離子交換樹脂的離子交換能力,以"離子交換容量"表示,單位為每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當量數,即meq/g(干)或 meq/mL(濕)。對於一價離子,毫克當量數等於毫克分子數;對於二價或多價離子,前者為後者的乘數。此能力有"總交換容量"、"工作交換容量"和"再生交換容量"三種表現方式。
總交換容量指的是每單位數量(重量或體積)樹脂進行離子交換反應的化學基團總量。
工作交換容量是樹脂在特定條件下的離子交換能力,與樹脂種類、總交換容量以及具體工作條件如溶液組成、流速、溫度等因素有關。
再生交換容量表示在特定再生劑量條件下再生樹脂的交換容量,反映樹脂中原有化學基團再生恢復的程度。通常,再生交換容量為總交換容量的50~90%,而工作交換容量為再生交換容量的30~90%,後一比例稱為樹脂的利用率。
實際使用中,離子交換樹脂的交換容量包括了吸附容量,但其佔比因樹脂結構不同而異。一般未能精確計算,需通過經驗數據進行調整,並在實際操作中進行驗證。
離子樹脂交換容量通常使用無機離子進行測定,這些離子尺寸較小,可自由擴散至樹脂體內,與內部所有交換基團反應。但在實際應用中,溶液中常含有高分子有機物,它們的尺寸較大,難以進入樹脂的顯微孔,因此實際交換容量低於使用無機離子測定的數值。這種情況受樹脂類型、孔結構尺寸以及處理物質的影響。
離子交換樹脂是帶有官能團(有交換離子的活性基團)、具有網狀結構、不溶性的高分子化合物。通常是球形顆粒物。
2. 離子交換樹脂吸附選擇
離子交換樹脂在溶液中對不同離子的吸附具有選擇性。陽離子的吸附遵循高價離子優先原則,低價離子吸附較弱。在同價同類離子中,直徑較大的離子被吸附較強。例如,鐵離子(Fe3+)、鋁離子(Al3+)、鉛離子(Pb2+)、鈣離子(Ca2+)、鎂離子(Mg2+)、鉀離子(K+)、鈉離子(Na+)、氫離子(H+)的吸附順序為:Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+。
陰離子的吸附遵循強鹼性陰離子樹脂優先吸附無機酸根的順序為:SO42-> NO3- > Cl- > HCO3- > OH-。弱鹼性陰離子樹脂對陰離子的吸附順序為:OH-> 檸檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- > 草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- > 醋酸根- > HCO3-。
糖液脫色時,使用強鹼性陰離子樹脂吸附擬黑色素(還原糖與氨基酸反應產物)和還原糖的鹼性分解產物,而對焦糖色素的吸附較弱。這是因為前者通常帶負電,焦糖的電荷較弱。
樹脂的選擇性與交聯度和孔隙結構有關。交聯度高的樹脂選擇性較強,大孔結構樹脂的選擇性小於凝膠型樹脂。在稀溶液中,選擇性較大,在濃溶液中較小。
離子交換樹脂是帶有官能團(有交換離子的活性基團)、具有網狀結構、不溶性的高分子化合物。通常是球形顆粒物。