Ioninvaihtohartsien fysikaaliset ominaisuudet

Yhtiökäytetään vain geelimäistäMinävaihtohartseillanäyttävät läpinäkyviltä tai läpikuultavilta palloilta, kun taas makrohuokoiset hartsit näyttävät maitomaisen valkoisilta tai läpinäkymättömiltä palloilta. Värit vaihtelevat keltaisesta, valkoisesta ja punertavanruskeaan. Korkealaatuisilla hartseilla on korkea pallomaisuus, ne ovat halkeilemattomia, väriltään tasaisia ja niissä ei ole epäpuhtauksia.

Geelimäiset ioninvaihtohartsit. Hiukkaskoko (mm) on yleensä 0,3–1,2 mm (vastaa 50–16 meshiä), efektiivinen hiukkaskoko (d10) on 0,36–0,61 mm ja tasaisuuskerroin (K) 1,22–1,66. Efektiivinen hiukkaskoko on seulan aukon halkaisija, jonka läpi 10 % hartsihiukkasista kulkee ja 90 % jää. Tasaisuuskerroin on seulan aukon halkaisijoiden (d60) ja (d90) suhde, joiden läpi 60 % hiukkasista kulkee, eli K = d60/d90. Tasaisuuskerroin on yleensä suurempi kuin 1; mitä lähempänä se on 1, sitä tasaisempi on hiukkaskokokoostumus. Hartsin hiukkaskoko vaikuttaa merkittävästi vaihtonopeuteen, veden virtausvastukseen ja vastavirtaushuuhteluun. Suuri hiukkaskoko johtaa hitaampaan vaihtonopeuteen ja pienempään vaihtokapasiteettiin; pieni hiukkaskoko johtaa suurempaan veden virtausvastukseen; epätasainen hiukkaskoko, jossa pienet hiukkaset jäävät loukkuun suurempien hiukkasten huokosiin, lisää veden virtausvastusta ja estää vastavirtaushuuhteluun. Siksi hiukkaskoon tulisi olla sopiva ja tasaisesti jakautunut.

Tiheys, yksikkö: g/cm³. Hartsin tiheys ilmaistaan yleensä märkänä näennäistiheytenä (irtotiheytenä) hydratoidussa tilassa ja todellisena märkätiheytenä.

① Märkätiheys, yksikkö: g/cm³. Märkätiheys on pakatun märän hartsin massa tilavuusyksikköä kohti, ja sitä käytetään laskemaan vaihtosäiliöön tarvittavan hartsimäärän. Märkätiheys = märkähartsin massa / märän hartsin irtotilavuus. Erilaisten kaupallisten hartsien märkätiheys on noin 0,6–0,86 g/cm³. |

② Todellinen märkätiheys, yksikkö: g/cm³. Todellinen märkätiheys on hartsihiukkasten tiheys sen jälkeen, kun ne ovat imeneet vettä. Todellinen märkätiheys = märkähartsin massa / märkähartsihiukkasten tilavuus. Huomaa, että hartsihiukkasten tilavuus yllä olevassa kaavassa ei sisällä hiukkasten välisten huokosten tilavuutta. Todellinen märkätiheys on yleensä 1,04–1,3 g/cm³. Tyypillisesti se on 1,3 g/cm³ kationinvaihtohartseilla ja 1,10 g/cm³ anionihartseilla. Todellista märkätiheyttä käytetään hartsipedin vastavirtahuuhtelun intensiteetin määrittämiseen. Lisäksi sekoitetussa hartsipedissä todellinen märkätiheys liittyy myös hartsin kerrostumiseen vastavirtahuuhtelun jälkeen. Anioninvaihtohartsit ovat kevyitä ja ovat ylemmässä kerroksessa vastavirtahuuhtelun jälkeen, kun taas kationinvaihtohartsit ovat raskaita ja ovat alemmassa kerroksessa vastavirtahuuhtelun jälkeen. Käytön aikana hartsin tiheys pienenee hieman ryhmien irtoamisen ja hartsirungon ketjujen katkeamisen vuoksi.

|

Geelimäiset ioninvaihtohartsit Kosteuspitoisuus (yksikkö: %). Kosteuspitoisuus viittaa märän hartsin sisältämän veden massaosuuteen (sen jälkeen, kun se on täysin imeytynyt ja paisunut veteen) ja on yleensä noin 50 %. Kosteuspitoisuus määräytyy ensisijaisesti hartsin silloittumisasteen, aktiivisten ryhmien tyypin ja lukumäärän sekä muiden tekijöiden perusteella. Mitä alhaisempi silloittumisaste, sitä suuremmat hartsin huokoset ja sitä korkeampi on kosteuspitoisuus.

