离子交换树脂 ppt课件
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课件：第五章 色谱与离子交换树脂分离法
Small
Jorgenson等
发明毛细管柱气相色谱。 发表凝胶过滤色谱的报告。 发明凝胶渗透色谱。 发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。 发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，
采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。 创立了毛细管电泳法。
第五章 色谱与离子交换分离法
• 色谱的分类
– 按流动相、固定相性质进行分类
• 1944年出现纸色谱以后，色谱 法不断发展，相继出现薄层色 谱、亲和色谱、凝胶色谱、气 相色谱、高压液相色谱（HPLC） 等。
M.Tswett
第五章 色谱与离子交换分离法
M.Tswett 实验
第五章 色谱与离子交换分离法
用色彩（chroma）和图谱（graphs）组成色谱一词（Chromatography) 。
慢 中等 快
淋洗液
Temporal course
第五章 色谱与离子交换分离法
第二节 色谱分离的基本理论
发明者
发明的色谱方法或重要应用
Tswett
用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱 概念。
Kuhn, Lederer
用氧化铝和碳酸钙分离a-、b-和g-胡萝卜素。使色 谱法开始为人们所重视。
Izmailov, Shraiber
Taylor, Uray
最先使用薄层色谱法。 用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。
离子交换色谱：以离子交换剂作固定相，利用各种离子的亲和力差
异进行分离，主要应用于分离简单离子、无机盐类等。
凝胶色谱：利用凝胶对不同尺寸的组分阻滞作用差异进行分离， 主要应用于有机物、生物大分子的分离；根据凝胶制备原料的
不同，又可分为有机凝胶和无机凝胶二类。 亲和色谱：利用固定相上的亲和基对特定大分子的亲和力差异进行
Jorgenson等
发明毛细管柱气相色谱。 发表凝胶过滤色谱的报告。 发明凝胶渗透色谱。 发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。 发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，
采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。 创立了毛细管电泳法。
第五章 色谱与离子交换分离法
• 色谱的分类
– 按流动相、固定相性质进行分类
• 1944年出现纸色谱以后，色谱 法不断发展，相继出现薄层色 谱、亲和色谱、凝胶色谱、气 相色谱、高压液相色谱（HPLC） 等。
M.Tswett
第五章 色谱与离子交换分离法
M.Tswett 实验
第五章 色谱与离子交换分离法
用色彩（chroma）和图谱（graphs）组成色谱一词（Chromatography) 。
慢 中等 快
淋洗液
Temporal course
第五章 色谱与离子交换分离法
第二节 色谱分离的基本理论
发明者
发明的色谱方法或重要应用
Tswett
用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱 概念。
Kuhn, Lederer
用氧化铝和碳酸钙分离a-、b-和g-胡萝卜素。使色 谱法开始为人们所重视。
Izmailov, Shraiber
Taylor, Uray
最先使用薄层色谱法。 用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。
离子交换色谱：以离子交换剂作固定相，利用各种离子的亲和力差
异进行分离，主要应用于分离简单离子、无机盐类等。
凝胶色谱：利用凝胶对不同尺寸的组分阻滞作用差异进行分离， 主要应用于有机物、生物大分子的分离；根据凝胶制备原料的
不同，又可分为有机凝胶和无机凝胶二类。 亲和色谱：利用固定相上的亲和基对特定大分子的亲和力差异进行
强酸性阳离子交换树脂
1.4 实验步骤
1. 强酸性阳离子交换树脂的预处理
取样品约10g以2N硫酸 取样品约10g以2N硫酸（或1N盐酸）及1NNaOH轮流浸泡， 硫酸（ 1N盐酸 盐酸） 1NNaOH轮流浸泡 轮流浸泡， 即按酸－ 酸顺序浸泡5 每次2h， 即按酸－碱－酸－碱－酸顺序浸泡5次，每次2h，浸泡液体积约为 树脂体积的2 在酸碱互换时应用200ml去离子水进行洗涤 去离子水进行洗涤。 树脂体积的2～3倍。在酸碱互换时应用200ml去离子水进行洗涤。 5次浸泡结束后用去离子水洗涤至中性。 次浸泡结束后用去离子水洗涤至中性。
E= N V me / g W ×固体含量％
（干树脂）
式中： N－NaOH标准溶液的摩尔浓度； NaOH标准溶液的摩尔浓度 标准溶液的摩尔浓度； 式中： V－NaOH标准溶液的用量，mL； NaOH标准溶液的用量 mL； 标准溶液的用量， W－样品湿树脂重，g。 样品湿树脂重，
1.3 实验所需仪器设备及材料
实验5 实验5
强酸性阳离子交换树脂 交换容量的测定实验
1.1 实验目的
加深对强酸性阳离子交换树脂交换容量的理解。 加深对强酸性阳离子交换树脂交换容量的理解。 掌握测定强酸性阳离子交换树脂交换容量的方 法。
1.2 实验原理
