Propriétés physiques des résines échangeuses d'ions
Coutilisé uniquement sous forme de geljesur les résines échangeusesLes résines macroporeuses se présentent sous forme de sphères transparentes ou translucides, tandis que les résines macroporeuses se présentent sous forme de sphères blanc laiteux ou opaques. Leurs couleurs varient du jaune au blanc en passant par le brun rougeâtre. Les résines de haute qualité présentent une sphéricité élevée, sont exemptes de fissures, de couleur uniforme et exemptes d'impuretés.
Résines échangeuses d'ions de type gel La taille des particules (en mm) est généralement de 0,3 à 1,2 mm (équivalent à 50 à 16 mesh), avec une taille de particule effective (d10) de 0,36 à 0,61 mm et un coefficient d'uniformité (K) de 1,22 à 1,66. La taille de particule effective est le diamètre d'ouverture du tamis à travers lequel 10 % des particules de résine passent et 90 % sont retenues. Le coefficient d'uniformité est le rapport des diamètres d'ouverture du tamis (d60) à (d90) à travers lesquels 60 % des particules passent, soit K = d60/d90. Le coefficient d'uniformité est généralement supérieur à 1 ; plus il est proche de 1, plus la composition granulométrique est uniforme. La taille des particules de résine affecte significativement le taux d'échange, la résistance à l'écoulement de l'eau et le lavage à contre-courant. Une grande taille de particule entraîne des taux d'échange plus lents et une capacité d'échange plus faible ; une petite taille de particule entraîne une plus grande résistance à l'écoulement de l'eau ; Une granulométrie irrégulière, avec de petites particules piégées dans les pores de particules plus grosses, augmente la résistance à l'écoulement de l'eau et entrave le lavage à contre-courant. Par conséquent, la granulométrie doit être appropriée et uniformément répartie.
Masse volumique, unité : g/cm³. La masse volumique de la résine est généralement exprimée par sa masse volumique apparente humide (masse volumique apparente) à l'état hydraté et sa masse volumique réelle humide.
1. Masse volumique apparente humide, unité : g/cm³. La masse volumique apparente humide est la masse de résine humide conditionnée par unité de volume et permet de calculer la quantité de résine nécessaire dans le récipient d'échange. Masse volumique apparente humide = masse de résine humide / volume apparent de résine humide. La masse volumique apparente humide de diverses résines commerciales est d'environ 0,6 à 0,86 g/cm³.
2. Masse volumique humide, unité : g/cm³. La masse volumique humide est la masse volumique des particules de résine après absorption d'eau. Masse volumique humide = masse de résine humide / volume des particules de résine humide. À noter que le volume des particules de résine dans la formule ci-dessus n'inclut pas le volume des pores entre les particules. La masse volumique humide est généralement comprise entre 1,04 et 1,3 g/cm³. Elle est généralement de 1,3 g/cm³ pour les résines échangeuses de cations et de 1,10 g/cm³ pour les résines anioniques. La masse volumique humide permet de déterminer l'intensité du rétrolavage du lit de résine. De plus, dans un lit de résine mixte, la masse volumique humide est également liée à la stratification de la résine après rétrolavage. Les résines échangeuses d'anions sont légères et se trouvent dans la couche supérieure après rétrolavage, tandis que les résines échangeuses de cations sont lourdes et se trouvent dans la couche inférieure après rétrolavage. Lors de l'utilisation, la densité de la résine diminue légèrement en raison de la perte de groupes et de la rupture de chaînes au sein du squelette de la résine.
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Résines échangeuses d'ions de type gel. Teneur en humidité (unité : %). La teneur en humidité désigne la fraction massique d'eau contenue dans la résine humide (après absorption et expansion complètes dans l'eau) et se situe généralement autour de 50 %. La teneur en humidité est principalement déterminée par le degré de réticulation de la résine, le type et le nombre de groupes actifs, ainsi que par d'autres facteurs. Plus le degré de réticulation est faible, plus les pores de la résine sont larges et plus la teneur en humidité est élevée.
