Proprietà fisiche delle resine a scambio ionico

Cousato solo tipo gelIOsu resine scambiatriciLe resine macroporose si presentano come sfere trasparenti o traslucide, mentre le resine macroporose si presentano come sfere bianco latte o opache. I colori variano dal giallo, al bianco e al marrone rossastro. Le resine di alta qualità presentano un'elevata sfericità, sono prive di crepe, hanno un colore uniforme e sono prive di impurità.

Resine a scambio ionico di tipo gel La granulometria (in mm) è generalmente compresa tra 0,3 e 1,2 mm (equivalente a 50-16 mesh), con una granulometria effettiva (d10) di 0,36-0,61 mm e un coefficiente di uniformità (K) di 1,22-1,66. La granulometria effettiva è il diametro dell'apertura del setaccio attraverso il quale passa il 10% delle particelle di resina e il 90% viene trattenuto. Il coefficiente di uniformità è il rapporto tra i diametri dell'apertura del setaccio (d60) e (d90) attraverso i quali passa il 60% delle particelle, ovvero K = d60/d90. Il coefficiente di uniformità è generalmente maggiore di 1; più è vicino a 1, più uniforme è la composizione granulometrica. La granulometria della resina influisce significativamente sulla velocità di scambio, sulla resistenza al flusso dell'acqua e sul controlavaggio. Una granulometria maggiore comporta velocità di scambio più lente e una minore capacità di scambio; una granulometria minore comporta una maggiore resistenza al flusso dell'acqua; La granulometria irregolare, con particelle piccole intrappolate nei pori di particelle più grandi, aumenta la resistenza al flusso dell'acqua e ostacola il controlavaggio. Pertanto, la granulometria deve essere appropriata e distribuita uniformemente.

Densità, unità: g/cm³. La densità della resina è generalmente espressa come densità apparente umida (densità apparente) allo stato idratato e densità reale umida.

1. Densità apparente umida, unità di misura: g/cm³. La densità apparente umida è la massa di resina umida confezionata per unità di volume e viene utilizzata per calcolare la quantità di resina necessaria nel contenitore di scambio. Densità apparente umida = massa di resina umida / volume sfuso di resina umida. La densità apparente umida di varie resine commerciali è di circa 0,6-0,86 g/cm³. |

2. Densità effettiva umida, unità di misura: g/cm³. La densità effettiva umida è la densità delle particelle di resina dopo l'assorbimento di acqua. Densità effettiva umida = massa di resina umida / volume delle particelle di resina umida. Si noti che il volume delle particelle di resina nella formula sopra riportata non include il volume dei pori tra le particelle. La densità effettiva umida è generalmente compresa tra 1,04 e 1,3 g/cm³. Tipicamente, è pari a 1,3 g/cm³ per le resine a scambio cationico e a 1,10 g/cm³ per le resine anioniche. La densità effettiva umida viene utilizzata per determinare l'intensità del controlavaggio del letto di resina. Inoltre, in un letto di resina mista, la densità effettiva umida è correlata anche alla stratificazione della resina dopo il controlavaggio. Le resine a scambio anionico sono leggere e si trovano nello strato superiore dopo il controlavaggio, mentre le resine a scambio cationico sono pesanti e si trovano nello strato inferiore dopo il controlavaggio. Durante l'uso, la densità della resina diminuisce leggermente a causa della perdita di gruppi e della rottura delle catene all'interno della struttura portante della resina.

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Resine a scambio ionico di tipo gel Contenuto di umidità (unità: %). Il contenuto di umidità si riferisce alla frazione in massa di acqua contenuta nella resina umida (dopo essere stata completamente assorbita ed espansa in acqua) ed è generalmente intorno al 50%. Il contenuto di umidità è determinato principalmente dal grado di reticolazione della resina, dal tipo e dal numero di gruppi attivi e da altri fattori. Minore è il grado di reticolazione, maggiori sono i pori nella resina e maggiore è il contenuto di umidità.

