高分子化学实验报告-离子交换树脂
树脂离子交换原理
树脂离子交换原理
树脂离子交换是一种常用的物理化学过程，通过树脂材料上的固定离子与溶液中的离子发生交换作用，实现溶液中离子的去除或富集。本文将详细介绍树脂离子交换的原理及其应用。
一、树脂离子交换原理
树脂离子交换的原理基于树脂材料的特殊结构。树脂是由具有交联结构的高分子化合物组成，其表面带有固定的功能基团，可以与溶液中的离子发生吸附和交换作用。树脂材料一般为小颗粒状，具有较大的比表面积，从而增加了与溶液中离子接触的机会。
在树脂离子交换过程中，溶液中的离子与树脂上的固定离子之间发生交换作用。树脂上的固定离子可以是正离子，也可以是负离子。当溶液中的阳离子与树脂上的固定阴离子发生交换时，树脂释放出等量的阴离子到溶液中；当溶液中的阴离子与树脂上的固定阳离子发生交换时，树脂释放出等量的阳离子到溶液中。这种离子交换的过程可以使溶液中的离子浓度发生变化，实现离子的去除或富集。
二、树脂离子交换的应用
1. 水处理领域：树脂离子交换广泛应用于水处理领域，用于去除水中的硬度离子（如钙离子和镁离子）、重金属离子、有机物离子等。通过选择合适的树脂材料和操作条件，可以实现对水质的净化和调
控。
2. 医药制造：在医药制造过程中，树脂离子交换被用于药物分离纯化、离子交换色谱等过程。通过树脂离子交换技术，可以实现对药物成分的纯化和分离，提高药物的纯度和质量。
3. 食品加工：树脂离子交换在食品加工中也有广泛应用。例如，可以利用树脂离子交换去除食品中的过量盐分、金属离子和有害物质，提高食品的质量和安全性。
4. 生物技术：在生物技术领域，树脂离子交换被用于分离纯化生物大分子（如蛋白质、核酸等）。通过树脂离子交换技术，可以实现对生物大分子的纯化、富集和分离，为后续的生物学研究和工业应用提供基础。
离子交换树脂
（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。
用于：硬水软化、脱盐水、纯 水制备、稀有元素分离、分离 和提取氨基酸制糖、制药可作 为催化剂和脱水剂
❖ 2、阴离子交换树脂
❖ 〈1〉 强碱性（聚苯乙烯系）
交换基：
季胺N+X
P+ X
叔胺 N R
R
❖ 〈2〉 弱碱性（聚苯乙烯系） 交换基：氨基—NH2
.主要性能指标：
D201大孔强碱性阴离子
出厂形式：氯型
RSO3 Na + HCl Na型
❖ 苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂
CH2 CH + CH2 CH
CH2 CH DVB
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH2 CH CH2 CH
SO3H CH2 CH
SO3H
H 2 SO4 HSO3 Cl
SO3
❖ 实例：
将1克过氧化二苯甲酰（BPO）在冷时溶解于80克苯乙烯， 20克对二乙烯苯(DVB)中，在搅拌下加至含有悬浮剂（用 聚乙烯醇等时的浓度为0.01-0.5%；用碳酸钙、硅酸镁等 无机悬浮剂时的浓度为0.1-2.0%）的500ml去离子水中， 使之分散为所要的粒度，这时一旦分散成小粒子再也不会 变大，因此搅拌时，要注意，将在80℃下搅拌加热5-10小 时，所得球状聚合物过滤，水洗后，在100-125℃下干燥。
离子交换层析实验报告
离子交换层析实验报告
离子交换层析实验报告
引言：
离子交换层析是一种常用的分离和纯化技术，广泛应用于化学、生物、环境等
领域。本实验旨在通过离子交换层析技术，研究不同离子在固定相上的吸附行为，并探讨离子交换层析的应用潜力。
