Hình 2.1 Cấu tạo của hạt nhựa
2.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi ion trong cột
Hiệu suất sử dụng cột trao đổi được nâng cao qua lựu chọn được loại nhựa thích hợp (nhựa có độ chọn lọc cao với ion cần trao đổi và các yếu tố vận hành khác). Tuy nhiên khi đó nảy sinh khó khoăn trong gian đoạn tái sinh sau đó, vì dung dịch tái sinh chứa đúng loại ion trao đổi mà nhựa ít ưa chuộng hoặc ít nhất sau khi tái sinh độ chọn lọc của nhựa cũng không còn nghiên vẹn.
Tốc độ trao đổi và điều kiện vận hành cũng ảnh hưởng lên điều kiện hoạt động của cột, nó tác động trực tiếp lên bề rộng của các dải nồng độ và khoảng cách giữa chúng.
Hệ trao đổi có tốc độ cao là hệ có nhựa trao đổi có kích thước nhỏ và độ liên kết ngang thấp (khuyếch tán trong chậm nhất) và làm việc ở nhiệt độ cao (thúc đẩy quá trình khuyếch tán). Tuy vậy điều kiện thuận lợi về tốc độ lại gây khó khoăn khác: hạt nhựa kích thướt nhỏ làm tăng trở lực của cột, nhựa có độ liên kết ngang thấp thì độ trương nở lớn làm giảm hiệu suất sử dụng thể tích của cột, dễ tạo ra rãnh trống và dung lượng trao đổi tính theo thể tích thấp. Nhựa có dung lượng thấp gây ra sự chuyển động nhanh của dải nồng độ. Nhiệt độ cao làm giảm tính chọn lọc của nhựa và có thể thúc đẩy các phản ứng hoá học không mong muốn.
Cấu trúc hình học của cột trao đổi cũng ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình trao đổi ion trong cột. Cột trao đổi có chiều cao lớn (cùng tiết diện) làm tăng dung lượng động cũng như dung lượng tĩnh. Nếu điều kiện cân bằng là thuận lợi (B chọn lọc hơn A) và dải nồng độ ở trạng thái ổn định thì cả hai dung lượng tăng khi chiều cao của cột tăng. Hiệu suất sử dụng cột tăng và sẽ đạt tới giá trị gần 100%. Trong trường hợp cân bằng trao đổi không thuận lợi (A chọn lọc lớn hơn B) thì cột càng dài bề rộng dải nồng độ cũng tăng, bởi vậy cột cao đến quá một mức độ nào đó không cải thiện được hiệu suất sử dụng cột. Độ dài của cột tăng dẫn đến lượng nhựa sử dụng lớn và tổn thất áp lực lớn. Một yếu tố ảnh hưởng khác là tỉ lệ giữa chiều cao và đường kính của cột. Tỷ lệ này lớn
(cùng thể tích và cùng tốc độ dòng) làm tăng hiệu quả sử dụng cột nếu cân bằng trao đổi là thuận lợi và ít ảnh hưởng nếu cân bằng trao đổi là không thuận lợi. Yếu điểm của nó là tổn hao áp lực lớn. Mặc khác nếu đường kính (tiết diện) của cột quá nhỏ sẽ gây xáo trộn dòng do phân bố khó điều.
Một số yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng cột như việc bố trí tầng chất trao đổi ion, các vấn đề thuỷ động lực. Bố trí một tầng hạt cũng là yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng cột.
* Như vậy để đạt hiệu quả sử dụng cột cao cần:
+ Chất trao đổi ion có độ chọn lọc cao với ion cần trao đổi trong dung dịch. + Hạt nhựa nhỏ và đều.
+ Nhựa có dung lượng trao đổi tính theo thể tích lớn. + Nhựa có độ liên kết ngang thấp.
+ Nhiệt độ cao.
+ Tốc độ dòng chảy nhỏ.
+ Nồng độ ion trao đổi trong dung dịch nhỏ.
+ Chiều cao cột và tỷ lệ giữa chiều cao và đường kính của cột lớn. Tuy nhiên các hiệu ứng trên mang lại một số hiệu quả trái chiều.