强酸性阳离子交换树脂的性能参数很多，其中交换容量是交换树 强酸性阳离子交换树脂的性能参数很多， 脂最重要的性能，它能定量地表示树脂交换能力的大小。 脂最重要的性能，它能定量地表示树脂交换能力的大小。 强酸性阳离子交换树脂测定前需经过预处理，即经过酸、碱轮流 强酸性阳离子交换树脂测定前需经过预处理，即经过酸、 浸泡，以除去树脂表面的可溶性杂质。 浸泡，以除去树脂表面的可溶性杂质。测定阳离子交换树脂交换 容量常采用碱滴定法，用酚酞作指示剂，按下式计算交换容量： 容量常采用碱滴定法，用酚酞作指示剂，按下式计算交换容量：
离子交换树脂及原理课件ppt
RCOOHNa + H2O → RCOONa+NaOH RNH2Cl + H2O → RNH2OH+HCl
化学性能
对各种离子的交换能力是不同的。 易被交换的离子，解析就困难。 交换顺序：优先高化合价的，其次原子序数大的。
强酸性阳离子交换树脂： Fe2+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞H+
树脂的命名 (GB1631-1979)
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 螯合性 两性 氧化还原性
代号 0 1 2
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系
3
环氧系
4 乙烯吡啶系
5
脲醛系
6 氯乙烯系
二、离子交换树脂的性能
物理性能 外观(颜色、形状)、粒度、密度、 含水率、转型膨胀率、耐磨性
第二节 离子交换基本原理
1. 离子交换反应 可逆性 强型树脂的交换反应 弱型树脂的交换反应 2. 离子交换平衡和选择性系数 3. 离子交换速度 控制步骤 表达式 影响因素
物理性能
密度：单位体积树脂的质量。 1. 湿真密度：单位真体积（不包括树脂颗粒间空隙的体积）内湿态
离子交换树脂的质量，g/mL。 湿真密度=湿态树脂质量/湿态树脂的真体积 一般在1.04-1.30。阳离子大于阴离子的。 离子交换树脂的反洗强度、分层特性与其有关。 2. 湿视密度：单位体积内紧密无规律排列的湿态离子交换树脂的质
用寿命。 耐磨性 由于相互摩擦和胀缩作用，产生破裂现象。 一般年损耗应小于3-7%。
化学性能
酸碱性 不溶性的高分子电解质，可电离，使得水溶液具有酸碱性。 强型树脂不受溶液pH影响。 弱型树脂电离能力小。弱酸性树脂在碱性溶液中电离能力大，弱
化学性能
对各种离子的交换能力是不同的。 易被交换的离子，解析就困难。 交换顺序：优先高化合价的，其次原子序数大的。
强酸性阳离子交换树脂： Fe2+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞H+
树脂的命名 (GB1631-1979)
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 螯合性 两性 氧化还原性
代号 0 1 2
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系
3
环氧系
4 乙烯吡啶系
5
脲醛系
6 氯乙烯系
二、离子交换树脂的性能
物理性能 外观(颜色、形状)、粒度、密度、 含水率、转型膨胀率、耐磨性
第二节 离子交换基本原理
1. 离子交换反应 可逆性 强型树脂的交换反应 弱型树脂的交换反应 2. 离子交换平衡和选择性系数 3. 离子交换速度 控制步骤 表达式 影响因素
物理性能
密度：单位体积树脂的质量。 1. 湿真密度：单位真体积（不包括树脂颗粒间空隙的体积）内湿态
离子交换树脂的质量，g/mL。 湿真密度=湿态树脂质量/湿态树脂的真体积 一般在1.04-1.30。阳离子大于阴离子的。 离子交换树脂的反洗强度、分层特性与其有关。 2. 湿视密度：单位体积内紧密无规律排列的湿态离子交换树脂的质
用寿命。 耐磨性 由于相互摩擦和胀缩作用，产生破裂现象。 一般年损耗应小于3-7%。
化学性能
酸碱性 不溶性的高分子电解质，可电离，使得水溶液具有酸碱性。 强型树脂不受溶液pH影响。 弱型树脂电离能力小。弱酸性树脂在碱性溶液中电离能力大，弱
离子交换树脂 ppt课件
43
将经干燥的树脂置于2 L浓度为 l mol/L 的氢氧化钠乙醇溶液中，加热回流约10 h， 然后冷却过滤，用水和稀盐酸洗涤，再用水 洗涤数次，最后在100℃下干燥，即得成品。
44
（3）强碱型阴离子交换树脂的制备
强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基作为离子 交换基团，以聚苯乙烯作骨架。
制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化， 然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与 各种胺进行胺基化反应。
37
强酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将1 g BPO（过氧化二苯甲酰）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
NH2(C2H4NH)nH 二乙苯
CH2 CH CH2 CH CONH(C2H4NH)nH
CH2 CH
CH2O
CH2
CH CH2
CH CONH(C2H4N)n
CH3
CH2 CH
CH3
50
2、大孔型离子交换树脂
大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相同。 重要的大孔型树脂仍以苯乙烯类为主。与离子交换树脂相比， 制备中有两个最大的不同之处：一是二乙烯基苯含量大大增 加，一般达85％以上；二是在制备中加入致孔剂。