实验材料与方法：
材料：离子交换树脂、不同离子溶液、蒸馏水。
仪器：离子交换层析柱、分光光度计。
方法：
1. 准备不同离子溶液，浓度分别为10 mM。
2. 将离子交换树脂装入层析柱中，并用蒸馏水洗涤至平衡。
3. 将不同离子溶液分别加入层析柱，收集洗脱液。
4. 使用分光光度计测定洗脱液中离子的浓度。
结果与讨论：
通过实验，我们观察到不同离子在离子交换层析柱上的吸附行为存在一定差异。以Na+、K+、Ca2+、Mg2+为例，我们发现Na+和K+的吸附量较小，洗脱较快，而Ca2+和Mg2+的吸附量较大，洗脱较慢。这是因为离子交换树脂中的功能基团与离子之间的亲和性不同所致。
进一步分析发现，离子交换层析技术在水处理、食品加工、药物制备等领域具
有广泛应用潜力。例如，在水处理中，离子交换层析可用于去除水中的重金属
离子和有害物质，提高水质；在食品加工中，离子交换层析可用于去除食品中
的杂质和有害物质，提高食品质量；在药物制备中，离子交换层析可用于纯化和分离药物成分，提高药物的纯度和效果。
此外，离子交换层析还可以与其他分离技术相结合，形成多重分离系统，提高分离效率。例如，离子交换层析与凝胶过滤、逆流色谱等技术的结合，可实现对复杂混合物的高效分离。
结论：
离子交换层析是一种重要的分离和纯化技术，具有广泛的应用前景。通过本实验，我们深入了解了离子在离子交换层析柱上的吸附行为，以及离子交换层析技术的应用潜力。未来，我们将进一步探索离子交换层析技术在不同领域的应用，为科学研究和工程实践提供更多可能性。
强碱型阴离子交换树脂的制备及其交换量的测定综合
实验2-5 强碱型阴离子交换树脂的制备及其交换量的测定一、实验目的1. 通过苯乙烯和二乙烯苯的共聚物进行氯甲基化反应，进而进行胺化反应，学习制备功能高分子的另一个方法。2. 学习基准型树脂的制备、含水量的测定及交换容量等参数的测定方法。3. 学习离子交换树脂的一个实际应用方法——混合床的使用。二、实验原理用苯乙烯与二乙烯苯的共聚小球，利用苯环的性质，以ZnCl2 为催化剂进行Fredel-Crafts 反应，得到主要在苯环对位上氯甲基化的共聚物。然后利用氯甲基上的活泼氯与胺进行胺基化反应，就可以得到碱度不同的各种阴离子交换树脂。如果胺化后得到的是伯、仲、叔胺树脂，称为弱碱型阴离子交换树脂，如果胺化后，得到的是季胺树脂，则称为强碱型阴离子交换树脂。强碱型阴离子交换树脂有两种类型，用三甲胺进行胺化得到的是Ⅰ型强碱性阴离子交换树脂。它在应用上由于碱性过强，对OH-离子的亲合力小，用NaOH 再生时，再生效率低。用二甲基乙醇胺进行胺化，得到的是Ⅱ型强碱性阴离子交换树脂。Ⅱ型强碱树脂比Ⅰ型强碱树脂碱性降低，但再生效率提高。本实验用三甲胺进行胺化，得到Ⅰ型强碱性阴离子交换树脂，并进行基准型树脂的制备，交换容量等参数的测定和应用实验。1. 聚合反应聚合反应参看实验2-4。 2. 氯甲基化反应ZnCl2 CH2 CH n nClCH2OCH3 CH2 CH n nCH3OH CH2Cl 3. 季胺化反应CH2 CH n N CH33 CH2 CH n CH2Cl CH2NCH3 Cl- 三、实验仪器和试剂三口瓶，电动搅拌器，烧杯，标准筛，回流冷凝管，交换柱，玻璃砂芯漏斗，滴定管，移液管，称量瓶苯乙烯，二乙烯苯，溶剂汽油，过氧化苯甲酰BPO，明胶，氯甲基甲醚，ZnCl2，三甲胺盐酸盐，NaOH20，1 M 无水硫酸钠溶液四、实验步骤1. 树脂的制备1 苯乙烯-二乙烯基苯（St-DVB）共聚小球的制备在500mL 三口瓶中加入170 mL 蒸馏水，0.9g 明胶，数滴0.1次甲基蓝水溶液，调整搅拌片的位置，使搅拌片上沿与液面平。