离子交换树脂
离子交换树脂
RSO3Na + HCl
RSO3Na
❖ b.用酸再生：
❖ RSO3Na + HCl
RSO3H + NaCl
❖ 即 H+
Na+
❖
❖ 阴离子交换树脂：
❖ RO－H－N+（CH3）3OH－
RN（CH3）3+ +
❖ R3C－l N+（NCaOHH3）3OH + NaCl
R－N（CH3）
❖ 以三甲胺化的酸性最强，再生稍困难，以二 甲基乙醇胺（CH3）2NC2H4OH等在N—烷基 上引入醇基的胺进行季胺化则酸性多少有所 减弱。
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH2 CH CH2 CH
ClCH2OCH3 ZnCl2
CH2 CH
CH2Cl
N（CH3）3
CH2 CH CH2N+(CH3 )2C2H4O H N(CH3)2C2H4OH
❖ 一般说：加大交联度、减小粒度，机械强度 提高
（2） 交换容量： ❖ 交换容量是表示树脂交换能力大小的量，
常以每克干树脂能交换的离子毫克当量数表示。 ❖ 用途不同，对交换容量要求也不同。
如：用于软化水的树脂，交换容量则以高为好； 而用作催化剂的树脂，交换容量则不宜过高。
❖ 一般说：加大交联度提高了机械强度，同时降低 了交换容量，甚至可失去交换能力。
第二章、离子交换树脂
一、定义和分类 二、离子交换作用 三、合成方法 四、应用
思考题：
❖ 1.什么是离子交换树脂？ ❖ 2.举例说明离子交换树脂的类型。 ❖ 3.写出聚苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂
的合成路线。 ❖ 4.说明离子交换树脂的离子交换机理。 ❖ 5.评价离子交换树脂的性能指标有哪些？ ❖ 6. 说明离子交换树脂的用途。
离子交换树脂的种类
离子交换树脂的种类
一、强酸型树脂：
1.高强度硫酸型树脂：这是最常见的一种离子交换树脂，其含有大量的硫酸基团（-SO3H），用于去除水中的碱性金属离子和硝酸盐。
2.高强度氯酸型树脂：这类树脂中含有氯酸基团（-COOH），广泛应用于氯离子和硝酸盐的去除。
二、弱酸型树脂：
1.丙烯酸型树脂：这类树脂含有丙烯酸基团（-COONa），适用于去除水中的钙、镁离子。
2.磷酸型树脂：这类树脂含有磷酸基团（-PO3H2），能够去除水中的钙、镁离子和铁离子。
三、强碱型树脂：
1.强碱型丙烯酸树脂：这类树脂含有胺基团（-NR3），适用于去除水中的酸性离子（如硫酸根离子）。
2.纤维素型强碱型树脂：这类树脂适用于去除水中的有机物、色素和重金属离子。
四、弱碱型树脂：
1.弱碱型丙烯酸树脂：这类树脂含有氨基团（-NH2），能够去除水中的酸性离子和重金属离子。
2.氨基型树脂：这类树脂含有氨基团（-NH2），用于水处理中的去除和回收硫酸铵。
此外，根据交换基团的不同，离子交换树脂还可分为单质离子交换树脂和复质离子交换树脂。
其中，单质离子交换树脂是指只含有一种交换基团，而复质离子交换树脂则含有两种或两种以上的交换基团。
综上所述，离子交换树脂的种类繁多，根据不同的应用领域和水质需要选择适用的树脂类型，以达到最佳的净化和分离效果。
离子交换树脂标准
离子交换树脂标准一、引言离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、医药、食品等领域的重要材料。
其标准规格和质量对于保证生产和使用过程的安全、稳定、高效具有重要意义。
本文将从离子交换树脂的分类、标准规格、检测方法等方面进行探讨。
二、离子交换树脂的分类离子交换树脂按照不同的分类方式有多种类型。
按照所处理溶液的性质和要求，可以分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
阳离子交换树脂主要用于去除溶液中的阳离子，如钙、镁、钠等；阴离子交换树脂则主要用于去除溶液中的阴离子，如氯、硫酸根等。
此外，按照使用环境和目的的不同，还可以分为工业级离子交换树脂和食品级离子交换树脂等。
三、离子交换树脂的标准规格1.外观：离子交换树脂应为颗粒状，颜色均匀，无杂质和碎屑。
2.粒度：离子交换树脂的粒度应符合相关标准，以保证其吸附和脱附性能。
3.含水量：离子交换树脂的含水量应控制在一定范围内，以保证其稳定性和使用寿命。
4.交联度：交联度是离子交换树脂的重要参数，它决定了树脂的机械强度和稳定性。
5.密度：密度是离子交换树脂的一个重要指标，它反映了树脂的纯度和质量。
6.酸碱性：离子交换树脂的酸碱性应符合相关标准，以保证其在使用过程中的稳定性和安全性。
7.抗污染性：离子交换树脂应具有良好的抗污染性，以保证其在长期使用过程中不会受到污染。
8.再生性能：离子交换树脂应具有良好的再生性能，以保证其在多次使用过程中的性能稳定。
9.机械强度：离子交换树脂应具有一定的机械强度，以保证其在运输和使用过程中的稳定性。
10.化学稳定性：离子交换树脂应具有良好的化学稳定性，以保证其在不同pH值和温度条件下的稳定性。
四、离子交换树脂的检测方法1.外观检测：通过观察离子交换树脂的颜色、颗粒大小和形状等外观特征，可以初步判断其质量。
2.粒度检测：通过测量离子交换树脂的粒度分布，可以评估其吸附和脱附性能。
3.含水量检测：通过测量离子交换树脂的含水量，可以评估其稳定性和使用寿命。
离子交换树脂基础知识
压缩空气的压力：0.1~0.15MPa 压缩空气的流量：2~3Nm3/(m2·s) 混合时间：30~60s
离子交换树脂基础知识
水处理专业学习笔记
离子交换树脂的结构
二乙烯苯将苯乙烯单体聚合而成 的线型高分子交联起来，搭接成 一个立体型的高分子化合物，不 溶于水的球状固体（树脂）。
苯乙烯和二乙烯苯聚合成的网状 聚合物树脂，是透明或半透明的 凝胶状结构。
离子交换树脂的双电层结构
由内层的带负电荷的固定离子和 外层的带正电荷的可交换离子组 成了“双电层结构”。
强酸阳树脂Na型
可以独立使用 用Na+置换水中的Ca2+、Mg2+ 去除了钙、镁的碳酸盐硬度和永久硬度 离子交换之后，水中阴离子成分不改变，水的碱度不改变 使用NaCl溶液再生