Rigonfiamento (unità: %). La variazione di volume della resina causata da variazioni di condizioni come l'assorbimento o la trasformazione dell'acqua è chiamata rigonfiamento. Il rigonfiamento si verifica quando gli ioni rilasciati dai gruppi attivi a contatto con l'acqua si idratano formando ioni idratati, espandendo così la rete reticolata. L'aumento di volume della resina secca dopo il contatto con un solvente è chiamato grado di rigonfiamento assoluto, mentre la variazione di volume della resina umida quando passa da una forma ionica all'altra è chiamata grado di rigonfiamento relativo, noto anche come velocità di rigonfiamento di transizione. Grado di rigonfiamento assoluto = (volume prima del rigonfiamento - volume dopo il rigonfiamento) / volume prima del rigonfiamento. Grado di rigonfiamento relativo (o velocità di rigonfiamento di transizione) = (volume prima della transizione - volume dopo la transizione) / volume prima della transizione. Minore è il grado di reticolazione della resina, maggiore è la facilità con cui i gruppi attivi si ionizzano, maggiore è la capacità di scambio e maggiore è il grado di rigonfiamento. Maggiore è il raggio di idratazione degli ioni scambiabili sulla resina e minore è la concentrazione di elettrolita in acqua, maggiore è laResine a scambio ionico di tipo gelGrado di rigonfiamento. L'ordine di rigonfiamento per resine cationiche fortemente acide e resine anioniche fortemente basiche in diverse forme ioniche è: cationi: H+ > Na+ > NH4+ > K+ > Ag+; anioni: OH-> HCO3- ≈ CO32-> SO42-> Cl-. Il tasso di rigonfiamento per le resine a scambio cationico a base di stirene da RNa a RH (espresso come RNa→RH) è di circa il 5%-10%, mentre il tasso di rigonfiamento per le resine a scambio anionico a base di stirene da RCI a ROH è di circa il 10%-20%. Le resine a scambio cationico debolmente acide a base acrilica hanno un tasso di rigonfiamento molto elevato, di circa il 60%-70% per RweakH→RweakNa. Poiché tutte le resine si gonfiano fino a un certo punto, è necessario prevedere uno spazio adeguato nella progettazione del contenitore di scambio. Le resine con elevati tassi di espansione di trasformazione sono soggette a invecchiamento a causa delle ripetute espansioni e contrazioni durante l'uso.

Porosità e area superficiale specifica: attualmente utilizzata la serie D001x14-20 Resine a scambio ionico di tipo gelhanno un diametro medio dei pori di 10-15,4 nm, una porosità (volume dei pori per unità di particella di resina) di 0,09-0,21 mL/g e un'area superficiale specifica di 16-36,4 m²/g (secca). Le resine di tipo gel hanno un'area superficiale specifica inferiore a 1 m²/g.

Il grado di reticolazione, misurato in %, si riferisce alla proporzione di reticolante utilizzato nella produzione della resina. Ad esempio, le resine a base di stirene vengono polimerizzate utilizzando stirene come monomero e divinilbenzene come reticolante. Il grado di reticolazione si riferisce alla frazione in massa di divinilbenzene nella resina. Il grado di reticolazione influisce su molte proprietà della resina. Un grado di reticolazione più elevato aumenta la resistenza meccanica della resina e ne riduce la resistenza al rigonfiamento in acqua. Variazioni nel grado di reticolazione possono alterare proprietà come la capacità di scambio, il contenuto d'acqua, la capacità di rigonfiamento e la resistenza meccanica della resina. Il grado di reticolazione della resina a scambio ionico utilizzata per il trattamento delle acque dovrebbe essere compreso tra il 7% e il 10%. In questo caso, la dimensione media dei pori nella griglia della resina è compresa tra 2 e 4 mm. Resistenza meccanica La resistenza meccanica riflette la capacità della resina di mantenere l'integrità delle particelle. La resina si romperà se sottoposta a urti, collisioni, attriti e rigonfiamenti durante l'uso. Pertanto, la resina deve avere una resistenza adeguata e la perdita annua di resina deve essere inferiore al 3-7%. Resistenza al calore: diverse resine hanno un intervallo di temperatura di esercizio. Se si supera il limite superiore, la resina subisce una decomposizione termica. A partire da 0 °C, l'acqua nella resina congela, causando la rottura delle particelle. La temperatura di conservazione e utilizzo della resina è solitamente controllata tra 5 e 40 °C. (10) Conduttività: la resina secca non è conduttiva, mentre la resina bagnata può condurre elettricità a causa degli ioni dissociati.