离子交换树脂介绍
离子交换树脂
3、再生 再生是使用过程中的一个重要步骤，是评价离子 交换树脂的一个重要指标。再生容易好，再生速率 快好。 离子交换树脂的交换过程和再生过程是可逆反应。 以强酸型离子离子交换树脂R-SO3H为例(R为树脂 母体)，存在如下的可逆反应：
离子交换树脂评价指标 机械强度----好 交换容量----适当 交换速度----快 再生速率3 )2
OC2H5
CH2
CH
CH2
CH
CH2 CH C O HNCH2CH2CH2N(CH3)2
CH2
CH
离子交换树脂广泛运用于水处理、食品工业、 合成化学合石油化学工业、环境保护、海洋资源利 用湿法冶金、制药行业等。
抗生素是一类天然抗菌、抗病毒药物, 其分子 中往往含有多种化学集团, 在强酸或强碱条件下 容易发生化学变化, 导致药理活性丧失。提取分 离抗生素所用的离子交换树脂主要为弱酸性阳离 子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂，一般选择 大孔吸附树脂。
20世纪60年代后期，在离子交换树脂发 展的基础上，产生并发展了一些很重要的 功能高分子分支学科，例如吸附树脂、螯 合树脂、高分子催化剂、高分子试剂等。
何炳林：我国“离子交换树脂之父”
广东番禺人，中国科学院院士，南开大学 教授，著名高分子化学家和化学教育家，长期 从事教育工作，为国家培养了大批高分子化学 科技人才，并在功能高分子的研究方面做出了 贡献。 何炳林是中国的离子交换树脂工业的开创者， 发明了大孔离子交换树脂，并对其结构与性能 进行了系统研究。
研究发现，在使苯乙烯、二乙烯苯进行 悬浮共聚时，在共聚单体中加入惰性有机 溶剂或线性聚合物等致孔剂，聚合结束后 再把致孔剂提取出来，得到了多孔性的共 聚物。把这种共聚物进一步制成离子交换 树脂，发现其离子交换速度加快，机械强 度增大，稳定性增强。
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 载量
离子交换树脂载量摘要：1.离子交换树脂的概述2.离子交换树脂的分类与特点3.离子交换树脂的应用领域4.离子交换树脂的载量及其影响因素5.如何选择和使用离子交换树脂6.离子交换树脂的再生与维护正文：离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、冶金、食品、制革、制药等领域的材料。
它通过选择、交换、吸附和催化反应，实现净化水、脱盐、脱色、分离、精制等目的。
离子交换树脂主要分为阳离子树脂和阴离子树脂。
阳离子树脂由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成，带有磺酸基团，具有良好的交换容量和交换速度。
阴离子树脂则是在苯乙烯-二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基团的离子交换树脂，具有高交换容量和快速交换的特点。
离子交换树脂的载量是指树脂中可交换离子的数量，它受到树脂的物理和化学性质、制备工艺、再生方式等因素的影响。
一般来说，载量越高，树脂的性能越好。
但载量并非唯一决定树脂性能的因素，还需考虑树脂的交换速度、机械强度、耐热性等指标。
在使用离子交换树脂时，应根据实际需求选择合适的树脂类型和规格。
对于水处理行业，通常选择强酸性和弱酸性离子交换树脂；在化工领域，可根据需要选择特定功能的离子交换树脂。
此外，在使用过程中，要定期检查树脂的性能，如发现性能下降，应及时进行再生处理。
离子交换树脂的再生主要有两种方法：一种是化学再生，使用酸或碱溶液对树脂进行处理，使其恢复交换能力；另一种是物理再生，通过加热、搅拌、洗涤等方式去除树脂上的吸附物，恢复其交换能力。
无论哪种方法，都需要注意再生剂的浓度、温度、时间等条件，以保证再生效果。
总之，离子交换树脂是一种重要的新型材料，其选择、使用和再生均需要专业知识。
离子交换树脂介绍
（3）防止树脂污染：树脂储存时，应避免和铁容器、强氧化剂、油类、有机溶剂接触，以防止树脂被污染或被氧化降解。此外，还要防止树脂被挤压、摩擦、以防树脂破碎。
离子交换树脂的污染和复苏
1）铁污染 ：是因为水源水、再生剂含铁过高＞0.3毫克/升或钢制水处理器防腐不良造成的。被铁污染的树脂，颜色明显变深、变暗、甚至可以呈暗红褐色或黑色，另外，树脂强度变低，产水量明显减少，再生困难。钠型树脂被铁污染后，可用10%的盐酸去再生树脂，即先用动态法进行酸再生处理，最后再用其盐酸溶液浸泡树脂5-8小时，经清洗后，以10%的食盐水按再生的要求去再生树脂，然后清洗至氯根合格。
3 湿真密度（20℃） 1.06-1.11 1.06-1.11
4 湿视密度（克/毫升） 0.65-0.75 0.65-0.75