弱酸阳树脂H型
不独立使用 用H+置换水中的Ca2+、Mg2+ 去除了钙、镁的碳酸盐硬度，不能去除永久硬度 对于中性盐没有交换能力 离子交换之后，水的碱度降低，碳酸盐硬度降低，出水微酸，有CO2 使用HCl溶液再生
H-Na软化降碱
弱酸阳树脂H型+强酸阳树脂Na型
强酸阳树脂H型
不独立使用 用H+置换水中所有阳离子 离子交换后，中性溶解盐都转变成了相应的强酸，出水酸性 离子交换后，碳酸盐转变成了碳酸 使用HCl溶液再生
强碱阴树脂OH型
不独立使用 用OH-置换水中所有阴离子 离子交换后，溶液呈碱性 使用NaOH溶液再生
树脂的交换
磺酸型强酸性阳树脂（R-Na+的亲合力大于H+ 完全交换后的树脂为R-SO3Na 交换后的溶液呈酸性
离子交换树脂简介
dq / dt D c1 c2 /
影响离子交换扩散速度的因素 1.树脂的交联度越大，网孔越小，则内扩散越慢。 2.树脂颗粒越小，由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表 面积增大，使扩散速度越快。 3.溶液离子浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度越大， 扩散速度越快。 4.提高水温能使离子的动能增加，水的粘度减小，液膜 变薄，这些都有利于离子扩散。 5.交换过程中的搅拌或流速提高，使液膜变薄，能加快 液膜扩散，但不影响内孔扩散。 6.被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大，内孔扩 散速度越慢。
化学性能
（一）有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水 的pH值势必对其交换容量产生影响。
表 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型 有效pH值范围 强酸性 0~14 弱酸性 4~14 强碱性 0~14 弱碱性 0~7
化学性能
(二) 交换容量 单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表 示法)可发生交换的活性基团数量。 容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 Ew = Ev ×[湿比重×(1-含水率)] 全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。 工作交换容量： 在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层 达到的平均交换容量。
3.1按交换基团的性质分类
单功能机
强酸：-SO3H,-CH2SO3H 中强酸：-PO(OH)2，-SeO2(OH) 弱酸：-COOH 磺酸加羧酸：-SO3H+-COOH 磺酸加酚：-SO3H+PhOH 磺酸加酚加羧酸 羧酸加酚 第I型，季胺-(CH)3N+Cl强碱 第II型，季胺-(CH)2N+(CH2CH2OH)Cl第一胺：-NH2 第二胺：-NRH 第三胺：-NR2 巯基：
第1章-离子交换树脂方案
强酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将1 g BPO溶于80 g苯乙烯与20 g二乙烯基苯（纯
度50％）的混合单体中。搅拌下加入含有5 g明胶的 500 mL去离子水中，分散至所预计的粒度。从70℃逐 步升温至95℃，反应8～10 h，得球状共聚物。过滤、 水洗后于100～120℃下烘干。即成“白球”。
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH3OCH2Cl ZnCl2
CH2 CH CH2 CH
+ CH3OH
CH2 CH
CH2Cl
所得的中间产品通常称为“氯球”。用氯球可十 分
容易地进行胺基化反应。
N(CH3)
CH2Cl
N(CH3)C2H4OH
Ⅰ型强碱型阴离子交换树脂 CH2N+(CH3)3Cl-
图1—1 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图
从图中可见，树脂由三部分组成：三维空间结构 的网络骨架；骨架上连接的可离子化的功能基团；功 能基团上吸附的可交换的离子。
强酸型阳离子交换树脂的功能基团是—SO3-H+， 它可解离出H+，而H+可与周围的外来离子互相交换。 功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由 它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子 互相交换。这种能自由移动的离子称为可交换离子。
度 （质量百分数），而对大孔型树脂，则在型号前冠以 字母“D”。
各类离子交换树脂的具体编号为： 001—099 强酸型阳离子交换树脂 100—199 弱酸型阳离子交换树脂 200—299 强碱型阴离子交换树脂 300—399 弱碱型阴离子交换树脂 400—499 螯合型离子交换树脂 500—599 两性型离子交换树脂 600—699 氧化还原型离子交换树脂
类中属酸性的，在基本名称前加“阳”字；凡分类中 属
使用离子交换树脂需要注意的事项
使用离子交换树脂需要注意的事项离子交换树脂是一种常用的固相吸附材料，广泛应用于水处理、药品制造、食品加工和化工等领域。
使用离子交换树脂需要注意下列事项。
1.选择合适的树脂类型：根据所需处理物质的性质选择合适的离子交换树脂类型。
不同的树脂具有不同的官能团和交换容量，需要仔细考虑。
2.树脂的预处理：新购买的离子交换树脂需要进行预处理，一般包括浸泡、反洗和再生等步骤。
具体步骤可根据树脂生产厂商提供的说明进行操作。
3.树脂的饱和度：离子交换树脂在使用过程中会渐渐饱和，需要进行再生处理或更换新的树脂。
及时检测和处理饱和的树脂，确保处理效果的稳定性。