1
一、发展概述
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。
离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料。
将经干燥的树脂置于2 L浓度为 l mol/L 的氢氧化钠乙醇溶液中，加热回流约10 h， 然后冷却过滤，用水和稀盐酸洗涤，再用水 洗涤数次，最后在100℃下干燥，即得成品。
44
（3）强碱型阴离子交换树脂的制备
强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基作为离子 交换基团，以聚苯乙烯作骨架。
制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化， 然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与 各种胺进行胺基化反应。
37
强酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将1 g BPO（过氧化二苯甲酰）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
NH2(C2H4NH)nH 二乙苯
CH2 CH CH2 CH CONH(C2H4NH)nH
CH2 CH
CH2O
CH2
CH CH2
CH CONH(C2H4N)n
CH3
CH2 CH
CH3
50
2、大孔型离子交换树脂
大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相同。 重要的大孔型树脂仍以苯乙烯类为主。与离子交换树脂相比， 制备中有两个最大的不同之处：一是二乙烯基苯含量大大增 加，一般达85％以上；二是在制备中加入致孔剂。
1
一、发展概述
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。
离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料。
离子交换操作步骤(共15张PPT)
静态交换：是将树脂与交换溶液混合置于一定的容器中搅拌
进行。静态交换操作方法简单、设备要求低，需分批进行， 交换不完全，效率低。
柱上操作：先在柱中充以水，下端铺玻璃毛，在装柱和整个 交换洗脱过程中，树脂层要浸在液面下，防止混入气泡形 成沟流，柱中树脂层高度是柱内径的10～20倍
实验室中：交换柱
(1)中间树脂局部被交换，称为“交界层〞 (3)此时，被交换到柱上的离子量称为始漏 ②酸碱处理：除去与官能团结合的杂质。 阳离子树脂采用HCl作洗脱液3～4 M，易洗脱的可用稀酸2 M洗Ca2+ ， 选择离子交换树脂的原那么 别离用细些均匀性好，80～100目或100～120目； (2)随着试液的流入，交界层下移，当流出 常量组分一般在100～200目，微量组分一般在200～400目。 换新盐酸再浸一段时间，再去离子洗至中性得到H+型阳或Clˉ型阴离子交换树脂。 换新盐酸再浸一段时间，再去离子洗至中性得到H+型阳或Clˉ型阴离子交换树脂。 洗脱作用也是由上而下地依次进行的。 量。 洗脱剂浓度：太小效率低，太大树脂脱水收缩，树脂内离子不易洗脱。 洗脱作用也是由上而下地依次进行的。 阳离子树脂采用HCl作洗脱液3～4 M，易洗脱的可用稀酸2 M洗Ca2+ ，
能力。 ③转型：即树脂去杂后，赋予平子交换：将待别离的溶液倾入交换柱，使其按某一
定的适当的速度流经树脂层，
2R—SO3H+Ca2+→(RSO3)2Ca+2H+
树脂颗粒的大小：树脂愈粗，曲线向右移动，达相同洗脱率，洗脱剂量增加。
(1)中间树脂局部被交换，称为“交界 柱上操作：先在柱中充以水，下端铺玻璃毛，在装柱和整个交换洗脱过程中，树脂层要浸在液面下，防止混入气泡形成沟流，柱中树脂层高
进行。静态交换操作方法简单、设备要求低，需分批进行， 交换不完全，效率低。
柱上操作：先在柱中充以水，下端铺玻璃毛，在装柱和整个 交换洗脱过程中，树脂层要浸在液面下，防止混入气泡形 成沟流，柱中树脂层高度是柱内径的10～20倍
实验室中：交换柱
(1)中间树脂局部被交换，称为“交界层〞 (3)此时，被交换到柱上的离子量称为始漏 ②酸碱处理：除去与官能团结合的杂质。 阳离子树脂采用HCl作洗脱液3～4 M，易洗脱的可用稀酸2 M洗Ca2+ ， 选择离子交换树脂的原那么 别离用细些均匀性好，80～100目或100～120目； (2)随着试液的流入，交界层下移，当流出 常量组分一般在100～200目，微量组分一般在200～400目。 换新盐酸再浸一段时间，再去离子洗至中性得到H+型阳或Clˉ型阴离子交换树脂。 换新盐酸再浸一段时间，再去离子洗至中性得到H+型阳或Clˉ型阴离子交换树脂。 洗脱作用也是由上而下地依次进行的。 量。 洗脱剂浓度：太小效率低，太大树脂脱水收缩，树脂内离子不易洗脱。 洗脱作用也是由上而下地依次进行的。 阳离子树脂采用HCl作洗脱液3～4 M，易洗脱的可用稀酸2 M洗Ca2+ ，
能力。 ③转型：即树脂去杂后，赋予平子交换：将待别离的溶液倾入交换柱，使其按某一
定的适当的速度流经树脂层，
2R—SO3H+Ca2+→(RSO3)2Ca+2H+
树脂颗粒的大小：树脂愈粗，曲线向右移动，达相同洗脱率，洗脱剂量增加。
(1)中间树脂局部被交换，称为“交界 柱上操作：先在柱中充以水，下端铺玻璃毛，在装柱和整个交换洗脱过程中，树脂层要浸在液面下，防止混入气泡形成沟流，柱中树脂层高