开动搅拌器并缓慢加热，升温至40 ℃，在小烧杯中依次加入30g 的St，5 g 的DVB，35g200溶剂汽油，0.35gBPO，待明胶溶液均匀后，停止搅拌，将单体的混合溶液倒入反应瓶中，开动搅拌器调整油珠大小方法参看实验五。待油珠大小合格后，按每10 min 升温50 ℃的速度升温到7880 ℃。在此温度使珠粒定型。定型后保温2 h。升温到90 ℃保持 1 h，用油浴升温到100℃煮球 3 h。抽出母液，用热蒸馏水洗45 次。洗净明胶后进行水蒸气蒸馏如图2-5-1，蒸出溶剂汽油一直到馏出物无油珠为止，将树脂倒入尼龙袋内滤掉水份，凉干。筛取直径为0.30.6 mm3050 目的小球。小球外观为乳白、不透明状，称为白球。图2-5-1 水蒸气蒸馏装置———— 1—水蒸气发生器；2—液位计；3—安全管；4—长颈烧瓶；———— 5—蒸气导入管；6—蒸气导出管；7—弹簧夹；8—接受瓶2 氯甲基化在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的250 mL 三口瓶内，加入自制白球20g、氯甲醚80mL，在2025 ℃下浸泡 2 h②。开动搅拌器于30 ℃时加入6g ZnCl2，过0.5 h 后再加入6g ZnCl2。加完ZnCl2后，升温到38 ℃，反应10 h，氯含量可达到近15左右。停止反应，将母液吸掉③，用酒精洗45 次④，凉干，得氯甲基化共聚物——氯球。称重、检查树脂质量发生了什么变化。3 胺化在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗、温度计的250 mL 四口瓶内，加入氯球20 g、三甲胺盐酸⑤盐18 g，滴加8 g 二氯乙烷，控制温度在30 ℃。缓慢滴加20NaOH 溶液，用3 h 加入50g，反应 1 h后再于 1 h 内加入25g，使pH 在12 以上。加完碱后于30 ℃再反应 1 h，用大量水洗，用水泵吸去大部分水溶液，在还能搅拌的情况下，用5盐酸调pH 值
强酸型阳离子交换树脂的制备
3. 开动搅拌控制转速，用取样管吸出部分油珠放 在表面皿上观察油珠大小。升温至80~85 ℃ 维持2小时，再升温至95℃并保温3小时。
4. 反应结束后，倾出上层液体，用热水将珠体洗 涤几次，再用冷水洗几次，然后将小球倒入尼 龙布袋中，将水甩干后，把树脂置于瓷盘中自 然晾干，用30目－70目标准筛，过筛后称重， 计算合格率。
离子交换树脂的性能指标中最重要的一项是交换 容量，它表征离子交换能力的大小，有两种表示方法： 一种是每克干树脂交换离子的毫摩尔数，称为重量交 换容量，单位毫摩尔/克；另一种是每毫升湿树脂交换 离子的毫摩尔数，称为体积交换容量，单位是毫摩尔/ 毫升。
化学反应式
1. 白球制备
CH CH2
+
CH CH2 BPO
实验装置图
3. 冷却至室温，用抽滤棒抽去反应瓶中的浓硫酸，加入 50ml74％硫酸搅拌10分钟，在搅拌下缓慢滴加蒸馏 水稀释，温度小于35 ℃。用蒸馏水反复洗涤至PH=7。
强酸型阳离子交换树脂
强酸型阳离子交换树脂
白球
（三）树脂性能测试
本实验采用静态法测定交换容量
1. 水分测定：在扁形称量瓶中称1g左右的湿树脂（准确到1mg），放 在105±2℃的烘箱中烘2小时，取出放入干燥器冷却至室温，再称 量。
CH CH2
CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2
实验二 离子交换树脂..