4.树脂的亲水性：离子交换树脂的的亲水性会影响树脂的水解和使用寿命，需要根据具体应用情况选择亲水性较好的树脂。
5.树脂的水解问题：离子交换树脂如果具有较强的水解性，使用过程中可能会导致树脂颗粒溶解并释放有害物质。
因此，在选择树脂时需要了解其水解性，并尽量选择水解性较小的树脂。
6.树脂的灌注和控制流速：灌注离子交换树脂时需要注意控制流速，以避免对树脂结构的损伤。
7.树脂的反洗和再生：离子交换树脂在使用一段时间后，会出现附着有机物和无机盐等物质的情况，需要进行适当的反洗和再生。
反洗和再生的方法和步骤可以根据树脂类型和使用情况进行调整。
8.树脂的保存：长时间不使用的树脂需要进行保存，以免受潮、氧化或污染。
保存树脂时，应该尽量避免接触可以引起污染的物质，并保持干燥。
9.树脂的安全操作：在使用离子交换树脂过程中，需要遵守操作规范，戴好手套、护目镜等个人防护装备，避免接触皮肤和吸入树脂粉尘。
如果不慎接触到树脂，应及时用大量清水冲洗，必要时寻求医疗救助。
综上所述，使用离子交换树脂需要注意树脂类型选择、预处理、饱和度监测、树脂亲水性和水解性、灌注和流速控制、反洗和再生操作、树脂的保存和废弃物处理等事项。
只有重视这些注意事项，才能更好地应用离子交换树脂，提高其使用效果。
离子交换树脂概述
2
强碱性 2
3
弱碱性 3
4
螯合性 4
5
两性 5 脲醛系
6
氧化还原 6 氯乙烯系
骨架类型 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系
例如：001×7——(凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 。 110×4——(凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4。 D201——大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。
基本概念
发展史
1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象；
1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系； 1935年人工合成了离子交换树脂；
1940年应用于工业生产；
1951年我国开始合成树脂。
基本概念
离子交换树脂的构成
离子交换树脂是一种不溶于酸碱和有机溶剂的网状
离子交换树脂概述
基本概念
概念
概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的 待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在 树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上 洗脱下来，达到分离的目的。 和其它吸附过程相比： 主要吸附水中离子态物质 交换剂的离子和水中离子进行等当量的交换
基本概念
水质软化
Na离子交换软化系统 2 R—Na+Ca (HCO3)2=R2—Ca+ 2NaHCO3
2R—Na+CaSO4= R2—Ca + Na2SO4
2 R—Na+MgCl2 = R2—Mg + 2NaCl2
蛋白质提取
实验室分离用
蛋白质提取
平衡 上样吸附 洗脱 再生
基本概念
离子交换树脂法
离子交换树脂法离子交换树脂法是一种常用的分离纯化技术，广泛应用于工业生产、环境保护、食品加工等领域。
本文将介绍离子交换树脂法的原理、应用以及优缺点。
一、离子交换树脂法的原理离子交换树脂是一种具有离子交换能力的高分子材料，具有很强的吸附能力和选择性。
它由大量的交联聚合物组成，其中含有一些可以与溶液中的离子发生交换反应的官能团。
当溶液通过离子交换树脂时，溶液中的离子会与树脂中的固定离子交换位置，使溶液中的离子被树脂吸附下来，从而实现对离子的分离纯化。
离子交换树脂法的分离过程主要包括吸附、洗脱和再生三个步骤。
首先，将待处理的溶液通过离子交换树脂床层，树脂上的固定离子与溶液中的目标离子发生吸附反应，目标离子被树脂吸附下来。
然后，通过改变溶液的pH值、离子强度或添加特定的洗脱剂等方式，将吸附在树脂上的目标离子洗脱出来，得到纯净的目标物质。
最后，通过再生处理，将树脂中的固定离子再生，使其恢复吸附能力，以便下一轮的分离操作。
离子交换树脂法在许多领域都有广泛的应用。
其中，工业生产是离子交换树脂法的主要应用领域之一。
在化工、制药、电子等行业中，离子交换树脂法被用于分离和纯化目标物质，去除杂质，提高产品的纯度和质量。
例如，离子交换树脂可以用于水处理，去除水中的重金属离子、有机物、硬度物质等。
另外，离子交换树脂还可以用于废水处理，去除废水中的有害离子，净化废水，达到环境保护的目的。
离子交换树脂法还被广泛应用于食品加工领域。
食品加工过程中，离子交换树脂可以用于去除食品中的杂质、色素、异味物质等，提高食品的品质和口感。
例如，离子交换树脂可以用于提取果汁中的杂质，去除苦味物质，改善果汁的口感；还可以用于去除啤酒中的苦味物质，使啤酒更加醇香。
三、离子交换树脂法的优缺点离子交换树脂法具有许多优点。
首先，离子交换树脂法操作简单，设备投资相对较低，适用于各种规模的生产工艺。
其次，离子交换树脂具有很强的选择性，可以根据需要选择合适的树脂和操作条件，实现对目标离子的高效分离。
离子交换树脂标准手册
离子交换树脂标准手册离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、生物制药等领域的功能性材料。
它具有高效去除水中杂质、回收金属离子、分离和纯化化合物等重要作用。
离子交换树脂的应用范围非常广泛，因此对其性能和质量的标准化要求也日益严格。
本手册旨在对离子交换树脂的标准进行系统总结和解读，帮助相关行业从业人员更好地了解和应用离子交换树脂。
一、离子交换树脂的分类。
离子交换树脂根据其结构和功能可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
