離子交換樹(shù)脂是高分子化合物，所以它們的結(jié)構(gòu)和性能因制造工藝的不同而不同，為此，對(duì)于商品離子交換樹(shù)脂的性能，必須用一系列指標(biāo)加以說(shuō)明。

    同一類型的離子交換樹(shù)脂，其交聯(lián)劑加入量的多少，對(duì)產(chǎn)品的物理化學(xué)性能有很大的影響，一般加交聯(lián)劑多（即交聯(lián)度大）的樹(shù)脂，由于許多苯乙烯鏈都被交聯(lián)成網(wǎng)狀，所以其產(chǎn)品有網(wǎng)孔小、機(jī)械強(qiáng)度大和穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)，其特點(diǎn)是交換容量較小。

     一、物理性能

     1、外觀

      ⑴ 顏色。離子交換樹(shù)脂是一種透明或半透明的物質(zhì)，依其組成的不同，呈現(xiàn)的顏色也各異，苯乙烯系均呈黃色，其他也有黑色及赤褐色的。樹(shù)脂的顏色稍深。樹(shù)脂在使用中，由于可交換離子的轉(zhuǎn)換或受雜質(zhì)的污染等原因，其顏色會(huì)發(fā)生變化，但這種變化不能確切表明它發(fā)生了什么改變，所以只可以作為參考。

      ⑵ 形狀。離子交換樹(shù)脂一般均呈球形。樹(shù)脂呈球狀顆粒數(shù)占顆?？倲?shù)的百分率，稱為圓球率。對(duì)于交換柱水處理工藝來(lái)說(shuō)，圓球率愈大愈好，它一般應(yīng)達(dá)90%以上。

      樹(shù)脂圓球率的測(cè)定方法，是先將樹(shù)脂在60℃烘干、稱重，然后慢慢倒在傾斜10°的玻璃上端，讓樹(shù)脂分散地向下自由滾動(dòng)，將滾動(dòng)下來(lái)的樹(shù)脂再稱重，后者與前者比值的百分?jǐn)?shù)即為圓球率。

       2、粒度

      樹(shù)脂顆粒的大小對(duì)水處理的工藝過(guò)程有較大的影響。顆粒大，交換速度就慢；顆粒小，水通過(guò)樹(shù)脂層的壓力損失就大。如果各個(gè)顆粒的大小相差很大，則對(duì)水處理的工藝過(guò)程是不利的。這首先是因?yàn)樾☆w粒堵塞了大顆粒間的孔隙，水流不勻和阻力增大；其次，在反洗時(shí)流速過(guò)大會(huì)沖走小顆粒樹(shù)脂，而流速過(guò)小，又不能松動(dòng)大顆粒。用于水處理的樹(shù)脂顆粒粒徑一般為0.3～1.2mm。樹(shù)脂粒度的表示法和過(guò)濾介質(zhì)的粒度一樣，可以用有效粒徑和不勻系數(shù)表示。

      3、密度

      離子交換樹(shù)脂的密度是水處理工藝中的實(shí)用數(shù)據(jù)。例如在估算設(shè)備中樹(shù)脂的裝載量，需要知道它的密度。離子交換樹(shù)脂的密度有以下幾種表示法。

    （1）干真密度。干真密度即在干燥狀態(tài)下樹(shù)脂本身的密度：

                    干真密度 ＝    g/mL

           此值一般為1.6左右,在實(shí)用意義不大,常用在研究樹(shù)脂性能方面。

     （2）濕真密度。濕真密度是指樹(shù)脂在水中經(jīng)過(guò)充分膨脹后，樹(shù)脂顆粒的密度：

                    濕真密度 ＝  g/mL

    （3）濕視密度.濕視密度是指樹(shù)脂在水中充分膨脹后的堆積密度:

                     濕視密度 ＝  g/mL

      濕視密度用來(lái)計(jì)算交換器中裝載樹(shù)脂時(shí)所需濕樹(shù)脂的質(zhì)量,此值一般在0.60～0.85之間。陰樹(shù)脂較輕，偏于下限；陽(yáng)樹(shù)脂較重，偏于上限。

      4、含水率

     離子交換樹(shù)脂的含水率是指它在潮濕空氣中所保持的水量，它可以反映交聯(lián)度和網(wǎng)眼中的孔隙率。樹(shù)脂的含水率愈大，表示它的孔隙率愈大，并聯(lián)度愈小。

