離子交換樹脂的物理性能：密度

離子交換樹脂的物理性能

1.3.4離子交換樹脂的密度

離子交換樹脂的密度分為濕真密度、濕視密度和裝載密度。

濕真密度是指單位真體積濕態(tài)離子交換樹脂的質(zhì)量（單位：g/mL)。濕視密度是指單位視體積濕態(tài)離子交換樹脂的質(zhì)量（單位：g/mL)。裝載密度是指容器中樹脂顆粒經(jīng)水力反洗自然沉降后單位樹脂體積濕態(tài)離子交換樹脂的質(zhì)量（單位：g/mL）。

所謂濕態(tài)離子交換樹脂，是指吸收了平衡水量并除去外部游離水分后的樹脂。為使各種密度的測定結(jié)果有可比性，在測定樣品時(shí)都應(yīng)使之處于這種濕狀態(tài)。真體積是指離子交換樹脂顆粒本身的固有體積，它不包括顆粒間的空隙體積。視體積是指離子交換樹脂以緊密的無規(guī)律排列方式在量器中占有的體積，它包括顆粒間的空隙體積和樹脂顆粒本身的固有體積。

通常，離子交換樹脂是球狀小顆粒，它的真體積和樣品占有的容器體積是不同的。樹脂占有空間體積包括兩部分：一部分是顆粒本身的體積，稱為真體積；另一部分是樹脂顆粒間的空原體積。真體積只和構(gòu)脂本身性質(zhì)有關(guān)；空除體積和顆粒的排列堆積方式有關(guān)，不同的排列方式空隙體積也不同。顆粒堆積時(shí)，常常會(huì)發(fā)生“擱住”現(xiàn)象，顆粒間排列得不緊密，如不斷振動(dòng)容器，這種“擱住”現(xiàn)象會(huì)漸漸減少，樹脂顆粒間空隙體積即可趨于最小值。大小不同的顆粒堆積在一起，小顆?？梢猿涮钤诖箢w粒之間而使空隙體積減小，也就是說，顆粒越均勻，空隙率就越大。在容器壁處的空隙率顯然比樹脂層中心處大，這種現(xiàn)象稱為器壁效應(yīng)。在內(nèi)徑較小的容器中，樹脂空隙率就較大。隨著容器內(nèi)徑和顆粒粒徑的比值增大，空隙率就趨于一最小值，器壁效應(yīng)可忽略不計(jì)。根據(jù)以上所述，一定的濕樹脂的樣品占有的空間體積是一個(gè)可以變動(dòng)的值。它由下列因素決定：

（1）顆粒直徑和容器內(nèi)徑的比值；

（2）顆粒的排列方式；

（3）顆粒的均勻程度；

（4）有無“擱住”現(xiàn)象。

常用離子交換樹脂密度測定結(jié)果見表1.10。

表1.10常用離子交換樹脂密度測定值

g/mL

裝載密度的測定要比濕真密度、濕視密度困難得多，這要求有一套交換柱裝置（包括泵、管道、閥門、流量計(jì)、恒溫裝置等），且操作困難、誤差大。濕真密度測定的方法及儀器十分簡單，而球狀顆粒樹脂的濕視密度和裝載密度之間有一定的關(guān)系，所以用濕真密度來計(jì)算裝載密度將是十分方便的。

測定了一系列樹脂的濕視密度和裝載密度結(jié)果列于表1-1中。

表1.11一些離子交換樹脂的濕視密度和裝載密度

g/mL

表1.11數(shù)據(jù)表明兩種密度差值平均為0.04g/mL。由于裝載密度測定比較麻煩，所以可以根據(jù)這一差值由濕視密度計(jì)算裝載密度：

D_裝=-0.04+d_視

這一計(jì)算可用于工業(yè)設(shè)計(jì)中。

離子交換樹脂的真密度決定了樹脂在水中的沉降速度、離子交換設(shè)備的反洗強(qiáng)度，并對(duì)兩種樹脂分層狀況有很大的影響。離子交換樹脂的視密度和裝填密度是用來計(jì)算交換器需裝入的樹脂數(shù)量的，因此它們都是離子交換樹脂重要的物理性能。

