陽離(li)子(zi)交(jiao)換樹(shu)(shu)脂(zhi)物(wu)理(li)結構(gou) 陽離(li)子(zi)交(jiao)換樹(shu)(shu)脂(zhi)物(wu)理(li)性質(zhi)

物理結構

離(li)子樹脂(zhi)常分為(wei)凝膠型(xing)和大孔型(xing)兩(liang)類。

凝膠型樹脂

凝膠型樹脂的高分子骨架，在干燥的情況下內部沒有毛細孔。它在吸水時潤脹，在大分子鏈節間形成很微細的孔隙，通常稱為顯微孔（micro-pore）。濕潤樹脂的平均孔徑為2～4nm（2×10－6～4×10－6mm）。

這類樹脂較適合用于吸附無機離子，它們的直徑較小，一般為0.3～0.6nm。這類樹脂不能吸附大(da)分子有機物(wu)質，因后(hou)者的尺寸較大(da)，如蛋白質分子直徑為5～20nm，不(bu)能進入這類(lei)樹脂的顯微孔隙中(zhong)。

大孔型樹脂

大孔型樹脂是在聚合反應時加入致孔劑，形成多孔海綿狀構造的骨架，內部有大量永久性的微孔，再導入交換基團制成。它并存有微細孔和大網孔（macro-pore），潤濕樹脂的孔徑達100～500nm，其大(da)小和(he)數(shu)量都(dou)可(ke)(ke)以在(zai)制造時(shi)控(kong)制。孔道的(de)表(biao)面積可(ke)(ke)以增大(da)到(dao)超過1000m2/g。這(zhe)不僅(jin)為(wei)離子交換提供了良好的(de)接觸條(tiao)件，縮短了離子擴散的(de)路程(cheng)，還增加(jia)了許多鏈(lian)節活性中心，通過分子間(jian)的(de)范德華引力（van de waal's force）產生分(fen)子吸(xi)附(fu)作用，能(neng)夠象活性炭那樣吸(xi)附(fu)各種非離子性物質(zhi)(zhi)，擴(kuo)大(da)它的功(gong)能(neng)。一(yi)些(xie)不帶交換功(gong)能(neng)團的大(da)孔(kong)型(xing)樹脂(zhi)也能(neng)夠吸(xi)附(fu)、分(fen)離多(duo)種物質(zhi)(zhi)，例(li)如化(hua)工廠廢水中的酚類(lei)物。

大(da)(da)孔(kong)樹(shu)脂內(nei)部的孔(kong)隙(xi)又(you)多(duo)(duo)又(you)大(da)(da)，表面積很大(da)(da)，活(huo)性中心多(duo)(duo)，離子擴散速度快(kuai)(kuai)，離子交(jiao)換速度也快(kuai)(kuai)很多(duo)(duo)，約比(bi)凝膠型樹(shu)脂快(kuai)(kuai)約十倍。使用時的作用快(kuai)(kuai)、效率高，所(suo)需處(chu)理時間縮短(duan)。大(da)(da)孔(kong)樹(shu)脂還有多(duo)(duo)種優點：耐溶(rong)脹，不易碎裂，耐氧化，耐磨損(sun)，耐熱(re)及(ji)耐溫度變化，以及(ji)對有機大(da)(da)分子物質較易吸附和交(jiao)換，因而(er)抗污染力強，并較容易再生。

物理性質

離子交換樹脂的(de)顆粒尺寸和有(you)關(guan)的(de)物理性質對(dui)它的(de)工作(zuo)和性能有(you)很大影響(xiang)。

樹脂顆粒尺寸

離子交換樹脂通常制成珠狀的小顆粒，它的尺寸也很重要。樹脂顆粒較細者，反應速度較大，但細顆粒對液體通過的阻力較大，需要較高的工作壓力；特別是濃糖液粘度高，這種影響更顯著。因此，樹脂顆粒的大小應選擇適當。如果樹脂粒徑在0.2mm（約為70目）以下(xia)，會(hui)明顯增大流(liu)體通(tong)過的阻力，降(jiang)低(di)流(liu)量和生產能力。

樹脂顆粒大小的測定通常用濕篩法，將樹脂在充分吸水膨脹后進行篩分，累計其在20、30、40、50……目篩網上的留存量，以90%粒(li)子可以(yi)通(tong)過其(qi)相對應的(de)篩孔(kong)直徑，稱為樹(shu)脂(zhi)(zhi)的(de)“有效粒(li)徑”。多數通(tong)用的(de)樹(shu)脂(zhi)(zhi)產(chan)品(pin)的(de)有效粒(li)徑在(zai)0.4～0.6mm之間。

