由于無機物離子的直徑都很小(0.3~0.7nm),用普通的凝膠型樹脂是完全可以除去;但當水中有有機物分子存在時,由于其分子很大(膠硅化合物的粒徑可大于50nm,某些蛋白質分子為5~20nm),用普通凝膠樹脂除去它們則有困難。而且再生時,這些被吸附的有機物也不易被再生下來,所以凝膠型樹脂易于被有機物所污染。
大孔樹脂骨架部分的性質與凝膠樹脂基本相同,但大孔樹脂具有且孔徑較大的物理孔結構。這一特性使大孔樹脂在耐污染、機械強度、抗氧化性等使用性能方面比凝膠樹脂更具優勢,但大孔樹脂的交換容量一般會相對較低,且制造成本相對較高。
凡外觀透明、具有均相高分子凝膠結構的離子交換樹脂統稱為凝膠型離子交換樹脂。這類樹脂表面光滑,球粒內部沒有大的毛細孔。在水中會溶脹成凝膠狀。樹脂內大分子之間的間隙為2~4nm。一般無機小分子的半徑在1nm以下,因此可自由地通過離子交換樹脂內大分子鏈的間隙。在無水狀態下,凝膠型離子交換樹脂的分子鏈緊縮,體積縮小,無機小分子無法通過。所以,這類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能。
凝膠型離子交換樹脂具有交換容量高,合成的工藝要比大孔樹脂的更加簡單,孔徑小,平均孔徑約1~2nm,操作容量高、產水量比較大、顆粒均勻、物性強度好、耐溫性能好、再生、成本較低等特點。經常使用于處理軟水、純水或化學制品。
離子交換是一種可逆的化學反應,其中從溶液中除去溶解的離子并用相同或類似電荷的其他離子替換。離子交換樹脂本身不是化學反應物,而是促進離子交換反應的物理介質。樹脂本身由形成烴網絡的有機聚合物組成。整個聚合物基質是離子交換位點,其中帶正電離子(陽離子)或帶負電離子(陰離子)的所謂“官能團”固定在聚合物網絡上。這些官能團容易吸引相反電荷的離子。
離子交換樹脂以這種方式起作用,因為它的官能團基本上是固定的離子,它們地結合在樹脂的聚合物基質中。這些帶電離子將容易與相反電荷的離子結合,這些離子通過施加抗衡離子溶液而被輸送。這些反離子將繼續與官能團結合,直至達到平衡。
有機污垢是樹脂污垢和降解常見和昂貴的形式。通常,在井水中僅發現低含量的有機物質。然而,地表水可含有數百萬分之一的天然和人造有機物質。天然有機物來自腐爛的植被。它們本質上是芳香族和酸性的,并且可以復合重金屬,例如鐵。這些污染物包括單寧,單寧酸,腐殖酸和富里酸。
鐵可以作為亞鐵或三價無機鹽或作為隔離的有機絡合物存在于水中。亞鐵在樹脂中交換,但三價鐵不溶,不會。三價鐵涂層陽離子樹脂,防止交換。使用酸或強還原劑來除去這種鐵。有機結合的鐵通過陽離子單元并污染陰離子樹脂。將其與有機材料一起除去。存在于某些井水中的錳以與鐵相同的方式污染樹脂。
鋁通常以氫氧化鋁形式存在,由鋁酸鈉或鋁酸鈉用于澄清或沉淀軟化。如果鋁絮狀物通過過濾器,則將樹脂涂在鈉沸石軟化劑中。用酸或苛性堿清洗即可將其除去。通常,鋁在脫礦質系統中不是污垢,因為在正常再生期間鋁從樹脂中除去。
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