsingen, wrijving en zwelling tijdens gebruik. Daarom moet de hars voldoende sterkte hebben en moet het jaarlijkse verlies van de hars minder dan 3% tot 7% bedragen. Hittebestendigheid Verschillende harsen hebben een bepaald bedrijfstemperatuurbereik. Als de bovengrens wordt overschreden, zal de hars thermische ontleding ondergaan. Bij temperaturen onder 0 °C bevriest het water in de hars, waardoor de deeltjes breken. De opslag- en gebruikstemperatuur van de hars wordt gewoonlijk geregeld op 5 tot 40 °C. (10) Geleidbaarheid Droge hars is niet geleidend, terwijl natte hars elektriciteit kan geleiden vanwege de gedissocieerde ionen.