5 耐磨ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（%） ≥95.0 ≥90.0
6 粒度0.3-1.2毫米（%） ≥95 ≥95
★外观：淡黄至金黄色球状颗粒。出厂型号：氯型 ★树脂的粒度是指树脂以出厂交换基团的型式，在水中充分膨胀的球形颗粒直径。 目前国内外树脂的粒度一般为0.3-1.2毫米（16-50目）。、 N1 f# C# u9 D
★湿真密度是树脂的重量与其占有的体积（不包括树脂间的空隙）之比，它影响树 脂在水中的沉积性能，一般在1.20-1.30克/立方厘米 ，阳树脂的湿真密度 通常要比同系列的阴树脂大。
★湿视密度是指树脂在工作状态下的堆积密度，即单位体积含有的树脂重量。
$
湿视密度＝湿树脂重量（克）/湿树脂体积（毫升）
2）活性余氯污染：当自来水做水源水时，如残留的余氯过高＞0.5毫克/升时，就会造成树脂结构的破坏。此时，树脂颜色明显透明度增加，体积增大，树脂强度很快急骤下降，导致树脂破碎，但是树脂的交换容量初期并不降低。这种污染是不可逆转的，被活性余氯污染严重的树脂，将全部报废。预防措施：在交换器前设置活性炭装置，或向自来水中投放亚硫酸钠，去除水中余氯。
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：
什么是离子交换树脂-它有哪些主要性能
什么是离子交换树脂?它有哪些主要性能?
离子交换树脂是一类带有功能基团、网状结构的高分子化合物，主要由单体、交联剂和交换基团组成。
树脂的内部结构可以分为三部分∶高分子骨架、离子交换基团和空穴，其中离子交换基团分为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骨架上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团中的活动部分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，在一定的条件下，能与符号相同的其他反离子发生交换反应。
离子交换树脂的主要性能分为物理性质和化学性质两大类，物理性质主要有粒径、含水率、密度、机械强度、溶胀性、溶解性和导电性等；化学性质主要有交换容量、酸碱适应性、离子选择性、离子交换速度、热稳定性、抗氧化性等。
离子交换树脂的类型及作用机理
离子交换树脂的类型及作用机理离子交换树脂是一种常用的固相萃取材料，广泛应用于水处理、制药、食品加工、化学分析等领域。
离子交换树脂根据其功能和结构特点，可以分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
1. 阴离子交换树脂：阴离子交换树脂通常具有正电荷的功能基团，如胺基或季铵基团。
它们能够吸附和交换阴离子，如硝酸根、氯离子、磷酸根等。
常见的阴离子交换树脂有强碱性树脂和弱碱性树脂。
强碱性树脂，它们具有高度碱性的功能基团，如季铵基团，能够吸附和交换大多数阴离子。
常用于水处理中去除硝酸盐、氯离子等。
弱碱性树脂，它们具有较低的碱性功能基团，如胺基团，适用于去除较弱的阴离子，如有机酸和某些无机酸。
2. 阳离子交换树脂：阳离子交换树脂通常具有负电荷的功能基团，如硫酸基团或磷酸基团。
它们能够吸附和交换阳离子，如钠离子、钙离子、铵离子等。
常见的阳离子交换树脂有强酸性树脂和弱酸性树脂。
强酸性树脂，它们具有高度酸性的功能基团，如硫酸基团，能够吸附和交换大多数阳离子。
常用于水处理中去除钠离子、钙离子等。
弱酸性树脂，它们具有较低的酸性功能基团，如磷酸基团，适用于去除较弱的阳离子，如铵离子和某些金属离子。
离子交换树脂的作用机理是通过功能基团与待去除离子之间的静电吸引力实现的。
当离子交换树脂与水或溶液接触时，树脂中的功能基团会与水中的离子发生交换，使树脂中的离子与水中的离子达到平衡。
这样，树脂就能够吸附和去除溶液中的目标离子。
当树脂吸附饱和后，可以通过用盐水或酸碱溶液进行再生，使树脂恢复吸附能力。
总的来说，离子交换树脂通过其特殊的功能基团与待去除离子之间的静电吸引力，实现了对阴离子或阳离子的吸附和去除。
不同类型的离子交换树脂适用于不同的离子去除需求，可以根据具体应用场景进行选择和调整。
第二章离子交换树脂
将100 g干燥球状共聚物置于二氯乙烷中溶胀。加
入500 g浓硫酸（98％），于95～100℃下加热磺化5～
10 h。反应结束后，蒸去溶剂，过剩的硫酸用水慢慢
洗去。然后用氢氧化钠处理，使之转换成Na型树脂，
即得成品。 这种树脂的交换容量约于为它5们H+m的为m贮可o存自l/g稳由。定活性动不的好离，子且。有由
0.66-0.73
湿真密度 (g/ml) 1.04-1.08
粒度(0.3151.25mm)
≥95
主要用于纯水及高纯
水制备、糖液脱色、生
化制品，放射性元素的
提炼。
20