阳离子交换树脂通常是含有氨基或胺基等功能基团的树脂，具有对阴离子有选择性的吸附能力；而阴离子交换树脂则是含有硫酸基、羧基等功能基团的树脂，具有对阳离子有选择性的吸附能力。
此外，还有混床树脂，它是将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂按一定比例混合而成，用于高纯水的制备和超纯水的纯化。
二、离子交换树脂的性能指标。
离子交换树脂的性能指标包括吸附容量、交换容量、平衡时间、再生性能等。
吸附容量是指单位体积或单位质量树脂对特定离子的吸附量，它直接影响着树脂的使用寿命和效果；交换容量是指单位质量或单位体积树脂所含功能基团的离子交换量，是衡量树脂离子交换能力的重要参数；平衡时间是指树脂在与溶液接触后达到吸附平衡所需的时间，平衡时间短则能提高树脂的工作效率；再生性能是指树脂吸附饱和后经再生处理后的吸附性能恢复情况，直接关系到树脂的再生利用率和经济性。
三、离子交换树脂的应用。
离子交换树脂在水处理领域被广泛应用，如软化水、去除重金属离子、脱盐等；在化工领域，用于有机物的分离和纯化，金属离子的回收等；在生物制药领域，用于蛋白质的纯化和分离等。
此外，离子交换树脂还被应用于食品工业、环境保护、电子工业等领域，发挥着重要作用。
四、离子交换树脂的标准化管理。
为了保证离子交换树脂的质量和应用效果，各国都制定了相应的标准和规范。
在中国，离子交换树脂的标准主要由国家标准化管理委员会负责制定和管理，其中包括产品质量标准、检验方法标准、使用规范等。
第1章-离子交换树脂
24
1.5 离子交换树脂的制备方法
12
1.3 离子交换树脂的分类
离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和最 重要的分类方法有以下两种。 （1）按交换基团的性质分类
按交换基团性质的不同，可将离子交换树脂分为 阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。
13
阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和 弱酸型三种。如R—SO3H为强酸型，R—PO(OH)2为 中酸型，R—COOH为弱酸型。习惯上，一般将中酸 型和弱酸型统称为弱酸型。
大家好
1
第一章 离子交换树脂
2
1.1 概述
1.1.1 离子交换树脂的发展简史
离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化 合物。它具有一般聚合物所没有的新功能——离子交 换功能，本质上属于反应性聚合物。
离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，其 历史可追溯到上一世纪30年代。1935年英国的Adams 和Holmes发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子 交换性能的工作报告，开创了离子交换树脂领域，同 时也开创了功能高分子领域。
1.5.1 凝胶型离子交换树脂 凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部
分：合成一种三维网状结构的大分子和连接上离子交 换基团。
具体方法，可先合成网状结构大分子，然后使之 溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上。也 可先将交换基团连接到单体上，或直接采用带有交换 基团的单体聚合成网状结构大分子的方法。
离子交换树脂的概念
离子交换树脂是一种高分子化合物，通常是球形颗粒状，具有网状结构和不溶性。
它的分子中含有能够交换离子的活性基团，这些基团能够与溶液中的离子发生交换反应，从而实现对溶液中离子的选择性分离和纯化。
离子交换树脂广泛应用于水处理、食品加工、制药、化工等领域。
其主要作用是去除水中的杂质、离子和微生物等，使水质更加纯净。
同时，离子交换树脂还可以用于分离和纯化有机化合物和生物大分子等。
离子交换树脂的分类主要根据其化学结构和交换反应类型进行。
常见的离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，其中阳离子交换树脂又可分为强酸型和弱酸型，阴离子交换树脂又可分为强碱型和弱碱型。
此外，离子交换树脂还可以根据其基体种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂等。
离子交换树脂的优点包括稳定性好、机械强度高、交换容量大、操作简便等。
但其也存在一些缺点，例如易受污染、再生成本高等。
因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的离子交换树脂。
离子交换树脂知识详解
1、离子交换树脂的基本类型(１) 强酸性阳离子树脂这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。
树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。
这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。
强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。
树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。
如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。
(２) 弱酸性阳离子树脂这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+而呈酸性。
树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。
