Tính chất vật lý của nhựa trao đổi ion
Đồngdạng gel chỉ sử dụngTÔItrên nhựa trao đổiNhựa có dạng hình cầu trong suốt hoặc mờ đục, trong khi nhựa xốp lớn có dạng hình cầu màu trắng sữa hoặc đục. Màu sắc đa dạng từ vàng, trắng đến nâu đỏ. Nhựa chất lượng cao có độ cầu cao, không nứt, màu sắc đồng đều và không lẫn tạp chất.
Nhựa trao đổi ion dạng gel Kích thước hạt (tính bằng mm) thường là 0,3-1,2 mm (tương đương với 50-16 mesh), với kích thước hạt hiệu dụng (d10) là 0,36-0,61 mm và hệ số đồng nhất (K) là 1,22-1,66. Kích thước hạt hiệu dụng là đường kính lỗ sàng mà 10% hạt nhựa đi qua và 90% được giữ lại. Hệ số đồng nhất là tỷ số giữa đường kính lỗ sàng (d60) và (d90) mà 60% hạt nhựa đi qua, tức là K = d60/d90. Hệ số đồng nhất thường lớn hơn 1; càng gần 1 thì thành phần kích thước hạt càng đồng đều. Kích thước hạt nhựa ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ trao đổi, sức cản dòng nước và rửa ngược. Kích thước hạt lớn dẫn đến tỷ lệ trao đổi chậm hơn và khả năng trao đổi thấp hơn; kích thước hạt nhỏ dẫn đến sức cản dòng nước lớn hơn; Kích thước hạt không đồng đều, các hạt nhỏ bị kẹt trong lỗ rỗng của các hạt lớn hơn, làm tăng sức cản dòng nước và cản trở quá trình rửa ngược. Do đó, kích thước hạt phải phù hợp và phân bố đều.
Mật độ, đơn vị: g/cm³. Mật độ nhựa thường được biểu thị là mật độ biểu kiến ướt (mật độ khối) ở trạng thái ngậm nước và mật độ thực ướt.
① Tỷ trọng biểu kiến ướt, đơn vị: g/cm³. Tỷ trọng biểu kiến ướt là khối lượng nhựa ướt được đóng gói trên một đơn vị thể tích và được sử dụng để tính toán lượng nhựa cần thiết trong bình trao đổi. Tỷ trọng biểu kiến ướt = khối lượng nhựa ướt / thể tích khối nhựa ướt. Tỷ trọng biểu kiến ướt của các loại nhựa thương mại khác nhau là khoảng 0,6-0,86 g/cm³. |
② Khối lượng riêng thực ướt, đơn vị: g/cm³. Khối lượng riêng thực ướt là khối lượng riêng của các hạt nhựa sau khi chúng hấp thụ nước. Khối lượng riêng thực ướt = khối lượng nhựa ướt / thể tích hạt nhựa ướt. Lưu ý rằng thể tích của các hạt nhựa trong công thức trên không bao gồm thể tích của các lỗ rỗng giữa các hạt. Khối lượng riêng thực ướt thường là 1,04-1,3 g/cm³. Thông thường, là 1,3 g/cm³ đối với nhựa trao đổi cation và 1,10 g/cm³ đối với nhựa anion. Khối lượng riêng thực ướt được sử dụng để xác định cường độ rửa ngược của lớp nhựa. Hơn nữa, trong lớp nhựa hỗn hợp, khối lượng riêng thực ướt cũng liên quan đến sự phân tầng của nhựa sau khi rửa ngược. Nhựa trao đổi anion nhẹ và sẽ ở lớp trên sau khi rửa ngược, trong khi nhựa trao đổi cation nặng và sẽ ở lớp dưới sau khi rửa ngược. Trong quá trình sử dụng, khối lượng riêng của nhựa giảm nhẹ do sự bong tróc các nhóm và sự đứt gãy các chuỗi trong xương sống của nhựa.
|
Nhựa trao đổi ion dạng gel Độ ẩm (đơn vị: %). Độ ẩm là phần khối lượng nước chứa trong nhựa ướt (sau khi đã hấp thụ và nở hoàn toàn trong nước) và thường vào khoảng 50%. Độ ẩm chủ yếu được xác định bởi mức độ liên kết ngang của nhựa, loại và số lượng nhóm hoạt động, cùng các yếu tố khác. Mức độ liên kết ngang càng thấp, các lỗ rỗng trong nhựa càng lớn và độ ẩm càng cao.