大孔弱碱性丙烯酸系阴离子
出厂形式：钠型
指标名称
指标
含水量%
全交换容量 (mmol/g干)
60-65 ≥7.0
湿视密度 (g/ml) 0.65-0.75
2．交联度：以7~10%为宜
3．含水率
树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分 的百分比
树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率
4．交换容量
单位质量或单位体积的离子交换树脂所带功能基团中可交换 的离子数量，以mmol/g(干树脂)，或mmol/ml(湿树脂)为单位。4
球形珠状颗粒，颗粒直径0.3-1.2mm。
氧化还原树脂（能进行氧化还原反应）
螯合树脂（含有螯合基团，去除金属离子）
蛇笼树脂
11
（1）按树脂的孔结构分类
离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。
不同孔结构离子交换树脂的模型 12
（一）凝胶型离子交换树脂
外观透明、均相、树脂表面光滑，球粒内部没有大 的毛细孔。 在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔， 无机小分子可自由通过；在无水状态下，凝胶型离子交 换树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。 所以，这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中将丧失 离子交换功能。
离子交换树脂
离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。第 一位数字代表产品分类；第二位数字代表骨架结构； 第三位数字为顺序号，用于区别离子交换树脂树脂中 基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各生产厂自行掌 握和制定。对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面 用“×”和一个阿拉伯树脂相连，以表示树脂的交联度 （质量百分数），而对大孔型树脂，则在型号前冠以 字母“D”。
强碱型阴离子交换树脂制备实例： 将1 g BPO 溶于85 g 苯乙烯与15 g 二乙烯基苯的 混合单体中，在搅拌下加入含有0.05％～0.1％聚乙烯 醇的500 mL去离子水中，分散成所需的粒度。在80℃ 下搅拌反应5～10 h，得球粒聚合物。过滤洗涤后，于 100～125℃下干燥。 将所得聚合物在100 g二氯乙烷中加热溶胀，冷却 后加入200 g 氯甲醚，50 g 无水ZnCl2，50～55 ℃下加 热5 h。冷却后投入水中，分解过剩的氯甲醚，然后过 滤、水洗，并于100℃下干燥。
编号 0 1 2 3 骨架分类 聚苯乙烯系 聚丙烯酸系 酚醛树脂系 环氧树脂系
4
5 6
聚乙烯吡啶系
脲醛树脂系 聚氯乙稀系
例如，D113树脂是水处理应用中用量很大的一种 树脂。从命名规定可知，这是—种大孔型弱酸型丙烯 酸系阳离子交换树脂；而001×10树脂则是指交联度 为10%的强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂。 我国有些生产厂在部颁标准制定前已开始生产离 子交换树脂，它们自己有一套编号，已经为人们所熟 悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海树脂厂的 735树脂，相当于命名规定中的001树脂；724树脂相 当于命名规定中的110树脂；717树脂相当于命名规定 中的201树脂等等。
COOCH3 CH2 CH
CH3 NaOH H2O CH2 C CH2 CH + CH3OH
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
离子交换树脂简介
离子交换树脂简介离子交换树脂，作为功能型高分子材料，是进行离子交换分离操作的物质基础。
离子交换树脂性能的好坏，对于分离效果的成败，起着关键性的作用。
离子交换树脂具有很多优点，如：吸附速度快、抗污染能力强、机械强度大、稳定性好以及可循环使用等。
目前已在化工、电力、水处理、冶金、食品、医药、和核工业等部门得到广泛的应用。
离子交换树脂是一种具有网状立体结构的高分子化合物，并且它不溶于酸、碱及有机溶剂。
其结构由不溶性三维空间网状骨架，连接在骨架上的功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子三部分组成。
功能基团是以化学键结合在大分子链（惰性骨架）上，功能基团所带的反电荷离子是以离子键与功能基团结合。