•
•
4.2. 330弱碱性阴离子交换树脂 4.2.1 结构 : 是氯代环氧丙烷与多乙烯多胺在高温下缩聚而成的 带有伯胺、仲胺、叔胺及季胺(-NH2、=NH、≡N、=N=)的弱碱 性阴子交换树脂。它在酸性、中性、甚至碱性中都显示离子交换 功能。具有总交换容量高、交换速度快等特点。外观：金黄色球 状颗粒 4.2. 2.出厂形式：游离胺型 1.外观：金黄色球状颗粒 2 4. 3.出厂形式：游离胺型 4.2.4.主要性能指标：
50mL0.15mol/LNaOH标准溶液放置24h，要求树脂全部浸入溶 液中。然后，用吸管分别取出10mL放入1只三角瓶中。以甲基 橙1滴作指示剂，用0.05mol/LHCl标准溶液滴定，溶液由黄色变 到红色为滴定终点，重复两次，取两次滴定取平均值。按下式计 算总交换容量。
• 总交换容量（mmol/g干树脂）= 50 CNaOH - 5 CHCl/m(1- w)
•
•
m——抽干树脂质量（g）
W——树脂含水量（%）
• 五、思考题 • （一）预习 • 什么是树脂的总交换容量？说明静态法和动态法 总交换容量计算公式的原理。 • （二）实验结果和讨论 • 1、记录实验原始数据，并计算总交换容量。 • 2、写出本实验的操作注意点。 • 3、阴离子交换树脂为什么一般采用氯型树脂并 用动态法测总交换容量？能否采用静态法操作？ 说明理由。 • 4、两种方法中，HCl和AgNO3标准溶液所起的 作用是什么？写出方程式。 •
高分子化学实验报告
摘要
离子交换法是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0.5~1.0m m，其离子交换能力依其交换能力特征可分：
（1）强酸型阳离子交换树脂：主要含有强酸性的反应基如磺酸基（－S O3H），此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。
（2）弱酸型阳离子交换树脂：具有较弱的反应基如羧基（－C O O H基），此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如C a2+、M g2+，对于强碱中的离子如N a+、K+等无法进行交换。
阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—S O3H）、羧基（—C O O H）或苯酚基（—C6H4O H）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中
的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—S O3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为:
2R—S O3H＋C a2＋=（R—S O3）2C a＋2H＋
关键词：阳离子交换树脂酸性基团金属离子氢离子磺化
树脂母体
ABSTRACT
Io n ex c h an ge p ro c es s i s a re v e rs i bl e ch e m i c al r e a ct i on be t w e en t h e l i q ui d ph as e and s ol i d p ha s e,wh en s om e o f t h e i on i s p r e f e r ed b y t h e i o n ex ch an ge s ol i d,wi l l b e a bs o rb e d b y t h e i o n ex c h an ge s ol i d. In o r d e r t o m a i nt ai n t h e el e ct ri c n e ut r al i t y o f w a t e r s ol ut i on, s o i o n ex ch an ge sol i d m u s t r e l e a s e t he e qu al i on b a c k t o s o l u t i o n.
第1章-离子交换树脂解析
通过改变浓度差、利用亲和力差别等，使可交换 离子与其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、 分离、提纯、净化等目的。 通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进 行交换的树脂称作阳离子交换树脂；而将能解离出阴 离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子 交换树脂。从无机化学的角度看，可以认为阳离子交 换树脂相当于高分子多元酸，阴离子交换树脂相当于 高分子多元碱。应当指出，离子交换树脂除了离子交 换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸碱是 截然不同的。
