الخصائص الفيزيائية لراتنجات التبادل الأيوني

كونوع الجل المستخدم بشكل شائعأناعلى راتنجات التبادلتظهر الراتنجات المسامية ككرات شفافة أو شبه شفافة، بينما تظهر الراتنجات المسامية ككرات بيضاء حليبية أو معتمة. تتراوح ألوانها بين الأصفر والأبيض والبني المحمر. تتميز الراتنجات عالية الجودة بكرويتها العالية، وخالية من التشققات، ولون موحد، وخالية من الشوائب.

راتنجات تبادل الأيونات من النوع الهلامي حجم الجسيمات (بالملليمتر) هو عمومًا 0.3-1.2 مم (ما يعادل 50-16 شبكة)، مع حجم جسيم فعال (d10) يتراوح بين 0.36-0.61 مم ومعامل التوحيد (K) يتراوح بين 1.22-1.66. حجم الجسيمات الفعال هو قطر فتحة الغربال الذي يمر من خلاله 10% من جسيمات الراتنج ويتم الاحتفاظ بـ 90%. معامل التوحيد هو نسبة أقطار فتحة الغربال (d60) إلى (d90) التي يمر من خلالها 60% من الجسيمات، أي K = d60/d90. يكون معامل التوحيد عمومًا أكبر من 1؛ وكلما اقترب من 1، كان تكوين حجم الجسيمات أكثر تجانسًا. يؤثر حجم جسيم الراتنج بشكل كبير على معدل التبادل ومقاومة تدفق المياه والغسيل العكسي. يؤدي حجم الجسيمات الكبير إلى معدلات تبادل أبطأ وقدرة تبادل أقل؛ يؤدي صغر حجم الجسيمات إلى زيادة مقاومة تدفق الماء؛ أما تفاوت حجم الجسيمات، حيث تحصر الجسيمات الصغيرة في مسام الجسيمات الأكبر، فيزيد من مقاومة تدفق الماء ويمنع الغسل العكسي. لذلك، يجب أن يكون حجم الجسيمات مناسبًا وموزعًا بالتساوي.

الكثافة، الوحدة: غ/سم³. تُعبَّر كثافة الراتنج عادةً بالكثافة الظاهرية الرطبة (الكثافة الكلية) في الحالة المائية والكثافة الحقيقية الرطبة.

١- الكثافة الظاهرية الرطبة، الوحدة: غ/سم³. الكثافة الظاهرية الرطبة هي كتلة الراتنج الرطب المعبأة لكل وحدة حجم، وتُستخدم لحساب كمية الراتنج المطلوبة في حاوية التبادل. الكثافة الظاهرية الرطبة = كتلة الراتنج الرطب / حجم الراتنج الرطب. تتراوح الكثافة الظاهرية الرطبة لمختلف الراتنجات التجارية بين ٠٫٦ و٠٫٨٦ غ/سم³ تقريبًا. |

② الكثافة الحقيقية الرطبة، الوحدة: جم/سم³. الكثافة الحقيقية الرطبة هي كثافة جزيئات الراتنج بعد امتصاصها للماء. الكثافة الحقيقية الرطبة = كتلة الراتنج الرطب / حجم جزيئات الراتنج الرطب. لاحظ أن حجم جزيئات الراتنج في الصيغة أعلاه لا يتضمن حجم المسام بين الجزيئات. تكون الكثافة الحقيقية الرطبة بشكل عام 1.04-1.3 جم/سم³. عادةً ما تكون 1.3 جم/سم³ لراتنجات التبادل الكاتيوني و1.10 جم/سم³ لراتنجات الأنيون. تُستخدم الكثافة الحقيقية الرطبة لتحديد شدة الغسيل العكسي لسرير الراتنج. علاوة على ذلك، في سرير الراتنج المختلط، ترتبط الكثافة الحقيقية الرطبة أيضًا بطبقية الراتنج بعد الغسيل العكسي. تكون راتنجات التبادل الأنيوني خفيفة وستكون في الطبقة العليا بعد الغسيل العكسي، بينما تكون راتنجات التبادل الكاتيوني ثقيلة وستكون في الطبقة السفلية بعد الغسيل العكسي. أثناء الاستخدام، تنخفض كثافة الراتينج قليلاً بسبب تساقط المجموعات وكسر السلاسل داخل العمود الفقري للراتنج.

|

راتنجات التبادل الأيوني الهلامية: محتوى الرطوبة (الوحدة: %). يُشير محتوى الرطوبة إلى نسبة كتلة الماء الموجودة في الراتنج الرطب (بعد امتصاصه وتمدده بالكامل في الماء)، وعادةً ما يكون حوالي 50%. يُحدد محتوى الرطوبة بشكل أساسي بدرجة تشابك الراتنج، ونوع المجموعات النشطة وعددها، وعوامل أخرى. كلما انخفضت درجة التشابك، اتسعت مسام الراتنج، وارتفع محتوى الرطوبة.