樹脂顆粒是否均勻以均勻系數表示。它是在測定樹脂的“有效粒徑”坐標圖上取累計留存量為40%粒子，相對應(ying)的(de)(de)篩孔直徑與有效粒徑的(de)(de)比例。如一種樹脂（ir-120）的有效粒徑為0.4～0.6mm，它在20目篩、30目(mu)篩及40目篩(shai)上留存粒子分(fen)別為：18.3%、41.1%、及31.3%，則計(ji)算得均勻系數(shu)為2.0。

樹脂的密度

樹脂在干燥時的密度稱為真密度。濕樹脂每單位體積（連顆粒間空隙）的重量稱為視密度。樹脂的密度與它的交聯度和交換基團的性質有關。通常，交聯度高的樹脂的密度較高，強酸性或強堿性樹脂的密度高于弱酸或弱堿性者，而大孔型樹脂的密度則較低。例如，苯乙烯系凝膠型強酸陽離子樹脂的真密度為1.26g/ml，視密度為0.85g/ml；而丙烯酸系凝膠型弱酸陽離子樹(shu)脂的(de)真(zhen)密度為1.19g/ml，視(shi)密(mi)度(du)為0.75g/ml。

樹脂的溶解性

離(li)子交換樹脂(zhi)(zhi)應為(wei)不溶(rong)性物(wu)質。但樹脂(zhi)(zhi)在合成過程(cheng)中夾雜的(de)聚合度較低的(de)物(wu)質，及樹脂(zhi)(zhi)分(fen)解(jie)生成的(de)物(wu)質，會在工作運行時溶(rong)解(jie)出來。交聯度較低和(he)含(han)活性基團多(duo)的(de)樹脂(zhi)(zhi)，溶(rong)解(jie)傾向較大。

膨脹度

離子交換樹脂含有大量親水基團，與水接觸即吸水膨脹。當樹脂中的離子變換時，如陽離子樹脂由h轉為na，陰(yin)樹(shu)脂由cl－轉為(wei)oh－，都因離(li)子直徑增(zeng)大(da)而(er)發生膨(peng)脹(zhang)，增(zeng)大(da)樹(shu)(shu)(shu)脂的(de)(de)體(ti)積。通常，交聯度(du)低(di)的(de)(de)樹(shu)(shu)(shu)脂的(de)(de)膨(peng)脹(zhang)度(du)較大(da)。在設計離(li)子交換裝置時，必須(xu)考慮樹(shu)(shu)(shu)脂的(de)(de)膨(peng)脹(zhang)度(du)，以適應(ying)生產運行時樹(shu)(shu)(shu)脂中的(de)(de)離(li)子轉(zhuan)換發生的(de)(de)樹(shu)(shu)(shu)脂體(ti)積變化。

耐用性

樹(shu)脂(zhi)(zhi)顆粒使(shi)用(yong)(yong)時有(you)轉移、磨擦、膨脹和收縮等變化，長(chang)期使(shi)用(yong)(yong)后會有(you)少(shao)量損耗和破碎(sui)，故樹(shu)脂(zhi)(zhi)要有(you)較高的機(ji)械強度(du)和耐(nai)磨性。通常，交聯度(du)低的樹(shu)脂(zhi)(zhi)較易碎(sui)裂，但樹(shu)脂(zhi)(zhi)的耐(nai)用(yong)(yong)性更(geng)主要地決定(ding)于交聯結構的均勻程(cheng)度(du)及(ji)其強度(du)。如大孔(kong)樹(shu)脂(zhi)(zhi)，具有(you)較高的交聯度(du)者，結構穩定(ding)，能耐(nai)反復再生(sheng)。

選擇性

高價離子(zi)(zi)通常(chang)被優先吸(xi)附，而低(di)價離子(zi)(zi)的吸(xi)附較弱。在同價的同類離子(zi)(zi)中，直徑(jing)較大(da)的離子(zi)(zi)的被吸(xi)附較強。一些陽離子(zi)(zi)被吸(xi)附的順序如下：

Fe3+>Al3+>Ra2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+>Cu2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>Ba2+>K+>NH4+>Na+>Li+。

對強酸性陽樹脂，H+的選擇性介于Na+和(he)Li+之間。但對弱酸性陽樹脂，H+的選(xuan)擇性最強。