3）载体型离子交换树脂 载体型离子交换树脂是一种特殊用途树脂，主要 用作液相色谱的固定相。一般是将离子交换树脂包覆 在硅胶或玻璃珠等表面上制成。它可经受液相色谱中 流动介质的高压，又具有离子交换功能。 此外，为了特殊的需要，已研制成多种具有特殊 功能的离子交换树脂。如螯合树脂、氧化还原树脂、 两性树脂等。
从离子交换树脂出发，还引申发展了一些很重要 的功能高分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、螯 合树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶 等。这一最传统的功能高分子材料正以崭新的姿态在 21世纪发挥重要的作用。 离子交换纤维是在离子交换树脂基础上发展起来 的一类新型材料。其基本特点与离子交换树脂相同， 但外观为纤维状，并还可以不同的织物形式出现，如 中空纤维、纱线、布、无纺布、毡、纸等。
此后，Dow化学公司的 Bauman 等人开发了苯乙 烯系磺酸型强酸性离子交换树脂并实现了工业化； Rohm & Hass公司的Kunin等人则进一步研制了强碱 性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子 交换树脂。这些离子交换树脂除应用于水Fra Baidu bibliotek脱盐精制 外，还用于药物提取纯化、稀土元素的分离纯化、蔗 糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。
实验十四 阳离子交换树脂的制备
实验十四 阳离子交换树脂的制备
前言
离子交换树脂是一种聚合物链上含有可电离侧基的高聚物，根据其从聚合物链电离出的离子的电荷，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂一般是由苯乙烯和二乙烯苯共聚而得到的交联聚合物，经侧基的苯环的磺化反应得到，一般呈体形网状结构，在溶剂中只能溶胀不能溶解，而高聚物上的可电离基团苯磺酸基能和溶液中的阳离子发生离子交换反应。
实验目的
利用大学三年级高分子化学基础实验课程中苯乙烯悬浮聚合所制备的聚苯乙烯粒子进行非均相磺化反应，得到聚乙烯基苯磺酸，也即阳离子交换树脂。掌握对芳香类聚合物进行非均相磺化反应的原理、方法与步骤；掌握阳离子交换树脂交换当量测定的原理、方法和步骤。
实验原理
本实验采用悬浮聚合法先制备苯乙烯和二乙烯苯的交联聚合物，后采用高分子基团反应，在苯环上引入磺酸基团，所得交联聚乙烯基苯磺酸即为阳离子交换树脂。利用傅立叶变换红外光谱仪测定其磺化前后的化学结构，并测定所得阳离子交换树脂的交换当量。
由两种或两种以上单体参与的聚合称为共聚合，得到的聚合物称为共聚物。苯乙烯和二乙烯苯通过自由基引发可以形成无规共聚物，而且由于二乙烯苯含有两个乙烯基团，能够形成两个活性中心，或接纳二个其它自由基活性中心而形成交联点，从而形成交联聚合物。如下图所示：
CH2CH CH2CH
CH CH2
CH2CH CH2CH
CH CH CH2CH CH2CH
CH CH2
CH2
CH2CH CH2CH
CH
.
R.
2
CH CH2CH
CH CH2R
CH2
CH2CH CH2CH
CH
R
其中R.为增长自由基。
离子交换树脂原理
离子交换树脂原理
离子交换树脂是一种具有交换功能的高分子材料，其原理基于离子交换的化学反应。离子交换是指将树脂中的固定离子与溶液中的可交换离子发生反应，通过交换离子的方式实现离子的转移和分离。
离子交换树脂由于其特殊的化学结构，具有许多阴、阳离子交换基团。当树脂与一定浓度的盐溶液接触时，盐溶液中的离子会与树脂中的固定离子进行交换。例如，在阴离子交换树脂中，树脂上的固定带负电荷的离子会与溶液中的可交换阳离子发生交换，而在阳离子交换树脂中，则是树脂上的固定带正电荷的离子与溶液中的可交换阴离子发生交换。这个过程被称为“吸
附-解吸”过程。
离子交换树脂的交换性能与其交换基团的类型和数量有关。常见的交换基团有氢氧化物、硫酸根、碳酸根等。交换树脂的选择要根据需要分离或富集的离子特性进行。当树脂中的交换基团与溶液中的目标离子发生交换时，离子在树脂中会富集或被分离出来，从而实现分离和净化的目的。
离子交换树脂广泛应用于水处理、药物制剂、食品加工、化学分析等领域。通过调节树脂的交换能力和选择合适的交换基团，可以实现对不同离子的选择性吸附和分离，为各种工业过程提供了高效、可持续的分离和纯化方法。
高分子聚合物——离子交换树脂
高分子聚合物——离子交换树脂
科技名词定义
中文名称：
