Mụi trường trao đổi ion cú tỏc động rất lớn đến quỏ trỡnh trao đổi, ảnh hưởng lờn bản chất của ion đối trong dung dịch: vỏ hydrat của ion, dạng tồn tại và tương tỏc giữa chỳng với nhau cũng như cỏc cặp ion kốm theo. Mụi trường cũng làm thay đối cấu trỳc của chất trao đổi ion nhưđộ trương nở, bản chất bề mặt và nhúm chức. Sự khỏc biệt về
giỏ trị của dung lượng trao đổi tổng và hiệu dụng chủ yếu do nguyờn nhõn của mụi trường nhất là đối với chất trao đổi ion yếu, cỏc cationit yếu và anionit yếu. Cỏc cationit cú thể xem là cỏc axit cú nhúm chức ( SO3-, COO-, O-) là cỏc bazơ tương ứng của axit H+ hoặc Na+. Cỏc anionit là cỏc bazơ cú nhúm chức (NH3+, = NH2+, N+, N(CH3)+) là cỏc axit tương ứng của cỏc bazơ OH- hoặc Cl-.
Với chất trao đổi ion mạnh, khả năng phõn ly của cỏc nhúm trao đổi cú thể coi là hoàn toàn khụng phụ thuộc vào pH của mụi trường. Ngược lại, với cỏc chất trao đổi ion yếu thỡ khả năng ohaan ly của cỏc nhúm trao đổi phụ thuộc vào pH và kộo theo là
ảnh hưởng túi dung lượng hiệu dụng. Mức độ phõn ly của chỳng phụ thuộc vào độ
mạnh cua bazơ hoặc axit và pH trong hạt nhựa trao đổi.
Nhúm axit sẽ hầu như khụng phõn ly khi pH > pKa và nhúm bazơ cũng sẽ khụng phõn ly khi pH > pKβ. Giỏ trị pH trong hạt nhựa khụng giống ở ngoài mụi trường, tất nhiờn là bị chi phối bởi pH ngoài mụi trường.
Nhỡn chung giỏ trị dung lượng hiệu dụng thấp hơn nhiều so với dung lượng tổng của chất trao đổi ion yếu. Trong trường hợp cỏc axit và bazơở pha ngoài cũng là loại yếu và chất trao đổi ion tương ứng cũng yếu thỡ quỏ trỡnh trở nờn phức tạp hơn. Axit yếu chỉ phõn ly trong vựng pH > pKa của nú, cỏc nhúm chức của anionit yếu muốn phõn ly thỡ pH của mụi trường phải < pKb của nhúm chức ấy. Quỏ trỡnh trao đổi ion chỉ
xảy ra khi mụi trường cú độ pH thớch hợp cho cả 2, cú nghĩa là muốn cú quỏ trỡnh trao
đổi ion đối với hệ như vậy thỡ pKa < pKb của anionit hoặc pKb> pKa của cationit. Như
vậy giỏ trị pKa và pKb của chất trao đổi ion cú vai trũ cực ký quan trọng đối với việc sử dụng chỳng. Giỏ trị pK của một vài loại nhúm chức được ghi trong bảng II.1
Dung lượng hiệu dụng cũng bị tỏc động rất mạnh khi hấp thụ cỏc bazơ của cỏc axit đa húa trị. Vớ dụ: với axit photphoric cú ba bậc phõn ly và cú cỏc giỏ trị pK1 = 2, pK2= 7, pK3=12. Nếu pH trong hạt nhựa anionit mạnh hơn 12 thỡ anion PO43- chiếm tỷ
trọng chớnh và để trao đổi nú cần tới 3 nhúm chức, ở pH thấp hơn cỏc anion HPO42- và H2PO4- lớn hơn và để trao đổi 1 anion chỉ cần hai hoặc một nhúm chức. Nhu vậy nếu tớnh theo lượng photphat trao đổi thỡ ở pH thấp ( giả sử chỉ tồn tại duy nhất H2PO4- ) sẽ
cao gấp 3 lần so với pH cao ( chỉ tồn tại duy nhất dạng PO43-) Đõy chớnh là ưu thế của cỏc chất trao đổi ion yếu nhiều nhúm chức trong việc tỏch chọn lọc hỗn hợp cấu tử thụng qua việc điều chỉnh pH của mụi trường.
Bảng II.1. Giỏ trị pK của một số nhúm chức. Cationit Anionit Nhúm chức Giỏ trị pKa Nhúm chức Giỏ trị pKb SO3H <1 N(CH3)3OH >13 PO3H2 pK1=2-3,pK2=7-8 NH2 7-9 COOH 4-6 NH 7-9 OH 9-10 NH2 5-6 c. Khả năng trương nở
Khả năng trương nở là khả năng chất trao đổi ion hỳt dung mụi làm tăng thể tớch của nú lờn. Khả năng trương nở của nhựa ảnh hưởng đến tốc độ, mức độ trao đổi của cỏc ion cũng như khả năng lựa chọn của chỳng. Hiện tượng trương nởđược nhận biết rất rừ đối với nhựa trao đổi trong mụi trường nước và một số dung mụi phõn cực. Khả năng trương nở của nhựa trao đổi phụ thuộc vào cỏc yếu tố:
Bản chất của dung mụi: Cỏc loại dung mụi phõn cực là cỏc tỏc nhõn gõy trương nở cao do tương tỏc tốt giữa chỳng với cỏc nhúm chức phõn cực và cỏc ion trao đổi.
Mức độ liờn kết ngang: Mức độ liờn kết ngang cao làm giảm độ trương nở của nhựa. Mức độ liờn kết ngang, mạng polyme càng chắc, bền, mật độ vật chất lớn.
Bản chất húa học của nhúm chức: Tương tỏc giữa nhúm chức với dung mụi (phõn cực, nước) càng lớn thỡ độ trương nở của nhựa càng cao. Độ phõn li lớn cũng gõy ra độ
trương nở cao của nhựa.
Mật độ của nhúm chức: Nhựa cú mật độ nhúm chức cao, dung lượng trao đổi lớn chứa nhiều ion trao đổi, khi đú khuynh hướng pha loóng trong mao quản tăng. Vỡ vậy loại nhựa cú dung lượng trao đổi cao sẽ trương nở tốt hơn loại thấp.
Bản chất của ion trao đổi: Đối với nhựa trao đổi cú mức liờn kết ngang cao thỡ trong nước nhựa tồn tại ở dạng hydrat. Khi trao đổi, một ion đối ở ngoài dung dịch sẽ
thay đổi chỗ của ion trong nhựa, nếu ion ấy cú vỏ hydrat lớn hơn ion bờn trong thỡ độ
trương nở sẽ tăng và ngược lại.
Khả năng tạo cặp ion: Nếu ion trao đổi cú khả năng tạo cặp ion bền hoặc tạo phức với nhúm chức thỡ độ trương nở của nhựa giảm do quỏ trỡnh hydrat húa và giảm ỏp suất thẩm thấu.
Nồng độ ion trong dung dịch.: Trong trạng thỏi cõn bằng trao đổi ion với dung dịch, nhựa cú độ trương nở cao khi dung dịch loóng vỡ khả năng pha loóng trong hạt nhựa tăng.
Những yếu tố trờn cú ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn khi sử dụng cột trao đổi ion. Một cột ion cú thể bị vỡ do nhựa trương nở quỏ mạnh hay tạo thành rónh khụng mong muốn khi co ngút nhiều.