Physikalische Eigenschaften von Ionenaustauscherharzen
Comeist nur Gel-Typ verwendetICHauf Austauscherharzenerscheinen als transparente oder durchscheinende Kugeln, während makroporöse Harze als milchig-weiße oder undurchsichtige Kugeln erscheinen. Die Farben reichen von Gelb über Weiß bis hin zu Rotbraun. Hochwertige Harze weisen eine hohe Sphärizität auf, sind rissfrei, haben eine einheitliche Farbe und sind frei von Verunreinigungen.
Gelartige Ionenaustauscherharze. Die Partikelgröße (in mm) beträgt im Allgemeinen 0,3–1,2 mm (entsprechend 50–16 Mesh), mit einer effektiven Partikelgröße (d10) von 0,36–0,61 mm und einem Gleichmäßigkeitskoeffizienten (K) von 1,22–1,66. Die effektive Partikelgröße ist der Sieböffnungsdurchmesser, durch den 10 % der Harzpartikel gelangen und 90 % zurückgehalten werden. Der Gleichmäßigkeitskoeffizient ist das Verhältnis der Sieböffnungsdurchmesser (d60) zu (d90), durch die 60 % der Partikel gelangen, d. h. K = d60/d90. Der Gleichmäßigkeitskoeffizient ist im Allgemeinen größer als 1. Je näher er bei 1 liegt, desto gleichmäßiger ist die Partikelgrößenzusammensetzung. Die Partikelgröße des Harzes beeinflusst erheblich die Austauschrate, den Durchflusswiderstand des Wassers und die Rückspülung. Große Partikel führen zu langsameren Austauschraten und einer geringeren Austauschkapazität; kleine Partikel führen zu einem höheren Durchflusswiderstand des Wassers. Eine ungleichmäßige Partikelgröße, bei der kleine Partikel in den Poren größerer Partikel eingeschlossen werden, erhöht den Durchflusswiderstand des Wassers und behindert die Rückspülung. Daher sollte die Partikelgröße angemessen und gleichmäßig verteilt sein.
Dichte, Einheit: g/cm³. Die Harzdichte wird im Allgemeinen als scheinbare Nassdichte (Schüttdichte) im hydratisierten Zustand und als tatsächliche Nassdichte ausgedrückt.
① Rohdichte (Nass), Einheit: g/cm³. Die Rohdichte (Nass) ist die Masse des Nassharzes pro Volumeneinheit und wird zur Berechnung der im Austauschbehälter benötigten Harzmenge verwendet. Rohdichte (Nass) = Nassharzmasse / Nassharzvolumen. Die Rohdichte (Nass) verschiedener handelsüblicher Harze beträgt ca. 0,6–0,86 g/cm³. |
2. Nassdichte, Einheit: g/cm³. Die Nassdichte ist die Dichte der Harzpartikel, nachdem sie Wasser aufgenommen haben. Nassdichte = Nassharzmasse / Nassharzpartikelvolumen. Beachten Sie, dass das Volumen der Harzpartikel in der obigen Formel nicht das Volumen der Poren zwischen den Partikeln enthält. Die Nassdichte beträgt im Allgemeinen 1,04–1,3 g/cm³. Typischerweise beträgt sie 1,3 g/cm³ für Kationenaustauscherharze und 1,10 g/cm³ für Anionenharze. Die Nassdichte wird verwendet, um die Rückspülintensität des Harzbetts zu bestimmen. Darüber hinaus hängt die Nassdichte in einem gemischten Harzbett auch mit der Schichtung des Harzes nach dem Rückspülen zusammen. Anionenaustauscherharze sind leicht und befinden sich nach dem Rückspülen in der oberen Schicht, während Kationenaustauscherharze schwer sind und sich nach dem Rückspülen in der unteren Schicht befinden. Während des Gebrauchs nimmt die Dichte des Harzes aufgrund der Abspaltung von Gruppen und des Bruchs von Ketten innerhalb der Harzhauptkette leicht ab.
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Gelartige Ionenaustauscherharze: Feuchtigkeitsgehalt (Einheit: %). Der Feuchtigkeitsgehalt gibt den Massenanteil des Wassers im nassen Harz an (nachdem es vollständig Wasser aufgenommen und sich darin ausgedehnt hat) und liegt im Allgemeinen bei etwa 50 %. Der Feuchtigkeitsgehalt wird hauptsächlich durch den Vernetzungsgrad des Harzes, die Art und Anzahl der aktiven Gruppen und andere Faktoren bestimmt. Je geringer der Vernetzungsgrad, desto größer die Poren im Harz und desto höher der Feuchtigkeitsgehalt.