离子交换树脂
英文名称：
ion exchange resin
定义1：
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。
应用学科：
电力（一级学科）；热工自动化、电厂化学与金属（二级学科）
定义2：
一种高分子量、不溶性、带可解离基团的多聚物。是最常见的离子交换剂，常用做离子交换层析介质。
应用学科：
生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科）
定义3：
一种高分子量、不溶性、带可解离基团的多聚物。常用作离子交换层析介质。
应用学科：
细胞生物学（一级学科）；细胞生物学技术（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
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。
基本介绍
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）。
实验六 静态法测定阳离子交换树脂的总交换容量
量。
Ｒ（＝ＮＨＣｌ）２＋Ｎａ２ＳＯ４=Ｒ（＝ＮＨ）２ＳＯ４＋２ＮａＣｌ
滴定流出液中Ｃｌ－含量来测定其总交换容量。
三、试剂与器材
1、试剂： 1mol/L NaOH、1mol/L HCl、0.1ＮＮａＯＨ标准溶液、0.1
ＮＨＣｌ标准溶液、甲基橙指示剂、７３２型阳离子交换树 脂 2、器材： 酸式滴定管、精密天平、烘箱、烧杯、量筒、布氏漏斗及抽 滤装置、250ml三角瓶
w% w1 w2 100% w1
２．静态法测定７３２离交树脂交换量
（１）精确称取处理好并抽干的氢型阳离子树脂 １克，１ ０５℃下烘干至恒重，按下式计算含水量
w% w1 w2 100% w1
其中：W1-----烘干前树脂量 W2-----烘干后树脂量
２．静态法测定７３２离交树脂交换量
蛋白质的多电荷与多个交换中心结合
离子交换树脂的预处理
常用预处理方法有：
物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗 粒；
化学处理：转型（氢型或钠型）
阳离子树脂（中性）： 酸（水）—碱（水）—酸（水）
阴离子树脂 :
碱（水）—酸（水）—碱（水）
实验内容
一、目的要求 1、通过实验加深对离子交换树脂的重要性能之一—总交换
实验六 静态法测定阳离子交换树脂的 总交换容量
概述
离子交换树脂是一类带有功能基的网状 结构的高分子化合物，它由不溶性的三维空间网 状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上 带有相反电荷的可交换离子三部分构成。
离子交换树脂总交换容量的测定
实验离子交换树脂总交换容量的测定
一、实验目的
1、通过实验，加深对离子交换树脂的重要性能之一—总交换容量的认识。
2、熟悉静态法和动态法测定总交换容量的操作方法。
二、实验原理
离子交换树脂是一种高分子聚合物的有机交换剂，具网状结构，在水、酸、碱中难溶，对有机溶剂、氧化剂、还原剂及其它化学试剂具有一定的稳定性，对热也比较稳定。在离子交换树脂的网状结构的骨架上，有许多可以与溶液中离子起交换作用的活性基团，例如-SO3H、-COOH、=NOH等。
离子交换树脂根据其基团的种系分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂，树脂中的化学活性基团的种系决定了树脂的主要性质和种系。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行交换。阳离子树脂有分为强酸性和弱酸性，阴离子交换树脂又分为强碱性和弱碱性两系。
离子交换树脂主要性能参数包括：含水量，膨胀度，密度，交换容量，滴定曲线等。
交换容量Q是表征树脂性能的重要数据，用单位质量干树脂或者单位体积湿树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数来表示。
732#（001×7）系强酸性阳离子交换树脂（强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂——一种磺酸化苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂，不溶于水，不溶于酸和碱的稀释液，适合用于软化剂顺向再生纯化系统）与碱作用生成水为一不可逆反应，故可用静态法测定总交换量：RH+NaOH→RNa+H2O；用标准HCl滴定剩余NaOH含量来测定总交换容量。
用动态法测定方法是将732#树脂按称量要求装柱，用盐与树脂上的可交换离子即H+交换，交换下的氢离子用标准的氢氧化钠滴定，可测定总交换容量。