Độ trương nở (đơn vị: %). Sự thay đổi thể tích nhựa do những thay đổi trong các điều kiện như sự hấp thụ hoặc chuyển đổi nước được gọi là độ trương nở. Độ trương nở xảy ra khi các ion được giải phóng bởi các nhóm hoạt động khi tiếp xúc với nước hydrat hóa để tạo thành các ion hydrat hóa, do đó làm giãn nở lưới liên kết chéo. Sự gia tăng thể tích của nhựa khô sau khi tiếp xúc với dung môi được gọi là độ trương nở tuyệt đối, trong khi sự thay đổi thể tích của nhựa ướt khi chuyển từ dạng ion này sang dạng ion khác được gọi là độ trương nở tương đối, còn được gọi là tốc độ trương nở chuyển tiếp. Độ trương nở tuyệt đối = (thể tích trước khi trương nở - thể tích sau khi trương nở) / thể tích trước khi trương nở. Độ trương nở tương đối (hoặc tốc độ trương nở chuyển tiếp) = (thể tích trước khi chuyển tiếp - thể tích sau khi chuyển tiếp) / thể tích trước khi chuyển tiếp. Độ liên kết chéo của nhựa càng thấp, các nhóm hoạt động càng dễ ion hóa, khả năng trao đổi càng lớn và độ trương nở càng lớn. Bán kính hydrat hóa của các ion có thể trao đổi trên nhựa càng lớn và nồng độ chất điện phân trong nước càng thấp thìNhựa trao đổi ion dạng gelĐộ trương nở của nhựa trao đổi cation có tính axit mạnh và nhựa trao đổi anion có tính bazơ mạnh ở các dạng ion khác nhau là: cation: H+ > Na+ > NH4+ > K+ > Ag+; anion: OH-> HCO3- ≈ CO32-> SO42-> Cl-. Độ trương nở của nhựa trao đổi cation gốc styren từ RNa đến RH (được biểu thị là RNa→RH) là khoảng 5%-10%, trong khi độ trương nở của nhựa trao đổi anion gốc styren từ RCI đến ROH là khoảng 10%-20%. Nhựa trao đổi cation có tính axit yếu gốc acrylic có độ trương nở rất cao, khoảng 60%-70% đối với RweakH→RweakNa. Vì tất cả các loại nhựa đều trương nở đến một mức độ nhất định nên phải dành không gian khi thiết kế bình chứa để trao đổi. Nhựa có tốc độ giãn nở biến đổi cao dễ bị lão hóa do quá trình giãn nở và co lại nhiều lần trong quá trình sử dụng.
Độ xốp và diện tích bề mặt riêng: Dòng D001x14-20 hiện đang được sử dụng Nhựa trao đổi ion dạng gelcó đường kính lỗ rỗng trung bình từ 10-15,4 nm, độ xốp (thể tích lỗ rỗng trên một đơn vị hạt nhựa) từ 0,09-0,21 mL/g và diện tích bề mặt riêng từ 16-36,4 m²/g (khô). Nhựa dạng gel có diện tích bề mặt riêng nhỏ hơn 1 m²/g.
Mức độ liên kết ngang, được đo bằng %, đề cập đến tỷ lệ chất liên kết ngang được sử dụng trong quá trình sản xuất nhựa. Ví dụ, nhựa gốc styrene được trùng hợp bằng cách sử dụng styrene làm monome và divinylbenzene làm chất liên kết ngang. Mức độ liên kết ngang đề cập đến phần khối lượng của divinylbenzene trong nhựa. Mức độ liên kết ngang ảnh hưởng đến nhiều tính chất của nhựa. Mức độ liên kết ngang cao hơn làm tăng độ bền cơ học của nhựa và làm giảm khả năng chống trương nở trong nước. Những thay đổi về mức độ liên kết ngang có thể làm thay đổi các tính chất như khả năng trao đổi, hàm lượng nước, khả năng trương nở và độ bền cơ học của nhựa. Mức độ liên kết ngang của nhựa trao đổi ion được sử dụng để xử lý nước phải từ 7% đến 10%. Lúc này, kích thước lỗ rỗng trung bình trong lưới nhựa là từ 2 đến 4 mm. Độ bền cơ học Độ bền cơ học phản ánh khả năng của nhựa trong việc duy trì tính toàn vẹn của các hạt. Nhựa sẽ bị vỡ khi chịu tác động, va chạm, ma sát và trương nở trong quá trình sử dụng. Do đó, nhựa cần có độ bền đủ và tỷ lệ hao hụt nhựa hàng năm phải nhỏ hơn 3% đến 7%. Khả năng chịu nhiệt: Mỗi loại nhựa có một phạm vi nhiệt độ hoạt động nhất định. Nếu vượt quá giới hạn trên, nhựa sẽ bị phân hủy do nhiệt. Ở nhiệt độ thấp đến 0°C, nước trong nhựa sẽ đóng băng, khiến các hạt nhựa bị vỡ. Nhiệt độ bảo quản và sử dụng nhựa thường được kiểm soát trong khoảng từ 5 đến 40°C. (10) Độ dẫn điện: Nhựa khô không dẫn điện, trong khi nhựa ướt có thể dẫn điện do các ion phân ly.