离子交换-树脂部分(共68张PPT)
• 同类树脂001×7、001×10、 001×14.5的干基交换容量随交联度 增大而减少。D001×16大孔树脂磺 化反响温度较其它树脂高，其产生 弱酸基的量也较大。
阴离子交换树脂交换容量
• 阴离子交换树脂交换容量测定包括对强碱性和弱碱性 两种阴树脂的全交换容量、强碱基团及弱碱基团容量 的测定。
第一节 离子交换树脂根本概念
国产离子交换树脂的分类 国产离子交换树脂命名法那么及型号
国产离子交换树脂的分类
离子交换树脂品种很多，因其原料、制法和用途不同，分类方 法各异。主要分类方法下：
1.按功能基类别分：
a. 强酸性阳离子交换树脂，其功能基为：磺酸基R-SO3H
b. 弱酸性阳离子交换树脂，其功能基为：羧酸基R-COOH， 磷酸基 R-CHPO(OH)2
• 湿态离子交换树脂：是指吸收了平衡水量并除 去外部游离水分后的树脂。
粒度和粒度分布
• 一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致，大体 上处在0.2mm～1.5mm范围内〔经筛分取0.3mm～ 1.2mm的颗粒用于制造树脂〕，其中0.3mm～ 0.6mm的占60%左右，0.6mm～1.0mm的占30%左 右。经过筛分的树脂，应该用4个指标：范围粒度、 有效粒度和均一系数、下限粒度〔或上限粒度〕。
• M = c×V×d
(2-8)
• 式中：d——再生剂溶液密度，kg/m3。
再生剂耗的公式为：
R=M/(QI× VR)
(2-9)
式中：R——再生剂耗，g/mol；
M——周期再生剂用量，g；
Q工——工作交换容量，mol/m3
• 平衡交换容量 ：用于表示到达平衡状态时单位质量或单位体积 的树脂中参于反响的交换基团的量。它表示在给定条件下，该 树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的重要参数。
阴离子交换树脂交换容量
• 阴离子交换树脂交换容量测定包括对强碱性和弱碱性 两种阴树脂的全交换容量、强碱基团及弱碱基团容量 的测定。
第一节 离子交换树脂根本概念
国产离子交换树脂的分类 国产离子交换树脂命名法那么及型号
国产离子交换树脂的分类
离子交换树脂品种很多，因其原料、制法和用途不同，分类方 法各异。主要分类方法下：
1.按功能基类别分：
a. 强酸性阳离子交换树脂，其功能基为：磺酸基R-SO3H
b. 弱酸性阳离子交换树脂，其功能基为：羧酸基R-COOH， 磷酸基 R-CHPO(OH)2
• 湿态离子交换树脂：是指吸收了平衡水量并除 去外部游离水分后的树脂。
粒度和粒度分布
• 一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致，大体 上处在0.2mm～1.5mm范围内〔经筛分取0.3mm～ 1.2mm的颗粒用于制造树脂〕，其中0.3mm～ 0.6mm的占60%左右，0.6mm～1.0mm的占30%左 右。经过筛分的树脂，应该用4个指标：范围粒度、 有效粒度和均一系数、下限粒度〔或上限粒度〕。
• M = c×V×d
(2-8)
• 式中：d——再生剂溶液密度，kg/m3。
再生剂耗的公式为：
R=M/(QI× VR)
(2-9)
式中：R——再生剂耗，g/mol；
M——周期再生剂用量，g；
Q工——工作交换容量，mol/m3
• 平衡交换容量 ：用于表示到达平衡状态时单位质量或单位体积 的树脂中参于反响的交换基团的量。它表示在给定条件下，该 树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的重要参数。
离子交换树脂及原理ppt课件
有关。 反映离子交换树脂的交联度和网眼中的孔隙率。含水率愈大，孔
隙率愈大，其交联度愈小。 可了解树脂性能的变化。冬季应注意防冻。 一般在40-60%。
物理性能
转型膨胀率 离子交换树脂从一种单一离子型转为另一种单一离子型时体积的
变化的百分率. 树脂在交换和再生时,体积均会发生变化。 经长时间不断地胀缩，树脂会发生老化现象，从而影响树脂的使
化学性能
热稳定性 表示受热作用下树脂保持理化性能不变的能力。 强碱性树脂：强碱基团受热分解，降低交换容量。 弱碱性树脂：弱碱基团受热发生脱落现象，稳定性较强碱性高。 强酸性树脂：最高使用温度为100-120℃，再高则发生脱落现象。 弱酸性树脂：稳定性更高一些，达200℃，且短时间内容量损失小。 热稳定性大小顺序为： 弱酸性＞强酸性＞弱碱性＞Ⅰ型强碱性＞Ⅱ型强碱性
物理性能
密度：单位体积树脂的质量。 1. 湿真密度：单位真体积（不包括树脂颗粒间空隙的体积）内湿态
离子交换树脂的质量，g/mL。 湿真密度=湿态树脂质量/湿态树脂的真体积 一般在1.04-1.30。阳离子大于阴离子的。 离子交换树脂的反洗强度、分层特性与其有关。 2. 湿视密度：单位体积内紧密无规律排列的湿态离子交换树脂的质
第二节 离子交换基本原理
1. 离子交换反应 可逆性 强型树脂的交换反应 弱型树脂的交换反应 2. 离子交换平衡和选择性系数 3. 离子交换速度 控制步骤 表达式 影响因素
离子交换树脂及离子交换基本原理
第一节 离子交换树脂及其性能 第二节 离子交换基本原理 第三节 离子交换树脂层的工作过程 第四节 离子交换树脂的使用 第五节 离子交换树脂的变质、污染与复苏
一、离子交换树脂