实验一 离子交换树脂总交换容量的测定
25
30
35
40 。。。
pH值
思考与分析
1. 写出本实验操作的注意事项。 2. 为什么树脂层不能存留有气泡？若有气
泡如何处理？
所有仪器洗干净。
实验结果
1. 记录实验原始数据，填入下表，计算总交换容量，并绘制交换曲线 图（时间-pH）。
2. 实验结果记录表如下：
湿树脂重量g 树脂含水量%
NaOH 溶液的物质的量浓度M 流速mL/min
收集液总体积 mL 滴定用流出液体积mL 总交换容量mmol/g干树脂
时间(分钟) NaCl 5 10 15 20
1. 树脂预处理 新买的200 g树脂于烧杯中→1000 mL 4 M HCl搅拌，
浸泡1-2天→溶胀，溶解除去杂质倾出上层HCl清液→纯 水漂洗树脂至中性。（钠型→氢型；已完成）
精确称取事先处理好并抽干的氢型阳离子交换树脂2 g左右，105℃下烘干至恒重，按下式计算含水量(48%)：
W%=(W1-W2)/W1×100 其中W1为烘前树脂重g；W2为烘后树脂重g
实验步骤 (动态法)
2. 装柱 称取树脂约10 g置于小烧杯中，加入少量去离子水。
在层析柱中加入约1/4柱体积的去离子水，然后将所有的树 脂小心倒入柱中，装柱时应注意不使树脂层中有气泡存在 （可用吸耳球一边装柱一边轻轻敲击柱子外侧，防止混入 气泡），控制柱底水流出速度（恒定，约2 mL/min左右）， 要保持液面高于树脂表面，不能让柱中水流干或溢出。为 防止之后的加试液时，树脂被冲起，在上面也铺一层棉花。
离子交换树脂及其应用
离子交换树脂及其应用
离子交换树脂及其应用
离子交换树脂是一种高分子化合物，可以与离子交换反应，广泛应用于水处理、污水处理、化学、生物医药等领域。本文将介绍离子交换树脂的基本原理、种类、制备方法及其应用。
一、离子交换树脂的基本原理
离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有极强的吸附性和选择性。其原理是通过树脂上的离子官能团（如硫酸基、胺基、羧基等）与外部溶液中的离子中和，发生交换反应。
由于离子交换树脂中的离子官能团和反应离子的性质不同，因此可以选择性地吸附、分离和纯化各种样品中的目标物质。阴离子交换树脂可选择性地吸附、分离和纯化胍基、硝酸根、磷酸根、氟化物等阴离子；阳离子交换树脂则可选择性地吸附、分离和纯化铵离子、钾离子、钙离子、镁离子等阳离子。
二、离子交换树脂的种类
常见的离子交换树脂包括阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
1. 阴离子交换树脂
阴离子交换树脂一般是以胺基或季铵盐为基础的树脂，具有选择性地吸附、分离和纯化阴离子。主要包括以下三种：
(1) 强碱性阴离子交换树脂：使用氢氧化钠或其他强碱性物质处理后得到的树脂，能够与各种酸类离子发生交换反应，只不过选择性不高。
(2) 高交换容量型阴离子交换树脂：经过特殊处理的树脂，具有高的交换容量和较强的选择性。
(3) 低交换容量型阴离子交换树脂：交换容量较低的树脂，但具有较高的选择性。
2. 阳离子交换树脂
阳离子交换树脂一般是以硫酸基或羧基为基础的树脂，具有选择性地吸附、分离和纯化阳离子。主要包括以下两种：
(1) 强酸性阳离子交换树脂：使用硫酸或其他强酸性物质处理后得到的树脂，能够与各种碱类离子发生交换反应，只不过选择性不高。
阳离子交换树脂的制备
二、实验原理
离子交换树脂是球型小颗粒，这样的形状使离子 交换树脂的应用十分方便。按功能基分类，离子 交换树脂又分为阳离子交换树脂和阴离子交换树 脂。当把阳离子基团固定在树脂骨架上，可进行 交换的部分为阳离子时，称为阳离子交换树脂， 反之为阴离子交换树脂。所以树脂的定义是根据 可交换部分确定的。不带功能基的大孔树脂，称 为吸附树脂。
二、实验原理
磺化反应
(CH-CH ) n + H2SO4 (CH-CH ) n + H2O
SO3H
三、主要仪器和试剂
三口瓶，直型冷凝管，交换柱，量筒，烧 杯，搅拌器，水银导电表，水浴锅 苯乙烯-二乙烯苯交联共聚物（自制)，二氯 乙烷，H2SO4 (92％一93％)，H2SO4 (30 ％)
阳离子交换树脂的制备
一、实验目的
1. 通过苯乙烯和二乙烯苯共聚物的磺化 反应，了解制备功能高分子的一个方法。 2. 掌握离子交换树脂体积交换量的测定 方法。
二、实验原理
离子交换树脂是一种带有离子基团的交联 聚合物，这些离子基团可与溶液中的离子 进行交换反应，在水处理、贵金属的回收 与提纯、原子能工业、催化化学反应、海 洋资源、化学工业、食品加工、分析检测、 环境保护等方面得到广泛的应用。
