凡外觀透明、具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)的離子交換樹(shù)脂統(tǒng)稱為凝膠型離子交換樹(shù)脂。這類樹(shù)脂表面光滑,球粒內(nèi)部沒(méi)有大的毛細(xì)孔。在水中會(huì)溶脹成凝膠狀。樹(shù)脂內(nèi)大分子之間的間隙為2~4nm。一般無(wú)機(jī)小分子的半徑在1nm以下,因此可自由地通過(guò)離子交換樹(shù)脂內(nèi)大分子鏈的間隙。在無(wú)水狀態(tài)下,凝膠型離子交換樹(shù)脂的分子鏈緊縮,體積縮小,無(wú)機(jī)小分子無(wú)法通過(guò)。所以,這類離子交換樹(shù)脂在干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能。
針對(duì)凝膠型離子交換樹(shù)脂的缺點(diǎn),人們研制了大孔型離子交換樹(shù)脂。大孔型離子交換樹(shù)脂外觀不透明,表面粗糙,為非均相凝膠結(jié)構(gòu)。即使在干燥狀態(tài),內(nèi)部也存在不同尺寸的毛細(xì)孔,因此可在非水體系中起離子交換和吸附作用。值得注意的是,大孔型離子交換樹(shù)脂具有很大的比表面積,因此其吸附功能十分顯著,不容忽視。
凝膠型離子交換樹(shù)脂具有交換容量高,合成的工藝要比大孔樹(shù)脂的更加簡(jiǎn)單,孔徑小,平均孔徑約1~2nm,操作容量高、產(chǎn)水量比較大、顆粒均勻、物性強(qiáng)度好、耐溫性能好、再生、成本較低等特點(diǎn)。經(jīng)常使用于處理軟水、純水或化學(xué)制品。
樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后,要進(jìn)行再生處理,即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行,使樹(shù)脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來(lái)狀態(tài),以供再次使用。如陽(yáng)離子樹(shù)脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理,此時(shí)樹(shù)脂放出被吸附的陽(yáng)離子,再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來(lái)的組成。
離子交換是一種可逆的化學(xué)反應(yīng),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(shù)脂本身不是化學(xué)反應(yīng)物,而是促進(jìn)離子交換反應(yīng)的物理介質(zhì)。樹(shù)脂本身由形成烴網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)聚合物組成。整個(gè)聚合物基質(zhì)是離子交換位點(diǎn),其中帶正電離子(陽(yáng)離子)或帶負(fù)電離子(陰離子)的所謂“官能團(tuán)”固定在聚合物網(wǎng)絡(luò)上。這些官能團(tuán)容易吸引相反電荷的離子。
離子交換樹(shù)脂的幾何形狀,尺寸和結(jié)構(gòu)可以在不同類型之間變化。大多數(shù)離子交換樹(shù)脂交換系統(tǒng)使用由微小的多孔微珠組成的樹(shù)脂床,盡管一些系統(tǒng)(例如用于電滲析的系統(tǒng))使用片狀網(wǎng)狀樹(shù)脂。離子交換樹(shù)脂珠通常是小的和球形的,半徑僅為0.25至1.25毫米。根據(jù)應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì),樹(shù)脂珠??删哂芯鶆虻牧6然蚋咚钩叽绶植肌4蠖鄶?shù)應(yīng)用使用凝膠樹(shù)脂珠,具有半透明的外觀,并提供高容量和化學(xué)效率。大孔樹(shù)脂由于其不透明的白色或黃色外觀而可識(shí)別,通常保留用于苛刻的條件,因?yàn)樗鼈兙哂邢鄬?duì)較高的穩(wěn)定性和耐化學(xué)性。