组成： 单体：如苯乙烯、甲基丙烯酸。 交联剂：架桥，使聚合物构成网状结构，如二乙烯苯。 交换基团：具有活性离子的基团。 合成：高分子骨架的合成、交换基团的引入。 结构： 高分子骨架：交联的高分子聚合物。 离子交换基团：-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2 孔：凝胶孔、毛细孔 书写： 固定离子：R 可交换离子： -SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2
隙率愈大，其交联度愈小。 可了解树脂性能的变化。冬季应注意防冻。 一般在40-60%。
物理性能
转型膨胀率 离子交换树脂从一种单一离子型转为另一种单一离子型时体积的
变化的百分率. 树脂在交换和再生时,体积均会发生变化。 经长时间不断地胀缩，树脂会发生老化现象，从而影响树脂的使
化学性能
热稳定性 表示受热作用下树脂保持理化性能不变的能力。 强碱性树脂：强碱基团受热分解，降低交换容量。 弱碱性树脂：弱碱基团受热发生脱落现象，稳定性较强碱性高。 强酸性树脂：最高使用温度为100-120℃，再高则发生脱落现象。 弱酸性树脂：稳定性更高一些，达200℃，且短时间内容量损失小。 热稳定性大小顺序为： 弱酸性＞强酸性＞弱碱性＞Ⅰ型强碱性＞Ⅱ型强碱性
物理性能
密度：单位体积树脂的质量。 1. 湿真密度：单位真体积（不包括树脂颗粒间空隙的体积）内湿态
离子交换树脂的质量，g/mL。 湿真密度=湿态树脂质量/湿态树脂的真体积 一般在1.04-1.30。阳离子大于阴离子的。 离子交换树脂的反洗强度、分层特性与其有关。 2. 湿视密度：单位体积内紧密无规律排列的湿态离子交换树脂的质
第二节 离子交换基本原理
1. 离子交换反应 可逆性 强型树脂的交换反应 弱型树脂的交换反应 2. 离子交换平衡和选择性系数 3. 离子交换速度 控制步骤 表达式 影响因素
离子交换树脂及离子交换基本原理
第一节 离子交换树脂及其性能 第二节 离子交换基本原理 第三节 离子交换树脂层的工作过程 第四节 离子交换树脂的使用 第五节 离子交换树脂的变质、污染与复苏
一、离子交换树脂
组成： 单体：如苯乙烯、甲基丙烯酸。 交联剂：架桥，使聚合物构成网状结构，如二乙烯苯。 交换基团：具有活性离子的基团。 合成：高分子骨架的合成、交换基团的引入。 结构： 高分子骨架：交联的高分子聚合物。 离子交换基团：-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2 孔：凝胶孔、毛细孔 书写： 固定离子：R 可交换离子： -SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2
第1章-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。
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。
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。
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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。
离子交换树脂教学课件
原料选择
选择高质量的原料是生产离子交 换树脂的关键，包括苯乙烯、交 联剂、催化剂等。
原料处理
对原料进行纯化、干燥等预处理 ，以确保生产出的离子交换树脂 质量稳定。
合成方法与工艺
01
02
03
悬浮聚合
将苯乙烯、交联剂等原料 分散在水中，通过引发剂 引发聚合反应，生成离子 交换树脂的颗粒。
乳液聚合
将苯乙烯、交联剂等原料 溶于有机溶剂中，通过引 发剂引发聚合反应，生成 离子交换树脂的乳液。
、废水处理和回收利用。
离子交换树脂的优势
03
具有较高的交换容量和再生效率，使用寿命长，操作简便，对
环境友好等优点。
离子交换树脂处理工业水的效果与优势
离子交换树脂对工业水质的改善
可以有效去除水中的硬度、氯离子、硫酸根离子等杂质，提高水质，满足各种工业用水需 求。
离子交换树脂在废水处理中的应用
可以实现废水的减量、减毒和减污，为工业废水的处理和资源化利用提供有效手段。
复合离子交换树脂的研发
将不同性质的离子交换树脂复合在一起，实现多功能化和高效化，满足不同应用 需求。
拓展离子交换树脂的应用领域
新能源领域的应用
探索离子交换树脂在新能源领域的应用，如电池、燃料电池 、太阳能电池等，实现能源的高效利用和环境保护。
生物医学领域的应用
拓展离子交换树脂在生物医学领域的应用，如药物分离、血 液透析、生物传感器等，为生物医学技术的发展提供支持。
利用新材料技术，开发具有优异性能的离子交换树脂，如高交联度、高选择性 、耐高温、抗污染等。
纳米技术的应用
将纳米技术应用于离子交换树脂的制备，实现纳米尺度的孔径和粒径控制，提 高离子交换树脂的吸附和分离性能。
离子交换法ppt课件
为7%。
三、离子交换树脂的骨架（载体）
（一）苯乙烯型离子交换树脂 • 由苯乙烯与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
（二）丙烯酸型离子交换树脂 由丙烯酸甲酯与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成
（三）多乙烯多胺——环氧氯丙烷树脂
弱碱301树脂，同时含有伯、仲、叔胺，还含有少量季铵基团。
载体：惰性的不溶性高分子固定骨架。 第二节 离子交换树脂的结构和种类 弱碱型阴离子交换树脂（在碱性环境中解离度受到抑制）
• Strong ion exchangers show no variation in ion exchange capacity with change in pH .
