1.骨骼
骨架是指树脂的网状结构。比如732树脂就是由苯乙烯聚合而成的,所以叫苯乙烯型。这是最常见的一种,此外还有环氧型、丙烯酸型等。树脂的交换容量、耐热性、抗氧化性、耐磨性等因树脂骨架类型不同而不同。苯乙烯树脂是一种物理性能良好的树脂。
第二,功能群
树脂的不同官能团决定了树脂具有不同的交换性能,比如酸性树脂只有阳离子交换,而碱性树脂只有阴离子交换。
三。交联度
将各种单体(有机分子)交联形成树脂聚合物的物质称为交联剂,如苯乙烯树脂中的二乙烯苯,主要用于将苯乙烯聚合交联成网络结构,所以二乙烯苯是聚苯乙烯磺酸树脂的交联剂。交联剂占总原料的百分比称为交联度,商品树脂的交联度通常用符号“X”表示。比如常用的树脂有“X-4”、“X-8”、“X-10”,即交联度为4%、8%、10%。
树脂的交联度反映了树脂网络结构的紧密程度。高交联度的树脂结构紧密,低交联度的树脂结构松散,所以交联度也影响树脂在水中的溶解性。交联剂越多,即交联度越大,树脂越不溶。反之,则可溶。但常用树脂的交联度足以使其在水中的溶解度可以忽略不计。交联度也决定了树脂的溶胀性能,即浸泡在水溶液中的干燥树脂的溶胀度。交联度越小,溶胀现象越明显。
交联程度不仅反映了树脂网络结构的紧密程度,还反映了网络空间隙(网孔)的大小,从而影响离子交换的速度和对不同大小离子的选择性。
四。交换容量
树脂的交换容量是树脂交换容量的指标。用单位质量干树脂或单位体积湿树脂吸附溶液中离子的当量数表示,单位为毫当量∕g或毫当量/毫升。
交换容量分为总交换容量(全容量)、业务交换容量和渗透容量。前者是指树脂中所含的可交换基团(官能团)的总数,即所能达到的最高离子交换容量。操作交换容量是指在工作条件下达到的实际交换容量,它随不同的操作条件而变化。渗透能力是指溶液通过树脂层后,流出液中交换的离子达到一定限度时的能力。
一般离子交换树脂的总交换容量约为3 ~ 9毫当量/克干树脂。
动词 (verb的缩写)交换速度
离子交换过程可以大致分为以下几个阶段:
(1)离子从溶液扩散到树脂颗粒的表面。
(2)离子扩散到树脂颗粒中的官能团。
(3)与官能团上的可交换离子进行交换反应。
(4)取代离子从官能团扩散到树脂表面。
(5)取代的离子从树脂表面扩散到溶液中。
这里过程(1)、(2)、(4)、(5)机理相同,只是方向不同,都是扩散过程。(1)和(5)是外部扩散过程,而(2)和(4)是内部扩散过程。实验表明,扩散过程是决定离子交换速率的主要因素,尤其是离子在树脂颗粒内部的扩散过程,即两个过程(2)和(4)。因此,要加快交换过程,就必须设法加快扩散过程,特别是内部扩散过程。影响扩散速度的主要因素如下:
1.树脂的交联度。树脂的交联度决定了树脂网络间空间隙的大小,直接影响离子的内扩散速率。交联度越小,离子扩散速度越快。但考虑到分离效果,交联度不宜过小,因为交联度小,树脂网络间的空间隙大,不同大小的离子进入难易程度差别不大,从而降低树脂的选择性,应根据具体情况选择合适的交联度。
2.树脂颗粒的尺寸。树脂颗粒的半径决定了离子从树脂表面扩散到内部的距离。树脂颗粒越大,从表面到中心的离子扩散距离越长。Boyd等人通过实验证明了单位时间内进行离子交换反应的活性基团数与树脂颗粒半径的平方成反比,还指出离子在主体溶液中的扩散速率常数比相同离子在树脂中的扩散速率常数大5 ~ 10倍。所以树脂颗粒小,平衡速度快。但也不是越小越好,因为树脂颗粒太小,床层阻力降增大,料液流速慢。同时树脂颗粒太小,容易悬浮在溶液中,不容易从溶液中分离出来。树脂颗粒的大小通常按目数大小分类,每平方英寸的目数(lin2=6.4516cm2)称为目数,如30 ~ 50目、80 ~ 100目等。
3.流速。流速对外扩散影响较大,流速较快有利于对外扩散,但不宜过快,会减少交换离子与树脂的接触时间,从而影响交换平衡的建立。因此,在离子交换过程中选择和控制合适的流速也是非常重要的。
4.温度。一般来说,温度升高,溶液粘度降低,离子运动加快,交换速率也增大,但有时必须考虑温度升高对络合物稳定性的影响。
不及物动词树脂的选择性
磺化阳离子交换树脂,对于不同价态的阳离子,首先吸附电荷密度高(高电荷)的离子:
Na+
Li < H+< Na+< NH4+< K+< r b+ < Cs+< Ag+< Tl+
多价阳离子:
Mg2+ 三价阳离子: Al3+ 而含有羧基、氨基乙酸或磷酸活性基团的弱酸性离子交换树脂的选择性则完全不同,甚至相反。例如,羧酸树脂的选择顺序明显不同于磺酸树脂。 h+> Ca2+> Mg2+> Li+> Na+> K+> r b+ > Cs+ 氨基乙酸树脂的选择顺序如下 UO22+> Cu2+> Pb2+> Ni2+> Cd2+> Zn2+> Co2+> Fe2+> Mn2+> Ca2+> Mg2+> Ba2+> Ir2+> Li+> Na+> K+ 含季胺基的强碱性阴离子交换树脂的选择顺序如下 多价阴离子: f-< OH-< Cl-< NO2- < CN-< Br-< NO3-< HSO 3-< I-< SCN-< clo 4- 多价阴离子: MoO42- 三价阴离子: Po43-< aso43-<酒石酸盐<柠檬酸盐 除了OH-离子之外,含有仲胺或叔胺基团的弱碱性树脂的选择顺序基本上与上述相同。因为弱碱性树脂吸附OH-离子,生成不易解离的弱碱,所以弱碱性树脂在碱性溶液中几乎失去离子交换功能。 以上只是离子交换树脂在稀溶液中的选择性。随着溶液中离子浓度的增加,由于离子水合的抑制作用和离子间的相互作用,离子交换树脂的选择性差异不会很明显,可能与稀溶液中有较大差异。在确定离子交换工艺之前,对于特定的体系,只能通过测量待回收金属离子和待分离杂质离子的吸附等温线(即吸附平衡曲线)来确定某种树脂的选择性。