磺化反应chch三口瓶直型冷凝管交换柱量筒烧杯搅拌器水银导电表水浴锅苯乙烯二乙烯苯交联共聚物自制二氯乙烷h2so492一93h2so430在250ml装有搅拌器回流冷凝管的三口瓶中加入10g自制的交联聚苯乙烯和60ml二氯乙烷缓慢搅拌下在60使微粒充分溶胀05反应体系升温至70用滴液漏斗逐滴加入浓硫酸100ml需30min40min
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离子交换树脂的制备与性能测定
一. 实验目的：
1.熟悉悬浮共聚合的方法及特点。
2.通过对共聚物的磺化反应，了解高分子反应的一般规律。
3.掌握离子交换树脂的净化方法和交换当量的测定。
二、实验背景
2.1 离子交换树脂基础介绍
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。
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。
2.2 离子交换树脂的种类
(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pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
(5) 离子树脂的转型
以上是树脂的四种基本类型。在实际使用上，常将这些树脂转变为其他离子型式运行，以适应各种需要。例如常将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出Na+与溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附，除去这些离子。反应时没有放出H+，可避免溶液pH下降和由此产生的副作用(如蔗糖转化和设备腐蚀等)。这种树脂以钠型运行使用后，可用盐水再生(不用强酸)。又如阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作时放出Cl－而吸附交换其他阴离子，它的再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转变为碳酸氢型(HCO3－)运行。强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后，就不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然有这些树脂的其他典型性能，如离解性强和工作的pH围宽广等。
2.3 离子交换树脂的应用
（1）水处理
工业用水里存在两价的钙、镁离子和三价的铁离子，易使管道及锅炉结垢。使用离子交换树脂处理可以较完全的除去水中存在的离子，提高纯水的品质。目前离子交换树脂的最大消耗量是用在发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业，可以大幅度提高微小晶片的收缩率。
（2）食品及制药工业
对制备和改进产品的性能起着重要的作用。例如高果糖浆的制备和链霉素的开发成功。（3）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碱化、水解、酯交换、醇酚缩合、水合反应，能保护反应器不被腐蚀，不污染环境，反应容易控制。
（4）环境保护
主要是进行水溶液或非水溶液中含有的有毒离子或非离子物质进行回收使用。
（5）湿法冶金及其他
离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀有元素和贵金属。并广泛应用于痕量离子的富集和分析，以及生化物质的分离、分析等。
三、实验原理
在苯乙烯聚合时加入交联剂，产品具有一定的交联网络结构，可以提高均聚物的耐溶剂性能，这种交联聚苯乙烯是高分子催化剂的载体，称为“白球”。它以二乙烯基苯作为交联剂，聚合产物结构单纯。将交联聚苯乙烯通过高分子反应接上各类反应基团，作为反应催化剂，是功能高分子材料中重要的一类。聚苯乙烯作为载体，并不参与反应，与小分子催化剂相比，具有催化效率高、不易失活、可反复使用的优点，在很多反应中受到青睐。
交联聚苯乙烯需要高分子反应才能制备成高分子催化剂。高分子反应是当高分子化合物的分子中含有可反应的基团时，进一步进行化学反应，得到具有新性能的另一种高分子化合物。高分子反应在反应形式上和低分子反应几乎是相同的，但高分子反应，由于受到聚集态、邻近基团效应、几率效应等的影响，所以反应速率及产物的性状与低分子化合物有所差别，通常很难100%完成。这样在聚合物主链上就存在由原来的结构单元和新生成的结构单元组成的共聚物，如有副反应发生，则副产物也可能进入生成的聚合物组成。因此，生成的聚合物的性质随反应转化率和副反应等发生很大的变化。因此不能用低分子反应产率的大小来衡量反应进行的程度，通常以基团转化程度来表示。
本实验第一步是利用悬浮聚合法合成交联的聚苯乙烯珠粒，第二步是对交联的聚苯乙烯