     5、溶脹性

     當(dāng)將干的離子交換樹(shù)脂浸入水中時(shí),其體積常常要變大,這種現(xiàn)象稱為溶脹。

     影響溶脹率大小的因素有以下幾種：

    （1）溶劑。樹(shù)脂在極性溶劑中的溶脹性,通常比在非極性溶劑中強(qiáng)。

    （2）交聯(lián)度。高交聯(lián)度樹(shù)脂的溶脹能力較低。

    （3）活性基團(tuán)。此基團(tuán)愈易電離，樹(shù)脂的溶脹性愈強(qiáng)。

    （4）交換容量。高交換容量離子交換樹(shù)脂的溶脹性要比低交換容量的強(qiáng)。

    （5）溶液深度。溶液中電解質(zhì)濃度愈大，由于樹(shù)脂內(nèi)外溶液的滲透壓差減小，樹(shù)脂的溶脹率愈小。

    （6）可交換離子的本質(zhì)。可交換的水合離子半徑愈大，其溶脹率愈大，故對(duì)于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂，溶脹率大小的次序?yàn)椋?/span>

                H＋＞Na＋＞NH4＋＞K＋＞Ag＋

              OH－＞HCO3≈CO32-＞SO42-＞Cl-

     一般，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂由Na轉(zhuǎn)變成H型，強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂由Cl型轉(zhuǎn)變成OH型，其體積均增加約5%。

     由于離子交換樹(shù)脂具有這樣的性能，因而在其交換和再生的過(guò)程中會(huì)發(fā)生脹縮現(xiàn)象，多次的脹縮就容易促使樹(shù)脂顆粒碎裂。

     6、耐磨性

     交換樹(shù)脂顆粒在運(yùn)行中，由于相互磨軋和脹縮作用，會(huì)發(fā)生碎裂現(xiàn)象，所以其耐磨性是一個(gè)影響其實(shí)用性能的指標(biāo)。一般，其機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)能保證每年的樹(shù)脂耗損量不超過(guò)3%～7%。

     7、 溶解性

     離子交換樹(shù)脂是一種不溶于水的高分子化合物，但在產(chǎn)品中免不了會(huì)含有少量低聚物。因這些低聚物較易溶解，所以其應(yīng)用的zui初階段。這些物質(zhì)會(huì)逐漸溶解。

     離子交換樹(shù)脂在使用中，有時(shí)也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變成膠體漸漸溶入水中的現(xiàn)象，即所謂膠溶。促使膠溶的因素有：樹(shù)脂的交聯(lián)度小、電離能力大、離子的水合半徑大，有時(shí)還有受高溫或被氧化的影響。特別是強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂，它會(huì)因化學(xué)降解而產(chǎn)生膠溶現(xiàn)象。

     所以在運(yùn)行中要密切注意其運(yùn)行條件：如離子交換樹(shù)脂處于蒸餾水中要比在鹽溶液中易膠溶，Na型比Ca型易膠溶。離子交換器備用后剛投入運(yùn)行時(shí)，有時(shí)發(fā)生出水帶色的現(xiàn)象，就是膠溶的緣故。

     8、 耐熱性

     各種樹(shù)脂所能承受的溫度都有限度，超過(guò)此溫度，樹(shù)脂熱分解的現(xiàn)象就很嚴(yán)重。由于各種樹(shù)脂的耐熱性能不一，所以對(duì)每種樹(shù)脂能承受的zui高溫度，應(yīng)由鑒定試驗(yàn)來(lái)確定。一般陽(yáng)樹(shù)脂可耐100℃或更高的溫度；陰樹(shù)脂，強(qiáng)堿性的約可耐60℃，弱堿性的可耐80℃以上。通常，鹽型要比酸型或堿型穩(wěn)定。

