20140923离子交换树脂的基本性能及其影响因素

离子交换树脂的基本性能及其影响因素离子交换树脂的基本性能包括以下几个方面，现分别简述如下：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。

离子交换树脂是一类不溶不熔的有机合成材料，既不溶于水和有机溶剂，也不溶于酸碱。

其耐热和耐化学稳定性也与其它类型的有机合成材料相似。

离子交换树脂的耐热性是指树脂的环境温度对树脂质量及使用寿命的影响。

离子交换树脂的耐化学稳定性是指水及有机溶剂、酸碱、和氧化剂等对树脂质量和使用寿命的影响。

一、水和有机溶剂对树脂的影响：离子交换树脂不溶于水和其它任何有机溶剂，但水和有机溶剂会对树脂有一定的溶胀，且有机溶剂不同，溶胀度也有差别。

一种常见的情况是由于树脂保存时间过长或保存不当而失水。

在失水较为严重时，如直接将树脂浸入水中，可能会由于水对树脂的急剧膨胀而造成树脂的破裂而影响树脂的强度。

尤其对凝胶型树脂而言影响更甚。

在这种情况下，需先将树脂浸入15%以上的NaCl溶液中数小时。

待树脂完全浸润后，再用水将盐水洗去即可。

如需要经常进行水溶液和有机溶剂对树脂交替处理时，树脂可能会经常经历体积收缩和膨胀，从而造成树脂的破碎，因此也应特别当心交替的速度。

二、环境和使用温度及酸碱对树脂的影响：随着环境和使用温度的提高，离子交换树脂的功能基团可能会脱落，从而降低树脂的交换容量。

在有酸或碱存在时，树脂功能基团的脱落速度有可能加速。

由于离子交换树脂种类和基质的不同，其耐热稳定性不同。

但总的来说，树脂的交联度越高，含水量越低，其耐热稳定性越差。

1、苯乙烯系强酸性和丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂：这两类树脂的耐温稳定性较好，其H型树脂可在100℃使用，而Na型树脂可在120℃使用。

能满足一般水处理及其它许多应用要求。

但有些特殊用途，如烯烃水合催化剂等，需要在150℃左右的高温，则需要特殊的耐温型树脂。

如，D002-II耐温型阳离子催化树脂可在170℃长期使用而交换基团不脱落。

2、苯乙烯系强碱I型阴离子交换树脂树脂：此类树脂Cl型最高使用温度为80℃，OH型最高使用温度为60℃。

主要是此类树脂在较高的温度下，其功能基团季铵盐会发生分解，从而降低其交换容量。

3、苯乙烯系强碱II-型阴离子交换树脂：此类树脂由于其功能基团季铵盐中有一个乙醇基，使得其在较高温度时降解的速度较I-型强碱树脂更快，其耐温性能也更差。

其Cl型树脂最高使用温度60℃，OH型树脂最高使用温度40℃。

4、丙烯酸系强碱和弱碱阴离子交换树脂：此类树脂，由于其交换基团是通过酰胺键与树脂骨架相连接，而酰胺键的化学稳定性较C-C键要低很多。

因此，该类树脂的化学稳定性较差。

在酸碱存在时又可加速酰胺键的分解，使其稳定性更低。

因此，使用此类树脂时，不但使用温度应控制，用酸碱对树脂进行处理或再生时，酸碱的温度也应该控制在较低的水平。

一般丙烯酸系强碱树脂的使用及再生温度最好不超过30℃，弱碱树脂的使用和再生温度不超过50℃。

三、氧化剂对树脂的影响：当离子交换树脂遇到强的氧化剂时会被氧化，树脂的强度和交换容量下降，从而对树脂的使用寿命产生影响。

强氧化剂的种类很多，但在树脂使用过程中经常遇到的主要为游离氯和水中溶解氧。

从以往的经验看，水中溶解氧对树脂氧化并不显著，影响较小。

而游离氯对树脂的氧化破坏能力很强，影响较大。

游离氯的来源主要为两个方面：对原水或物料进行消毒处理所残留的游离氯；再生或处理树脂所用盐酸质量较差所带入的游离氯（有些工业副产盐酸游离氯含量很高）。

游离氯对树脂的影响，因阴树脂和阳树脂而有所不同：对阳树脂，因为树脂的功能基团比较稳定，游离氯主要氧化降解阳树脂的骨架，从而使其水分升高，强度下降。

外观上可见树脂的颜色变淡。

对阴树脂，由于胺或铵较易被氧化，游离氯将先氧化破坏阴树脂的交换基团而使树脂的交换容量降低。

如果游离氯的量较多，将会进一步氧化破坏树脂的骨架，造成树脂强度降低。

但是，在实际应用中，由于阳树脂一般会置于阴树脂的前面，而游离氯的含量一般又较少，因而阳树脂遭到氧化攻击的可能较阴树脂大得多。

树脂被氧化后，不但质量下降，使用寿命缩短，而且有时还会影响出水或所处理物料的质量。

因此应尽可能避免，方法如下：尽可能使用质量较好的盐酸，避免由盐酸带入游离氯；使用活性炭处理含有游离氯的水或物料后，再使其接触树脂。

在离子交换树脂之前使用颗粒活性炭吸附柱，不但可以吸附有机物从而使树脂减少被污染的机会，还会有效去除游离氯，可对树脂起到双重保护作用；树脂的交联度越高，其耐氧化能力越强。

如已知系统中不可避免地会含有游离氯，则建议使用大孔型的离子交换树脂。

因为大孔型树脂的交联度一般较高，抗氧化能力较强。