1.3.5離子交換樹脂的粒度和粒度分布

一般用懸浮法制得的球狀顆粒的粒徑并不一致，大體上處在0.2~1.5mm范圍內(nèi)（經(jīng)篩分取0.3~1.2mm的顆粒用于制造樹脂），其中0.3~0.6mm的占60%左右，0.6~1.0mm的占30%左右。未經(jīng)篩分的樣品中，各種粒徑的白球所占體積百分?jǐn)?shù)一般呈正態(tài)分布函數(shù)關(guān)系（分布曲線是對(duì)稱的）。如果在正態(tài)概率坐標(biāo)紙上作圖，其粒徑和體積累計(jì)百分?jǐn)?shù)的關(guān)系是一直線。經(jīng)過篩分的樹脂，其粒徑分布就不呈正態(tài)分布函數(shù)形式（在正態(tài)分布概率坐標(biāo)紙上，其粒徑和體積累積百分?jǐn)?shù)的關(guān)系就不是直線）。

在一般情況下，樹脂顆粒的粒徑是連續(xù)分布的，不能用一個(gè)簡單的數(shù)來描述這種粒徑

的大小。僅規(guī)定粒徑范圍（如0.3~1.2mm的顆粒體積占全部體積的95%以上）是不合理的。因?yàn)樵谶@樣粒徑范圍內(nèi)可能有大部分樹脂的顆粒粒徑為0.3~0.6mm，也可能為0.6~1.0mm，這兩種情況都符合規(guī)定的范圍，但顆粒大小相差甚遠(yuǎn)。

為了正確說明商品用離子交換樹脂的顆粒大小，應(yīng)該用4個(gè)指標(biāo)：范圍粒度、下限粒

度（或上限粒度）、有效粒徑和均一系數(shù)。

范圍粒度

為了表示在規(guī)定粒徑范圍內(nèi)樹脂顆粒占全部顆粒的百分?jǐn)?shù)，采用了范圍粒度這一概念。如通用樹脂，規(guī)定其范圍粒度為0.315~1.25mm內(nèi)的顆粒體積占全部顆粒的95%，它表示小于0.315mm的顆粒和大于1.25mm的顆粒的體積不得超過全部樹脂體積的5%。但是這5%的樹脂如果偏在某個(gè)范圍之內(nèi)，如全部超過上限或全部小于下限，則也會(huì)對(duì)使用帶來很大困難。如浮床離子交換器，由于水流自下而上，細(xì)顆粒樹脂正好直接接觸到通水部位，若顆粒太小則易造成堵塞；為此應(yīng)對(duì)小于下限粒徑的顆粒加以限定。同時(shí)為了使陰、陽離子交換樹脂（在混床內(nèi)）分層良好，則對(duì)陰離子交換樹脂限制大于上限粒徑的顆粒，對(duì)陽離子交換樹脂限制小于下限粒徑的顆粒。

上限粒度，下限粒度

為了表示大于上限粒徑的顆粒（或小于下限粒徑）占全部樹脂體積的百分?jǐn)?shù)，采用了上限粒度（或下限粒度）的概念。例如，對(duì)于通用樹脂，規(guī)定其下限粒度應(yīng)小于1%，它表示全部樹脂中小于0.315mm顆粒的樹脂體積不得大于全部體積的1%；對(duì)于混床用陰離子交換樹脂，規(guī)定其上限粒度小于1%，它表示全部樹脂中小于0.90mm顆粒的樹脂體積不得大于全部體積的1%。

有效粒徑和均一系數(shù)

有效粒徑是指離子交換樹脂顆粒按粒徑由大向小的方向排列至占樣品總體積90%處的粒徑。規(guī)定了有效粒徑的指標(biāo)，就可以預(yù)計(jì)樹脂顆粒大小的下限，例如規(guī)定有效粒徑不小于0.45mm，即表示最多允許有10%的樣品顆粒粒徑小于0.45mm，這對(duì)選用樹脂是很重要的。但是僅有這一下限，并不能說明粒徑分布的狀況。均一系數(shù)是指樹脂顆粒按粒徑由大至小排列至占樣品體積40%和90%的兩種粒徑之比值。該比值愈接近于1，說明樹脂顆粒度越均勻，粒徑范圍越窄。

4.常用水處理工藝選用離子交換樹脂粒度分布（僅供參考）

常用水處理工藝選用離子交換樹脂粒度分布見表1.12。

表1.12常用水處理工藝選用離子交換樹脂粒度分布