离子交换树脂的离子交换能力,以"离子交换容量"表示,单位为每克干树脂或每毫升湿树脂所能交换的离子的毫克当量数,即meq/g(干)或 meq/mL(湿)。对于一价离子,毫克当量数等于毫克分子数;对于二价或多价离子,前者为后者的乘数。此能力有"总交换容量"、"工作交换容量"和"再生交换容量"三种表现方式。
总交换容量指的是每单位数量(重量或体积)树脂进行离子交换反应的化学基团总量。
工作交换容量是树脂在特定条件下的离子交换能力,与树脂种类、总交换容量以及具体工作条件如溶液组成、流速、温度等因素有关。
再生交换容量表示在特定再生剂量条件下再生树脂的交换容量,反映树脂中原有化学基团再生恢复的程度。通常,再生交换容量为总交换容量的50~90%,而工作交换容量为再生交换容量的30~90%,后一比例称为树脂的利用率。
实际使用中,离子交换树脂的交换容量包括了吸附容量,但其占比因树脂结构不同而异。一般未能精确计算,需通过经验数据进行调整,并在实际操作中进行验证。
离子树脂交换容量通常使用无机离子进行测定,这些离子尺寸较小,可自由扩散至树脂体内,与内部所有交换基团反应。但在实际应用中,溶液中常含有高分子有机物,它们的尺寸较大,难以进入树脂的显微孔,因此实际交换容量低于使用无机离子测定的数值。这种情况受树脂类型、孔结构尺寸以及处理物质的影响。
离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。通常是球形颗粒物。
2. 离子交换树脂吸附选择
离子交换树脂在溶液中对不同离子的吸附具有选择性。阳离子的吸附遵循高价离子优先原则,低价离子吸附较弱。在同价同类离子中,直径较大的离子被吸附较强。例如,铁离子(Fe3+)、铝离子(Al3+)、铅离子(Pb2+)、钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)、钾离子(K+)、钠离子(Na+)、氢离子(H+)的吸附顺序为:Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+。
阴离子的吸附遵循强碱性阴离子树脂优先吸附无机酸根的顺序为:SO42-> NO3- > Cl- > HCO3- > OH-。弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附顺序为:OH-> 柠檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- > 草酸根2- > PO43- >NO2- > Cl- > 醋酸根- > HCO3-。
糖液脱色时,使用强碱性阴离子树脂吸附拟黑色素(还原糖与氨基酸反应产物)和还原糖的碱性分解产物,而对焦糖色素的吸附较弱。这是因为前者通常带负电,焦糖的电荷较弱。
树脂的选择性与交联度和孔隙结构有关。交联度高的树脂选择性较强,大孔结构树脂的选择性小于凝胶型树脂。在稀溶液中,选择性较大,在浓溶液中较小。
离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。通常是球形颗粒物。