离子交换树脂是依靠功能基团解离出来的反离子和溶液中的离子之间的浓度差来进行交换。
另外，离子交换树脂上功能基对自由离子亲和力的不同也是推动它们交换的动力之一。
离子交换反应是可逆的，负载的树脂可以通过解吸附剂再生使树脂反复利用。
离子交换树脂有很多品种和制造厂家在国内外。
国外较著名的如美国Rohm & Hass 公司生产的Amberlite 系列、化学公司的Dowex 系列、法国国内制造厂家主要有上海树脂厂、晨光化工研究院树脂厂、南开大学化工厂、南京树脂厂等。
树脂的名称大多数由各制造厂家或所在国家自行规定。
国外一些产品用字母 A 代表阴离子树脂（A 为Anion 的第一个字母），C 代表阳离子树脂（C为cation 的第一个字母），如Amberlite 的IRA 和IRC 分别为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
我国化工部规定（HG2-884-76），离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。
第一位数字代表产品的分类：0 代表强酸性，1 代表弱酸性。
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。
离子交换树脂
离子交换树脂求助编辑百科名片离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。
通常是球形颗粒物。
离子交换树脂形态离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称组成。
孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。
分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。
如：大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
编辑本段基本分类离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。
树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。
首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。
阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类（或再分出中强酸和中强碱性类）。
离子交换树脂基本形态编辑本段命名方式离子交换树脂的命名方式：离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。
第一、第二位湿离子交换树脂数字的意义，见表8-1。
表8-1 树脂型号中的一、二位数字的意义代号0 1 2 3 4 5 6分类名称强酸性弱酸性强碱性弱碱性螫合性两性氧化还原性骨架名称苯乙烯系丙烯酸系醋酸系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。
如D011×7，表示大孔强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交联度为7。
国外一些产品用字母C代表阳离子树脂（C为cation的第一个字母），A代表阴离子树脂（A 为Anion的第一个字母），如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。
编辑本段制造厂家离子交换树脂在国内外都有很多制造厂家和很多品种。
国内制造厂有数十家，主要的有上海树脂有限公司、南开化工厂、安徽皖东化工有限人司，浙江争光实业股份有限公司、晨光化工研究院树脂厂、江苏色可赛思树脂有限公司等；国外较著名的如美国Rohm & Hass公司生产的Amberlite系列、Success公司生产Ionresin系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列，还有Ionac系列、Allassion系列等。
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。
离子交换树脂介绍
低
离子交换平衡
R-
H
+
+
K
H
Na
+
R-
Na
+
+
H
+
Na
=
[R-Na ]
[H ]
[R-H ]
[Na ]
K
H
Na
=
选择性系数
+
+
+
+
强酸阳床
强碱阴床
Ca
++
Mg
++
Na
+
Outlet
Outlet
SO4
--
Cl
-
HCO3
-
HSiO3
-
H
+
OH
-
离子选择性
动力学性能 : 离子交换有多快 ?