Quellung (Einheit: %). Die Volumenänderung des Harzes, die durch veränderte Bedingungen wie Wasseraufnahme oder -umwandlung verursacht wird, wird als Quellung bezeichnet. Quellung tritt auf, wenn von aktiven Gruppen freigesetzte Ionen bei Kontakt mit Wasser hydratisieren und hydratisierte Ionen bilden, wodurch sich das vernetzte Netz ausdehnt. Die Volumenzunahme von trockenem Harz nach Kontakt mit einem Lösungsmittel wird als absoluter Quellungsgrad bezeichnet, während die Volumenänderung von nassem Harz beim Übergang von einer ionischen Form in eine andere als relativer Quellungsgrad, auch Übergangsquellrate genannt, bezeichnet wird. Absoluter Quellungsgrad = (Volumen vor Quellung - Volumen nach Quellung) / Volumen vor Quellung. Relativer Quellungsgrad (oder Übergangsquellrate) = (Volumen vor Übergang - Volumen nach Übergang) / Volumen vor Übergang. Je niedriger der Vernetzungsgrad des Harzes, desto leichter ionisieren die aktiven Gruppen, desto höher die Austauschkapazität und desto höher der Quellungsgrad. Je größer der Hydratationsradius der austauschbaren Ionen auf dem Harz und je niedriger die Elektrolytkonzentration im Wasser, desto höher dieGelartige Ionenaustauscherharzes Quellungsgrad. Die Quellreihenfolge für stark saure Kationenharze und stark basische Anionenharze in verschiedenen ionischen Formen ist: Kationen: H+ > Na+ > NH4+ > K+ > Ag+; Anionen: OH-> HCO3- ≈ CO32-> SO42-> Cl-. Die Quellrate für Kationenaustauscherharze auf Styrolbasis von RNa nach RH (ausgedrückt als RNa→RH) beträgt ungefähr 5–10 %, während die Quellrate für Anionenaustauscherharze auf Styrolbasis von RCI nach ROH ungefähr 10–20 % beträgt. Schwach saure Kationenaustauscherharze auf Acrylbasis haben eine sehr hohe Quellrate, ungefähr 60–70 % für RweakH→RweakNa. Da alle Harze bis zu einem gewissen Grad quellen, muss bei der Konstruktion des Austauschbehälters Platz eingeplant werden. Harze mit hohen Umwandlungsausdehnungsraten altern aufgrund wiederholter Ausdehnung und Kontraktion während des Gebrauchs.
Porosität und spezifische Oberfläche: Derzeit verwendete D001x14-20-Serie Gelartige Ionenaustauscherharzehaben einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10–15,4 nm, eine Porosität (das Porenvolumen pro Harzpartikeleinheit) von 0,09–0,21 ml/g und eine spezifische Oberfläche von 16–36,4 m²/g (trocken). Gelartige Harze haben eine spezifische Oberfläche von weniger als 1 m²/g.
Der Vernetzungsgrad, gemessen in %, gibt den Anteil des bei der Harzherstellung verwendeten Vernetzers an. Beispielsweise werden styrolbasierte Harze mit Styrol als Monomer und Divinylbenzol als Vernetzer polymerisiert. Der Vernetzungsgrad gibt den Massenanteil von Divinylbenzol im Harz an. Der Vernetzungsgrad beeinflusst viele Harzeigenschaften. Ein höherer Vernetzungsgrad erhöht die mechanische Festigkeit des Harzes und verringert seine Quellbeständigkeit in Wasser. Änderungen des Vernetzungsgrades können Eigenschaften wie Austauschkapazität, Wassergehalt, Quellvermögen und mechanische Festigkeit des Harzes verändern. Der Vernetzungsgrad von Ionenaustauscherharzen, die zur Wasseraufbereitung verwendet werden, sollte 7 % bis 10 % betragen. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die durchschnittliche Porengröße im Harzgitter 2 bis 4 mm. Mechanische Festigkeit Die mechanische Festigkeit spiegelt die Fähigkeit des Harzes wider, die Integrität der Partikel aufrechtzuerhalten. Das Harz bricht, wenn es während des Gebrauchs Stößen, Kollisionen, Reibung und Quellung ausgesetzt ist. Daher sollte das Harz eine ausreichende Festigkeit aufweisen und der jährliche Harzverlust darf weniger als 3 % bis 7 % betragen. Hitzebeständigkeit Verschiedene Harze haben einen bestimmten Betriebstemperaturbereich. Wird die Obergrenze überschritten, zersetzt sich das Harz thermisch. Bereits bei 0 °C gefriert das Wasser im Harz, wodurch die Partikel zerbrechen. Die Lager- und Gebrauchstemperatur des Harzes wird üblicherweise auf 5 bis 40 °C geregelt. (10) Leitfähigkeit Trockenes Harz ist nicht leitfähig, während nasses Harz aufgrund der dissoziierten Ionen Strom leiten kann.