• Strong ion exchangers include Q (anionic), S and SP (cationic).
三、基本操作方法
洗脱液
• 酸、碱洗脱液：改变吸附物的电荷或改变树脂活性基团
的解离状态，以消除静电结合力，迫使目的物被释放
出来；
• 盐类洗脱液：通过高浓度的同种电荷的离子与目的物竞
争树脂上的活性基团，使吸附物游离。
洗脱方式
改变溶液pH及离子强度：
思考题
• 1. 混合溶液中，待分离目的蛋白质T的pI为7.9，杂质蛋白A 的pI为5.4，杂质蛋白质B的pI为4.9，实验室现有SP Sepharose™ Fast Flow （一种强阳离子交换树脂）,请设 计一套实验方案，使用离子交换技术纯化目的蛋白质T。
• 目的物是弱酸性或弱碱性的小分子物质时， 3、有机溶剂：减弱树脂对有机离子的吸附能力。
二、影响树脂性能的几个因素 弱碱型阴离子交换树脂（在碱性环境中解离度受到抑制）
宜选用强酸强碱树脂（氨基酸的分离）。 酸、碱洗脱液：改变吸附物的电荷或改变树脂活性基团的解离状态，以消除静电结合力，迫使目的物被释放出来；
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二、离子交换树脂的活性基团 离子交换树脂的功能性主要体现在活性基团上，
与离子交换树脂运用密切相关。所以引入不同的活 性基团对功能化有重要作用。
ppt课件
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三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
设计思路：
引入磺酸基，可解离出H+，H+可与周围的外来离 子互相交换
磺化
合成治疗高血钾症的辅助性药物，但是如果用苯 磺酸会使人体内环境变为酸性，所以引入人体内 大量存在的Na+。
高聚物分子设计
组长：黄玲玲 组员：李文涛 陈放 范翔云
刘容宾 陈斌 王贵恒 许强
ppt课件
1
离子交换树脂设计与合成
一、离子交换树脂简介
二、离子交换树脂设计思路
目录
三、离子交换树脂的设计、合成
四、离子交换树脂的应用 五、离子交换树脂的发展前景
ppt课件
2
一、离子交换树脂简介
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。
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7
三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
磺化
碱处理
根据以上分析，合成聚苯乙烯磺酸钠型离子交换 树脂具有实用意义。
ppt课件
8
三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
1.交联聚苯乙烯大分子微球的合成 以苯乙烯、二乙烯苯为单体, 在引发剂作用下利用悬 浮聚合法在含有分散剂的纯水中通过自由基聚合反应 而得到共聚珠体。
共聚珠体：
ppt课件
9
三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
具体合成步骤：
150m L 纯水+溶解完全的分散剂聚乙烯醇溶液
搅拌静止
加入苯乙烯和二乙烯苯单体混合物
升温
维持反应4h
过滤并用甲
醇洗涤2次
干燥
共聚珠体
ppt课件
10
Hale Waihona Puke 上述合成步骤的材料设计思想： 苯乙烯聚合加入二乙烯苯，形成交联结构，否则苯乙烯链
酸
磺化
升温
加水稀释
加入NaOH
产品
加入浓硫 冷却
过滤干燥得到
ppt课件
12
结果：成功制备了粒径范围在60-200μm的聚苯乙烯磺酸 钠离子交换树脂。
ppt课件
13
三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
2. 聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂的应用
聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂是一种治疗高血钾症 的辅助性药物，它的作用机理是通过树脂中的钠和人体 内的钾交换，即吸附人体内的钾离子，释放树脂中的钠 离子，树脂携带体内部份的钾一起排出体外，从而降低 血液中钾的含量。
ppt课件
17
三、离子交换树脂的设计、合成
3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂
1.PS-Ace-Cl 树脂的制备
ppt课件
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三、离子交换树脂的设计、合成
3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂
2.PS-Ace-Cl 树脂固载二乙醇胺
ppt课件
19
三、离子交换树脂的设计、合成
3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂
3.PS-Ace-DEA树脂的应用
脂中所含有的氨基与马来酸酐反应，将酒石酸引入
到上述螯合树脂中，使其具有氨基和羧酸两种螯合
功能基。
将苯酚中的酚羟基醚化不仅可以克服其易被氧化
的缺点, 而且可以增强链段的柔顺性，使树脂中螯合
功能基的柔软性得到提高，有利于与金属离子的螯
合。若醚化试剂的端基是羟基、羧基等基团，还易
于进一步地化学改性ppt。课件
对于需要进行血透析治疗的高血钾症患者，借助于聚
苯乙烯磺酸钙进行辅助治疗，可以延长透析周期、减少
透析次数。
ppt课件
14
三、离子交换树脂的设计、合成
2.酚醛型离子交换/螯合树脂
设计思路：
苯酚或苯酚衍生物与含有螯合功能基的单体及甲醛 直接缩合聚合制备，制得的树脂具有螯合容量大、螯 合功能基在高分子链上分布均匀。
16
三、离子交换树脂的设计、合成
3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂
设计思路：
交联聚苯乙烯(PS)型树脂如XAD-2 和 D101 等可与皂 甙的甙元部分产生疏水性吸附，能从水提取液中吸附 分离蓝皂甙，但这些树脂是非极性的，树脂相与水相 之间的界面能较大，皂甙从水相向树脂转移困难，吸 附速率慢，吸附量小。