++
++
+
+
+
+
++
+
+
+
+
++
+
弱酸阳离子交换树脂
CH
CH2
CH
CH2
CH
CH2
COOH
COOH
COOH
AMBERLITE IRC86
化学反应 弱酸阳离子交换树脂
运行 2R-COOH + Ca(HCO3)2 --------> (R-COO)2Ca + H2CO3 2R-COOH + Mg(HCO3)2 --------> (R-COO)2Mg + H2CO3
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交联度与多孔性
高
工作交换容量 离子迁移性(动力学性能)
抗氧化性 离子亲和力差异性
低
DVB
高
总交换容量
进水
总交换容量 (Ex: 2.0 eq/l resin)
出口水
含水量
100 90 80
Moisture content, % H20
70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
5.4 - 5.7
随着时间交换容量降低
苯乙烯系弱碱树脂
CH2 CH CH
CH2
CH
CH2
CH3
CH3
CH2 N:
CH3
CH3
CH2 N:
AMBERLITE IRA96
丙烯酸系阴树脂
CH2 CH C
O NHCH2CH2N
CH
CH3 CH3 CH3Cl or (CH3)2SO4 O
CH C
树脂颗粒度
Mean Diameter (平均粒径)
平均粒径是树脂颗粒一半通过一半停留 在筛网上的网目的大小
Effective Size
(有效粒径)
有效粒径是90%树脂停留在筛网上的网 目大小
Uniformity Coefficient (均一系数 )
40％树脂颗粒停留在筛网上时的网目大 小除以有效粒径的商数值
–除盐
» 以阳阴离子树脂去除水中的阳阴离子
–精处理
» 以阳阴离子树脂混床去除水中残留的阳阴离子
离子交换树脂是什么？
SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H HO3S SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H
磺酸基 羧酸基 季胺基盐 叔胺基
离子交换树脂基本物化性能
–离子形态 –交换容量 » 工作交换容量 » 总交换容量 –含水量 –密度 » 真密度 » 堆积密度 –颗粒 » 有效粒径 » 平均粒径
–均一系数
离子交换树脂在水处理应用
–软化
» 以钠型强酸阳离子树脂去除水中的钙镁离子
–除碱
» 以氢型阳离子树脂去除水中的碱性离子
使用弱酸阳离子交换树脂的优点 高交换能力 高再生效率 低再生废液 可利用再生强酸阳离子树脂的废 酸来再生
弱酸阳离子交换树脂的缺点
只对中性及碱性水有效 交换速度比强酸树脂慢 树脂由氢型转成钠型膨胀率高 树脂不能去除所有阳离子
弱酸阳离子交换树脂的再生
再生剂用量： 过量约 10% 再生剂浓度: 盐酸 2 to 5%
因为： 1 离子交换树脂没有百分之一百再生转型 2 失效层不是很平坦
工作交换容量与以下因素有关： • 树脂选择性 •再生转型 •进水水质 •流速 •总交换容量 •温度 •床高 •树脂的状况
工作交换容量
失效层
层高
0 100
交换层
失效层 , %
未失效层
运行终点
失效层
工作交换容量
1.2 eq/l resin
再生
_ = (R-N)2 SO4 + 2OH --------> 2R-N OH + SO4 _ _ --------> R-N OH + Cl R-N Cl + OH
阴离子交换树脂选型准则
抗有机污染能力 工作交换容量 硅泄漏 物理稳定性
热稳定性
硅污染
原因
高硅负荷 PH 低 再生温度低
有效粒径和均一系数
99,9
% 通过塞子的数量
60 50
平均粒径
10
有效粒径
U.C.= c60 / c10
c10 c60
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 0,9 1,5 mm
Amberjet 4200 Cl 体积变化
供货时树脂体积 最初再生用120g/l 100% NaOH 再生后树脂体积 工作交换容量为0.6 eq/l 树脂运行 终点的体积 正常再生树脂运行终点的体积 (approx.) 树脂100% 转为 OH 型的体积 (approx.)