这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。
这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
（3）强碱性阴离子树脂这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R 为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。
这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。
它用强碱(如NaOH)进行再生。
(４) 弱碱性阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。
这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。
它只能在中性或酸性条件(如pH 1～9)下工作。
它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
2、离子交换树脂基体的组成离子交换树脂的基体(matrix)，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类，它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应，形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。
离子交换树脂的性能及其应用
离子交换树脂的性能及其应用离子交换树脂是一种常见的分离和纯化材料，具有较高的选择性和吸附能力。
离子交换树脂将离子和分子通过静电相互作用和吸附分离，广泛应用于水处理、制药、食品加工、生物技术等领域。
一、离子交换树脂的分类离子交换树脂按功能可分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
阴离子交换树脂含有正电荷的功能基团，可吸附阴离子或含有负电荷的分子，如氢氧化物、硝酸根、硫酸根等。
而阳离子交换树脂则含有负电荷的功能基团，可吸附阳离子或含有正电荷的分子，如钠离子、钙离子、铵离子等。
离子交换树脂还可根据颗粒大小和形状、官能团种类、交换容量等进行分类。
二、离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能取决于其官能团类型、交换容量、孔径大小、颗粒形状等因素。
其中，交换容量是影响离子交换树脂吸附能力的关键因素。
交换容量越大，吸附能力越强。
离子交换树脂还具有选择性，特定的离子可以更容易地被吸附。
例如，同样具有正电荷的钠离子和铵离子在阳离子交换树脂中吸附能力不同，因为它们与树脂官能团之间的化学结构和亲和力不同。
离子交换树脂在选择性和吸附能力方面的差异使得它们在不同的应用领域具有特殊的优势。
三、离子交换树脂的应用1. 水处理：离子交换树脂广泛应用于水处理行业，如软化水、去除重金属、去除硝酸盐等。
2. 制药：离子交换树脂在制药加工中可以用于分离、纯化和浓缩药物。
3. 食品加工：离子交换树脂可以用于食品加工中对糖化酶、酪蛋白酶等酶的分离和纯化。
4. 生物技术：离子交换树脂在生物技术中的应用越来越广泛，如蛋白质纯化、DNA纯化、细胞培养中的离子平衡等。
五、离子交换树脂的未来离子交换树脂作为分离和纯化技术的重要手段之一，将在未来的某些应用领域中发挥更大的作用。
例如，在石油、天然气和化学工业中，离子交换树脂可用于合成气、催化剂回收和废料处理。
随着科学技术的不断发展，离子交换树脂将会出现更多创新型应用。
总之，离子交换树脂是一种基础分离和纯化工具，已经在许多领域中得到广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
离子交换法（离子交换树脂）
【摘要】离子交换现象普遍存在于万物的运动变化中。
在远古时代，人类就已经学会用沙粒净水；在几千年前，沙漠地带的人就知道树木可以净水。
随着科学技术的快速发展，采用离子交换技术的各种生产过程越来越具有重要意义。
尤其在分离与纯化方面发挥着极其重要的作用。
【关键字】离子交换分离纯化
1.离子交换的基本原理
离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。
离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。
离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。
离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。
一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。
对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。
【1】在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。
对于丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。
离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进
行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。
这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。
离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。
在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。