在树脂结构上引入二乙醇胺极性基团，增大树脂的亲 水性，改善树脂的吸附性能。
三、离子交换树脂的设计、合成
2.酚醛型离子交换/螯合树脂
1. 醚化酚醛型离子交换/螯合树脂的合成
以甲酸为反应介质，以硫酸为催化剂，通过苯氧
乙醇与甲醛的缩合反应，合成含伯羟基的酚醛树脂
基体, 然后再通过苯磺酸酯化等反应，合成在酚醛树
脂基体上连接二乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺和三
乙烯四胺的酚醛型离子交换/螯合树脂，通过上述树
ppt课件
3
一、离子交换树脂简介
离子交换树脂由三部分组成：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。
离子交换树脂的设 计、合成主要是与 这三部分有关
ppt课件
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一、离子交换树脂简介
离子交换树脂的分类
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。阴、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。
按基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂等。
按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝胶型、大 孔型和载体型三类。
ppt课件
5
二、离子交换树脂设计思路
离子交换树脂设计分为两个方面： 一、离子交换树脂的基体
离子交换树脂多种不同的基体，根据不同的性 能要求选择不同的基体。如果要求耐热性需要引入 一些刚性基团；如果要求有较强的冲击性能，需要 改进树脂的基体的交联结构。
氯乙酰化聚苯乙烯载体在固相合成、生物化学、固 定化催化剂、固定化酶等方面有较多的应用。PSAce-DEA树脂对金属离子如Cu2+、Pb2+、Ni2+、Cr6+ 等离子有较好的吸附性，可应用于实际工业废水的处 理中。β-CD与PEG成功固载到羧基化聚苯乙烯载体 上，制备得到具有特殊功能的高分子载体，可应用于 手性拆分和酶的固定化等应用领域中。
酚醛型离子交换/螯合树脂的合成通常是在苯酚所提 供的母核上进行的，合成过程中酚羟基一般不参与化 学反应, 因此在该类树脂的高分子骨架上含有大量的酚 羟基，这会使酚醛树脂的耐热性、耐化学腐蚀性显著 降低。为了克服上述缺点，将苯酚中的酚羟基用醇加 以醚化， 再使其与甲醛发生缩pp合t课件反应，得到了不含酚羟基的15酚
结构会产生滑移而不具有相应的功能。 由于聚合反应不能把单体完全反应，聚苯乙烯磺酸钠型离
子交换树脂用于人体内服用，所以必须把没有反应完全的单 体除去，用甲醇洗涤数次。
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三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
2. 聚苯乙烯成酸钠离子交换树脂的制备
共聚微体+二氯乙烷
溶胀
与离子交换树脂运用密切相关。所以引入不同的活 性基团对功能化有重要作用。
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三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
设计思路：
引入磺酸基，可解离出H+，H+可与周围的外来离 子互相交换
磺化
合成治疗高血钾症的辅助性药物，但是如果用苯 磺酸会使人体内环境变为酸性，所以引入人体内 大量存在的Na+。
高聚物分子设计
组长：黄玲玲 组员：李文涛 陈放 范翔云
刘容宾 陈斌 王贵恒 许强
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离子交换树脂设计与合成
一、离子交换树脂简介
二、离子交换树脂设计思路
目录
三、离子交换树脂的设计、合成
四、离子交换树脂的应用 五、离子交换树脂的发展前景
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一、离子交换树脂简介
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。
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三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
磺化
碱处理
根据以上分析，合成聚苯乙烯磺酸钠型离子交换 树脂具有实用意义。
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三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
1.交联聚苯乙烯大分子微球的合成 以苯乙烯、二乙烯苯为单体, 在引发剂作用下利用悬 浮聚合法在含有分散剂的纯水中通过自由基聚合反应 而得到共聚珠体。
共聚珠体：
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三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
具体合成步骤：
150m L 纯水+溶解完全的分散剂聚乙烯醇溶液
搅拌静止
加入苯乙烯和二乙烯苯单体混合物
升温
维持反应4h
过滤并用甲
醇洗涤2次
干燥
共聚珠体
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10
Hale Waihona Puke 上述合成步骤的材料设计思想： 苯乙烯聚合加入二乙烯苯，形成交联结构，否则苯乙烯链
酸
磺化
升温
加水稀释
加入NaOH
产品
加入浓硫 冷却
过滤干燥得到
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结果：成功制备了粒径范围在60-200μm的聚苯乙烯磺酸 钠离子交换树脂。
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三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