     9、 抗凍性

     根據(jù)對(duì)各種樹(shù)脂在－20℃的抗凍性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大孔型樹(shù)脂的搞凍性優(yōu)于凝膠型樹(shù)脂，實(shí)際上冰對(duì)大孔型樹(shù)脂沒(méi)有影響。凝膠型陽(yáng)樹(shù)脂的抗凍性不如陰樹(shù)脂。無(wú)論陰、陽(yáng)樹(shù)脂，機(jī)械強(qiáng)度好的（磨后圓球率高），抗凍性能也好。進(jìn)行濾干外部水分的001×7陽(yáng)樹(shù)脂10周期（凍干24h，再*解凍24h為1周期）的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)磨后圓球率有所下降，裂球率提高，冰凍對(duì)浸在水中的001×7陽(yáng)樹(shù)脂的磨后圓球率幾乎無(wú)影響；201×7陰樹(shù)脂不管濾干外部水分、還是浸在水中冰凍，磨后圓球率和裂球率均變化不大，表明陰樹(shù)脂韌性較強(qiáng)。 

     10、 耐輻射性能

     在有核反應(yīng)堆的企業(yè)中，所用離子交換劑的抗輻射性是很重要的。一般而論，無(wú)機(jī)離子交換劑的耐輻射性能較好，而樹(shù)脂均易降解，其中又以陰樹(shù)脂為嚴(yán)重。

     11、導(dǎo)電性

     干燥的離子交換樹(shù)脂不導(dǎo)電，純水也不導(dǎo)電，但用純水潤(rùn)濕的離子交換樹(shù)脂可以導(dǎo)電，所以這種導(dǎo)電屬于離子型導(dǎo)電。這種導(dǎo)電在離子交換膜及樹(shù)脂的催化作用上很重要。

     二、化學(xué)性能

     離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性能，有離子交換、催化和形成絡(luò)鹽等。對(duì)于水處理來(lái)說(shuō)，以離子交換zui為重要。今將有關(guān)離子交換方面的性能敘述于下。

     1、 離子交換反應(yīng)的可逆性

     離子交換反應(yīng)是可逆的，例如當(dāng)以含有硬度的水通過(guò)H型離子交換樹(shù)脂時(shí)，其反就如下式：

               2RH ＋ Ca2＋  →  R2Ca ＋ 2H＋

     當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到失效后，為了恢復(fù)離子交換樹(shù)脂的交換能力，就可以利用離子交換反應(yīng)的可逆性，用硫酸或鹽酸溶液通過(guò)此失效的離子交換樹(shù)脂，以恢復(fù)其交換能力，其反應(yīng)如下：

               R2Ca ＋ 2H＋   →  2RH ＋ Ca2＋

     這兩種反應(yīng)，實(shí)質(zhì)上就是可逆反應(yīng)式（1－1）化學(xué)平衡的移動(dòng)。當(dāng)水中Ca2＋和H型離子交換樹(shù)脂多時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行，反之，則逆向進(jìn)行。

              2RH ＋ Ca2＋   →  R2Ca ＋ 2H＋    （1－1）

     離子交換反應(yīng)的可逆性，是離子交換樹(shù)脂可以反復(fù)使用的重要性質(zhì)。

     2、酸、堿性

     H 型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和OH型陰離子交換樹(shù)脂的性能與電解質(zhì)酸、堿相同，在水中有電離出H＋和OH－的能力。因此，根據(jù)此能力的大小可以有強(qiáng)弱之分。例如

     磺酸型是強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂

     羧酸型是弱酸性離子交換樹(shù)脂

     季胺型是強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂

     伯胺、仲胺和叔胺型是弱堿性離子交換樹(shù)脂：

     也有些離子交換樹(shù)脂介于上述強(qiáng)弱之間，例如－PO3H2（膦酸基）型離子交換樹(shù)脂就是中等酸性的。 

     強(qiáng)酸性H 型交換樹(shù)脂在水中電離出H＋的能力較大，所以它很容易和水中其他各種陽(yáng)離子進(jìn)行交換反應(yīng)；而弱酸性H 型交換樹(shù)脂在水中電離出的H＋能力較小，故當(dāng)水中有一定量的H＋時(shí)，就顯示不出交換反應(yīng)。強(qiáng)堿性和弱堿性陰離子交換樹(shù)脂的情況與此相似。

      3、中和與水解

      離子交換樹(shù)脂的中和與水解的性能和通常的電解質(zhì)一樣。H離子交換樹(shù)脂和堿溶液會(huì)進(jìn)行中和反應(yīng)，如強(qiáng)酸性H離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)堿NaOH相遇，則中和反應(yīng)進(jìn)行得很*，如下式：