离子交换步骤可分为如下几步：
（1）溶液中的离子想数值表面扩散，通过围绕树脂表面的液体膜交界层，达到树脂表面。
（2）到达树脂表面的离子进入树脂的交联网孔内，在树脂颗粒内部扩散。
（3）扩散进入树脂颗粒内部的离子与树脂中可交换离子发生交换反应。
（4）被交换下来的离子在树脂交联网孔内向树脂表面扩散。
（5）被交换下来的离子从树脂表面向溶液中扩散。
2. 离子交换树脂的结构
离子交换树脂的内部结构，如2．1所示。
由三部分组成，分别是（1）高分子骨架由交联的高分子聚合物组成：
(2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团；
(3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。
【2】在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。
交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团
的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。
反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。
3．离子交换树脂的分类
3.1强酸性阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。
树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。
这两个
【3】
离子交换树脂
反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。
强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。
树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。
如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。
3.2弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+ 而呈酸性。
树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。
这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。
这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
3.3强碱性阴离子树脂
这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－
NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。
这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。
它用强碱(如NaOH)进行再生。
3.4弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。
这种树脂的正电基团能与溶液
离子交换树脂
中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。
它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。
它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
4.离子交换树脂的应用
4.1 水处理
水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的
90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。
目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
4.2 食品工业
离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。
例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。
离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。
4.3 制药行业
制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质
量改良具有重要作用。
链霉素的开发成功即是突出的例子。
近年还在中药提成等方面有所研究。
4.4 合成化学和石油化学工业
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。
用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。
如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。
甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。
4.5 环境保护
离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。
目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。
如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
【参考文献】
【1】高胜利（1），陈三平（2），《无机合成化学简明教程》，科学出版社，2010
【2】图来自百度文库
【3】图来自百度文库。