الانتفاخ (الوحدة: %). يُسمى التغير في حجم الراتنج الناتج عن تغيرات في ظروف مثل امتصاص الماء أو التحول بالانتفاخ. يحدث الانتفاخ عندما تترطب الأيونات المُطلقة من المجموعات النشطة عند ملامستها للماء لتكوين أيونات مُرطبة، مما يؤدي إلى تمدد الشبكة المتشابكة. تُسمى الزيادة في حجم الراتنج الجاف بعد ملامسته للمذيب بدرجة الانتفاخ المطلقة، بينما يُسمى التغير في حجم الراتنج الرطب عند انتقاله من شكل أيوني إلى آخر بدرجة الانتفاخ النسبية، والمعروفة أيضًا بمعدل الانتفاخ الانتقالي. درجة الانتفاخ المطلقة = (الحجم قبل الانتفاخ - الحجم بعد الانتفاخ) / الحجم قبل الانتفاخ. درجة الانتفاخ النسبية (أو معدل الانتفاخ الانتقالي) = (الحجم قبل الانتقال - الحجم بعد الانتقال) / الحجم قبل الانتقال. كلما انخفضت درجة الارتباط المتشابك للراتنج، زادت سهولة تأين المجموعات النشطة، وزادت سعة التبادل، وزادت درجة الانتفاخ. كلما زاد نصف قطر ترطيب الأيونات القابلة للتبادل على الراتنج وانخفض تركيز الإلكتروليت في الماء، زادت...راتنجات التبادل الأيوني من النوع الهلاميدرجة الانتفاخ. ترتيب الانتفاخ لراتنجات الكاتيون شديدة الحموضة وراتنجات الأنيون شديدة القاعدة في أشكال أيونية مختلفة هو: الكاتيونات: H+ سسسسس نا+ سسسسس الأمونيوم+ سسسسس K+ سسسسس أج+؛ الأنيونات: أوه-سسسسس حمض الهيدروكلوريك- ≈ ثاني أكسيد الكربون-سسسسس SO42-سسسسس الكلور-. معدل الانتفاخ لراتنجات التبادل الكاتيونية القائمة على الستيرين من الحمض النووي الريبوزي إلى الصحة الإنجابية (المعبر عنه بـ الحمض النووي الريبوزي→الصحة الإنجابية) يتراوح بين 5% و10% تقريبًا، بينما يتراوح معدل الانتفاخ لراتنجات التبادل الأنيونية القائمة على الستيرين من آر سي آي إلى روه بين 10% و20% تقريبًا. تتميز راتنجات التبادل الكاتيونية ضعيفة الحموضة القائمة على الأكريليك بمعدل انتفاخ مرتفع جدًا، يتراوح بين 60% و70% تقريبًا لـ رويك اتش→رويكنا. لأن جميع الراتنجات تنتفخ بدرجة معينة، يجب توفير مساحة كافية عند تصميم حاوية التبادل. الراتنجات ذات معدلات التمدد التحويلي العالية معرضة للشيخوخة بسبب التمدد والانكماش المتكرر أثناء الاستخدام.

المسامية والمساحة السطحية النوعية: سلسلة D001x14-20 المستخدمة حاليًا راتنجات التبادل الأيوني من النوع الهلامييبلغ متوسط قطر مسامها 10-15.4 نانومتر، ومساميتها (حجم المسام لكل وحدة جسيم من الراتنج) 0.09-0.21 مل/جم، ومساحة سطحها النوعية 16-36.4 متر مربع/جم (جافة). أما الراتنجات الهلامية، فتبلغ مساحة سطحها النوعية أقل من متر مربع واحد/جم.

درجة الترابط، المقاسة بنسبة مئوية، تشير إلى نسبة مادة الربط المتشابك المستخدمة في تصنيع الراتنج. على سبيل المثال، تتم بلمرة الراتنجات القائمة على الستايرين باستخدام الستايرين كمونومر والديفينيل بنزين كمواد ربط متشابكة. تشير درجة الترابط المتشابك إلى الجزء الكتلي من الديفينيل بنزين في الراتنج. تؤثر درجة الترابط المتشابك على العديد من خصائص الراتنج. تزيد الدرجة الأعلى من الترابط المتشابك من القوة الميكانيكية للراتنج وتقلل من مقاومته للتورم في الماء. يمكن أن تؤدي التغييرات في درجة الترابط المتشابك إلى تغيير خصائص مثل سعة التبادل ومحتوى الماء وسعة التورم والقوة الميكانيكية للراتنج. يجب أن تكون درجة الترابط المتشابك لراتنج التبادل الأيوني المستخدم في معالجة المياه من 7٪ إلى 10٪. في هذا الوقت، يتراوح متوسط حجم المسام في شبكة الراتنج من 2 إلى 4 مم. القوة الميكانيكية تعكس القوة الميكانيكية قدرة الراتنج على الحفاظ على سلامة الجسيمات. سينكسر الراتنج عند تعرضه للصدمة أو الاصطدام أو الاحتكاك أو التورم أثناء الاستخدام. لذلك، يجب أن يتمتع الراتنج بقوة كافية، وأن يكون معدل فقده السنوي أقل من 3% إلى 7%. مقاومة الحرارة: تتميز الراتنجات المختلفة بنطاق درجة حرارة تشغيل محدد. في حال تجاوز الحد الأقصى، يخضع الراتنج للتحلل الحراري. عند درجة حرارة منخفضة تصل إلى 0 درجة مئوية، يتجمد الماء الموجود في الراتنج، مما يتسبب في تكسر الجزيئات. عادةً ما يتم التحكم في درجة حرارة تخزين الراتنج واستخدامه لتكون بين 5 و40 درجة مئوية. (10) الموصلية: الراتنج الجاف غير موصل للكهرباء، بينما الراتنج الرطب موصل للكهرباء بفضل الأيونات المتفككة.