Turpoaminen (yksikkö: %). Hartsin tilavuuden muutosta, joka johtuu olosuhteiden, kuten veden imeytymisen tai muuttumisen, muutoksista, kutsutaan turpoamiseksi. Turpoamista tapahtuu, kun aktiivisten ryhmien veden kanssa kosketuksessa vapauttamat ionit hydratoituvat muodostaen hydratoituneita ioneja, mikä laajentaa silloitettua verkkoa. Kuivan hartsin tilavuuden kasvua liuottimen kanssa kosketuksen jälkeen kutsutaan absoluuttiseksi turpoamisasteeksi, kun taas märän hartsin tilavuuden muutosta, kun se siirtyy ionimuodosta toiseen, kutsutaan suhteelliseksi turpoamisasteeksi eli siirtymäturpoamisnopeudeksi. Absoluuttinen turpoamisaste = (tilavuus ennen turpoamista - tilavuus turpoamisen jälkeen) / tilavuus ennen turpoamista. Suhteellinen turpoamisaste (tai siirtymäturpoamisnopeus) = (tilavuus ennen siirtymää - tilavuus siirtymän jälkeen) / tilavuus ennen siirtymää. Mitä pienempi hartsin silloittumisaste on, sitä helpommin aktiiviset ryhmät ionisoituvat, sitä suurempi on vaihtokapasiteetti ja sitä suurempi on turpoamisaste. Mitä suurempi on vaihdettavien ionien hydraatiosäde hartsissa ja mitä pienempi on elektrolyyttipitoisuus vedessä, sitä suurempi onGeelimäiset ioninvaihtohartsits turpoamisaste. Vahvasti happamien kationihartsien ja vahvasti emäksisten anionihartsien turpoamisjärjestys eri ionimuodoissa on: kationit: H+ > Na+ > NH4+ > K+ > Ag+; anionit: OH-> HCO3- ≈ CO32-> SO42-> Cl-. Styreenipohjaisten kationinvaihtohartsien turpoamisnopeus RNa:sta RH:hen (ilmaistuna muodossa RNa→RH) on noin 5–10 %, kun taas styreenipohjaisten anioninvaihtohartsien turpoamisnopeus RCI:stä ROH:hen on noin 10–20 %. Akryylipohjaisilla heikosti happamilla kationinvaihtohartseilla on erittäin korkea turpoamisnopeus, noin 60–70 % muodossa Rheak H→Rheak Na. Koska kaikki hartsit turpoavat tietyn määrän, vaihtosäiliön suunnittelussa on varattava tilaa. Hartsit, joilla on korkea transformaatiolaajenemisnopeus, ovat alttiita ikääntymiselle toistuvan laajenemisen ja supistumisen vuoksi käytön aikana.

Huokoisuus ja ominaispinta-ala: Tällä hetkellä käytössä oleva D001x14-20-sarja Geelimäiset ioninvaihtohartsitniiden keskimääräinen huokosläpimitta on 10–15,4 nm, huokoisuus (huokostilavuus hartsihiukkasta kohti) 0,09–0,21 ml/g ja ominaispinta-ala 16–36,4 m²/g (kuiva). Geelimäisten hartsien ominaispinta-ala on alle 1 m²/g.

Ristisilloitusaste, mitattuna prosentteina, viittaa hartsin valmistuksessa käytetyn ristisilloitusaineen osuuteen. Esimerkiksi styreenipohjaiset hartsit polymeroidaan käyttämällä styreeniä monomeerinä ja divinyylibentseeniä ristisilloitusaineena. Ristisilloitusaste viittaa divinyylibentseenin massaosuuteen hartsissa. Ristisilloitusaste vaikuttaa moniin hartsin ominaisuuksiin. Korkeampi ristisilloitusaste lisää hartsin mekaanista lujuutta ja vähentää sen turpoamiskestävyyttä vedessä. Ristisilloitusasteen muutokset voivat muuttaa ominaisuuksia, kuten vaihtokapasiteettia, vesipitoisuutta, turpoamiskapasiteettia ja hartsin mekaanista lujuutta. Vedenkäsittelyssä käytettävän ioninvaihtohartsin ristisilloitusasteen tulisi olla 7–10 %. Tällöin hartsiverkon keskimääräinen huokoskoko on 2–4 mm. Mekaaninen lujuus Mekaaninen lujuus heijastaa hartsin kykyä säilyttää hiukkasten eheys. Hartsi rikkoutuu, kun se altistuu iskuille, törmäyksille, kitkalle ja turpoamiselle käytön aikana. Siksi hartsilla tulisi olla riittävä lujuus, ja hartsin vuosittaisen hävikin on oltava alle 3–7 %. Lämmönkestävyys Erilaisilla hartseilla on tietty käyttölämpötila-alue. Jos yläraja ylitetään, hartsi hajoaa lämpösäteilyssä. Jopa 0 °C:ssa hartsin vesi jäätyy, jolloin hiukkaset rikkoutuvat. Hartsin varastointi- ja käyttölämpötila pidetään yleensä 5–40 °C:ssa. (10) Johtavuus Kuiva hartsi ei johda sähköä, kun taas märkä hartsi voi johtaa sähköä dissosioituneiden ionien ansiosta.