               RSO3H ＋ NaOH   →  RSO3Na ＋ H2O

     因此，H型離子交換樹(shù)脂酸性的強(qiáng)弱，和一種化合物酸性的強(qiáng)弱一樣，可用測(cè)定滴定曲線的辦法求得。

     它的水解反應(yīng)也和通常電解質(zhì)的水解反應(yīng)一樣，當(dāng)水解產(chǎn)物有弱酸或弱堿時(shí)，水解度就較大，如下式：

              RCOONa ＋ H2O   →   RCOOH ＋ NaOH

               RNH3Cl ＋ H2O   →    RNH3OH ＋ HCl

     所以，具有弱酸性基團(tuán)和弱堿性基團(tuán)的離子交換樹(shù)脂的鹽型，容易水解。

     4、離子交換樹(shù)脂的選擇性

     離子交換樹(shù)脂吸著各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹(shù)脂吸著，但吸著后要把它置換下來(lái)就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來(lái)卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。選擇性會(huì)影響到離子交換樹(shù)脂的交換和再生過(guò)程，故在實(shí)際應(yīng)用中是一個(gè)很重要的問(wèn)題。

     影響離子交換樹(shù)脂選擇性的因素很多，例如交換離子的種類、樹(shù)脂的本質(zhì)、溶液的濃度等。離子交換的選擇性實(shí)際上是離子交換平衡的一種表現(xiàn)。

     5、交換容量

     離子交換樹(shù)脂的交換容量表示其可交換離子量的多少。其表示單位有以下兩種：一是質(zhì)量表示法，即單位質(zhì)量離子交換樹(shù)脂吸著能力，通常用mmol/g表示；另一種是體積表示法，即單位體積離子交換樹(shù)脂的吸著能力，通常用mmol/m3表示。

     在表示交換容量時(shí)，應(yīng)把交換樹(shù)脂上可交換離子的形態(tài)闡述清楚，因?yàn)殡x子交換樹(shù)脂形態(tài)不同，其質(zhì)量和體積也不相同。為了統(tǒng)一起見(jiàn)，一般是陽(yáng)離子交換樹(shù)脂以Na型為準(zhǔn)（也有以H型為準(zhǔn)的），陰離子交換樹(shù)脂以Cl型為準(zhǔn)。必要時(shí)，應(yīng)標(biāo)明其離子形態(tài)。

     今將常用的全交換容量、工作交換容量和平衡交換容量敘述如下：

    （1） 全交換容量（Q）。此指標(biāo)表示離子交換樹(shù)脂中所有活性基團(tuán)的總量，即將樹(shù)脂中所有活性基團(tuán)全部再生成某種可交換的離子，然后測(cè)定其全部交換下來(lái)的量。對(duì)于同一種離子交換樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，它是常數(shù)。這種交換容量主要用于離子樹(shù)脂的研究方面。

    （2）工作交換容量（QG）。工作交換容量是在交換柱中，模擬水處理實(shí)際運(yùn)行條件下測(cè)得的交換容量，就是把離子交換樹(shù)脂放在動(dòng)態(tài)交換柱中，通過(guò)需要處理的水，直到濾出液中有要交換的離子漏出為止所發(fā)揮出的交換容量，稱為工作交換容量。影響工作交換容量的因素甚多：如進(jìn)水中離子的濃度、交換終點(diǎn)的控制指標(biāo)、樹(shù)脂層的高度、水流速度等。此外，通常為了節(jié)約再生劑的用量，交換劑并不能得到*再生，這也會(huì)對(duì)工作交換容量有很大影響。所以在測(cè)定工作交換容量時(shí)，應(yīng)明確規(guī)定這些運(yùn)行條件，或根據(jù)設(shè)備情況、原水水質(zhì)和對(duì)出水水質(zhì)的要求等，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。工作交換容量常用體積表示法，即mmol/m3或mol/L。

     顯然，離子交換樹(shù)脂的再生程度對(duì)其交換容量有很大的影響。如經(jīng)充分再生，則可得到zui大的工作交換容量。

    （3）平衡交換容量（QP）。離子交換樹(shù)脂*再生后，求它和一定組成的水溶液作用到平衡狀態(tài)時(shí)的交換容量，稱為平衡交換容量。此指標(biāo)表示在某種給定溶液中離子交換樹(shù)脂的zui大交換容量。它不是常數(shù)，只與平衡的溶液組成有關(guān)。