Gonflement (unité : %). La variation de volume de la résine causée par des changements de conditions, tels que l’absorption ou la transformation de l’eau, est appelée gonflement. Le gonflement se produit lorsque les ions libérés par les groupes actifs au contact de l’eau s’hydratent pour former des ions hydratés, dilatant ainsi la maille réticulée. L’augmentation de volume d’une résine sèche après contact avec un solvant est appelée degré de gonflement absolu, tandis que la variation de volume d’une résine humide lors du passage d’une forme ionique à une autre est appelée degré de gonflement relatif, également appelé taux de gonflement de transition. Degré de gonflement absolu = (volume avant gonflement - volume après gonflement) / volume avant gonflement. Degré de gonflement relatif (ou taux de gonflement de transition) = (volume avant transition - volume après transition) / volume avant transition. Plus le degré de réticulation de la résine est faible, plus les groupes actifs s’ionisent facilement, plus la capacité d’échange est élevée et plus le degré de gonflement est important. Plus le rayon d’hydratation des ions échangeables sur la résine est grand et plus la concentration en électrolytes dans l’eau est faible, plus leRésines échangeuses d'ions de type gels degré de gonflement. L'ordre de gonflement des résines cationiques fortement acides et des résines anioniques fortement basiques sous différentes formes ioniques est le suivant : cations : H+ > Na+ > NH4+ > K+ > Ag+ ; anions : OH-> HCO3- ≈ CO32-> SO42-> Cl-. Le taux de gonflement des résines échangeuses de cations à base de styrène de RNa à RH (exprimé comme RNa→RH) est d'environ 5 à 10 %, tandis que le taux de gonflement des résines échangeuses d'anions à base de styrène de RCI à ROH est d'environ 10 à 20 %. Les résines échangeuses de cations faiblement acides à base d'acrylique ont un taux de gonflement très élevé, d'environ 60 à 70 % pour RweakH→RweakNa. Étant donné que toutes les résines gonflent dans une certaine mesure, un espace suffisant doit être prévu lors de la conception du récipient d'échange. Les résines à taux d'expansion de transformation élevés sont sujettes au vieillissement en raison des dilatations et contractions répétées lors de leur utilisation.
Porosité et surface spécifique : Série D001x14-20 actuellement utilisée Résines échangeuses d'ions de type gelont un diamètre de pores moyen de 10 à 15,4 nm, une porosité (volume des pores par particule de résine) de 0,09 à 0,21 mL/g et une surface spécifique de 16 à 36,4 m²/g (à sec). Les résines de type gel ont une surface spécifique inférieure à 1 m²/g.
Le degré de réticulation, mesuré en %, fait référence à la proportion d'agent de réticulation utilisée dans la fabrication de la résine. Par exemple, les résines à base de styrène sont polymérisées en utilisant du styrène comme monomère et du divinylbenzène comme agent de réticulation. Le degré de réticulation fait référence à la fraction massique de divinylbenzène dans la résine. Le degré de réticulation affecte de nombreuses propriétés de la résine. Un degré de réticulation élevé augmente la résistance mécanique de la résine et réduit sa résistance au gonflement dans l'eau. Des variations du degré de réticulation peuvent altérer des propriétés telles que la capacité d'échange, la teneur en eau, la capacité de gonflement et la résistance mécanique de la résine. Le degré de réticulation d'une résine échangeuse d'ions utilisée pour le traitement de l'eau doit être compris entre 7 et 10 %. À ce stade, la taille moyenne des pores de la grille de résine est de 2 à 4 mm. Résistance mécanique : La résistance mécanique reflète la capacité de la résine à maintenir l'intégrité des particules. La résine se rompt lorsqu'elle est soumise à un impact, une collision, un frottement et un gonflement pendant l'utilisation. Français Par conséquent, la résine doit avoir une résistance suffisante et la perte annuelle de résine doit être inférieure à 3 % à 7 %. Résistance à la chaleur Différentes résines ont une certaine plage de températures de fonctionnement. Si la limite supérieure est dépassée, la résine subira une décomposition thermique. Dès 0 °C, l'eau contenue dans la résine gèlera, provoquant la rupture des particules. La température de stockage et d'utilisation de la résine est généralement contrôlée entre 5 et 40 °C. (10) Conductivité La résine sèche n'est pas conductrice, tandis que la résine humide peut conduire l'électricité grâce aux ions dissociés.