WAC H+ Ca++ Mg++ Na+
SBA SO4 Cl CO2 SiO2 OH
WBA OH H2SO4 HCl CO2
低
离子交换平衡
R- H + + Na +
Na KH
R- Na +
+ H+
=
[R-Na+ ] [H +] [R-H + ] [Na + ] 选择性系数
Na KH
=
离子选择性
强酸阳床
再生
_ = (R-NH)2 SO4 + 2OH ------> 2R-N + SO4 + 2H2O _ _ R-NH. Cl + OH ------> R-N + Cl + H2O
弱碱阴离子交换树脂
树脂在盐型时较稳定 仅能去除矿物酸 高再生效率 热稳定性好 抗有机物污染 流速对交换能力影响大
措施
延长浸泡在温氢氧化钠溶液 (50 C)中的时 间，可以 有效的除去硅
硅泄漏
硅占总阴离子比例 再生剂水平 再生剂温度 再生剂流速 运行流速 运行温度 阳离子中钠的泄漏量 再生方式
有机物对阴树脂的影响
淋洗时间逐渐延长 电导率逐步增高
PH逐渐降低到
过早的硅泄漏
交联度 % (DVB)
凝胶强酸
树脂颗粒度
以传统反应釜法生产
–颗粒分布呈钟形曲线分布 –树脂颗粒分布在0.3-1.2mm之间 –均一系数在1.5-1.9之间
以先进的喷射法生产
–树脂颗粒分布很均匀 –均一系数在1.25以下
树脂颗粒大小
Amberjet
Amberlite
300
600
900
1200
祄
CH
CH3
ClNHCH2CH2N+ CH3 CH3
AMBERLITE IRA67
AMBERLITE IRA458 Cl
化学反应 弱碱阴离子交换树脂
运行
= + 2R-N + 2H + SO4 --------> (R-NH)2 SO4 _ + R-N + H + Cl -------> R-NH. Cl
工作交换容量计算
A = 流量 (吨 / 小时) B = 运行时间 (小时) C = 离子浓度 (克当量/吨 ) 出水量 = A x B 工作交换容量 = 水量 x 离子浓度 工作交换容量 = 流量 x 制水周期 x 离 子浓度
强酸阳离子交换树脂
SO3H
SO3H
SO3H
磺酸基
硫酸
0.5 to 0.7%
再生剂流速 : HCl 2 to 8 BV/hr 硫酸 15 to 25 BV/hr 慢洗: 以再生流速 2 BV 快洗: 以运行流速 2 to 12 BV 最少接触时间: 30 分钟
弱酸阳离子交换树脂的 工作交换容量
与以下因素有关 : 水的硬度与碱度比 总阳离子量 流速与水温 离子负荷
交换层
0 100 失效层 , %
泄漏
典型的工作交换容量
树脂种类 工作交换容量 再生剂用量
(克当量每升 ) %
弱酸树脂 强酸树脂 弱碱树脂 强碱树脂
1.0 - 2.6
0.8 - 1.3
105 - 115
200 - 250
0.9 - 1.1
0.3 - 0.7
120 - 125
200 - 300
认识离子交换树脂
–离子交换树脂的结构与分类 –离子交换树脂的基本物化性能 –离子交换树脂的化学反应 –水处理中的离子交换树脂系统 –离子交换树脂常见问题分析 –离子交换树脂在医药工业中的 应用简介
离子交换树脂的结构与分类
–以聚合物骨架来区分 » 苯乙烯系(*0*) » 丙烯酸系(*1*) » 酚醛系 (*2*) » 环氧系 (*3*) –以离子性来区分 » 强酸阳离子树脂 (0**) » 弱酸阳离子树脂 (1**) » 强碱阴离子树脂 (2**) » 弱碱阴离子树脂 (3**) –以结构孔隙来区分 » 凝胶 » 大孔 –大孔(D***)
再生
(R-COO)2Ca + 2H+---------------> 2R-COOH + Ca++ (R-COO)2Mg + 2H+---------------> 2R-COOH + Mg++
弱酸阳离子交换树脂的特性
氢型状态下最稳定 对pH值低于5的水没有活性 高再生效率 对两价离子具有高亲和力 流速对交换能力影响大 树脂转型膨胀率高
3
SO3H SO3H SO3H
SO3H
SO3H SO3H SO3H SO H SO3H 3
SO3H
SO3H SO H 3
SO3H SO3H
离子交换树脂是具有 交换或吸附离子功能 基的有机高分子聚合 物