2. 聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂的应用
聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂是一种治疗高血钾症 的辅助性药物，它的作用机理是通过树脂中的钠和人体 内的钾交换，即吸附人体内的钾离子，释放树脂中的钠 离子，树脂携带体内部份的钾一起排出体外，从而降低 血液中钾的含量。
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三、离子交换树脂的设计、合成
3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂
1.PS-Ace-Cl 树脂的制备
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三、离子交换树脂的设计、合成
3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂
2.PS-Ace-Cl 树脂固载二乙醇胺
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三、离子交换树脂的设计、合成
3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂
3.PS-Ace-DEA树脂的应用
脂中所含有的氨基与马来酸酐反应，将酒石酸引入
到上述螯合树脂中，使其具有氨基和羧酸两种螯合
功能基。
将苯酚中的酚羟基醚化不仅可以克服其易被氧化
的缺点, 而且可以增强链段的柔顺性，使树脂中螯合
功能基的柔软性得到提高，有利于与金属离子的螯
合。若醚化试剂的端基是羟基、羧基等基团，还易
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对于需要进行血透析治疗的高血钾症患者，借助于聚
苯乙烯磺酸钙进行辅助治疗，可以延长透析周期、减少
透析次数。
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三、离子交换树脂的设计、合成
2.酚醛型离子交换/螯合树脂
设计思路：
苯酚或苯酚衍生物与含有螯合功能基的单体及甲醛 直接缩合聚合制备，制得的树脂具有螯合容量大、螯 合功能基在高分子链上分布均匀。
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三、离子交换树脂的设计、合成
3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂
设计思路：
交联聚苯乙烯(PS)型树脂如XAD-2 和 D101 等可与皂 甙的甙元部分产生疏水性吸附，能从水提取液中吸附 分离蓝皂甙，但这些树脂是非极性的，树脂相与水相 之间的界面能较大，皂甙从水相向树脂转移困难，吸 附速率慢，吸附量小。
在树脂结构上引入二乙醇胺极性基团，增大树脂的亲 水性，改善树脂的吸附性能。
三、离子交换树脂的设计、合成
2.酚醛型离子交换/螯合树脂
1. 醚化酚醛型离子交换/螯合树脂的合成
以甲酸为反应介质，以硫酸为催化剂，通过苯氧
乙醇与甲醛的缩合反应，合成含伯羟基的酚醛树脂
基体, 然后再通过苯磺酸酯化等反应，合成在酚醛树
脂基体上连接二乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺和三
乙烯四胺的酚醛型离子交换/螯合树脂，通过上述树
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一、离子交换树脂简介
离子交换树脂由三部分组成：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。
离子交换树脂的设 计、合成主要是与 这三部分有关
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一、离子交换树脂简介
离子交换树脂的分类
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。阴、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。
按基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂等。
按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝胶型、大 孔型和载体型三类。
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二、离子交换树脂设计思路
离子交换树脂设计分为两个方面： 一、离子交换树脂的基体
离子交换树脂多种不同的基体，根据不同的性 能要求选择不同的基体。如果要求耐热性需要引入 一些刚性基团；如果要求有较强的冲击性能，需要 改进树脂的基体的交联结构。
氯乙酰化聚苯乙烯载体在固相合成、生物化学、固 定化催化剂、固定化酶等方面有较多的应用。PSAce-DEA树脂对金属离子如Cu2+、Pb2+、Ni2+、Cr6+ 等离子有较好的吸附性，可应用于实际工业废水的处 理中。β-CD与PEG成功固载到羧基化聚苯乙烯载体 上，制备得到具有特殊功能的高分子载体，可应用于 手性拆分和酶的固定化等应用领域中。
酚醛型离子交换/螯合树脂的合成通常是在苯酚所提 供的母核上进行的，合成过程中酚羟基一般不参与化 学反应, 因此在该类树脂的高分子骨架上含有大量的酚 羟基，这会使酚醛树脂的耐热性、耐化学腐蚀性显著 降低。为了克服上述缺点，将苯酚中的酚羟基用醇加 以醚化， 再使其与甲醛发生缩pp合t课件反应，得到了不含酚羟基的15酚
结构会产生滑移而不具有相应的功能。 由于聚合反应不能把单体完全反应，聚苯乙烯磺酸钠型离
子交换树脂用于人体内服用，所以必须把没有反应完全的单 体除去，用甲醇洗涤数次。
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三、离子交换树脂的设计、合成
1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂
2. 聚苯乙烯成酸钠离子交换树脂的制备
共聚微体+二氯乙烷
溶胀