离子交换树脂

2、阴离子交换树脂 〈1〉 强碱性 强碱性（聚苯乙烯系） 交换基： + N X P+ X 季胺 叔胺 N R
R
〈2〉 弱碱性 弱碱性（聚苯乙烯系） 交换基：氨基—NH2
出厂形式： 出厂形式：氯型
指标名称 含水量% 含水量
.主要性能指标：
指标 54-62 ≥4.0 0.66-0.73 1.04-1.08 ≥95
具有—COOH基的弱酸性离子交换树脂几乎都 是水解丙烯酸脂，或甲基丙烯酸能与DVB的共 聚物而得，之所以使用是因为丙烯酸和甲基丙 烯酸是水溶性的
CH 2 CH 2 CH COOR + CH 2
CH BPO CH
CH2
CH
CH2
CH 水水
COOR CH2 CH
CH CH C C O O O
CH 2 + CH 2
二、离子交换作用
1. 离子交换的机理
R SO3 H + Na Cl
- + + + + R SO3 Na + H Cl
机理：化学吸附 机理 历程： 历程 与液固相反应的历程类似，
①溶液内离子扩散至树脂表面， ②由表面扩散到树脂内部， ③离子交换， ④被交换的离子从树脂内部扩散至表面， ⑤被交换的离子再扩散至溶液中， 控制步骤为内扩散 内扩散。 内扩散
全交换容量 (mmol/g干) 干 湿视密度 (g/ml) 湿真密度 (g/ml) 粒度(0.315粒度 1.25mm)
D201大孔强碱性阴离子 大孔强碱性阴离子
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。 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。
出厂形式： 出厂形式：钠型
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。
一、定义和分类 离子交换树脂是由交联结构的高分子骨 架与能离解的基团两个基本组分所构成的 不溶性、多孔的、固体高分子电解质。 功能：它能在液相中与带相同电荷的离子 进行交换反应，此交换反应是可逆的，即 可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复原有 状态，可供再次利用（再生）。
SO3H + NaCl SO3Na + HCl
问：此反应的机理。
缩合体系强酸性阳离子交换树脂
OH H 2 SO 4 OH HCHO SO 3H OH CH2 SO 3H SO 3H OH
ONa Na 2 SO 4 HCHO
ONa CH2
ONa CH2 SO 3 Na
（二）弱酸性阳离子交换树脂
此类大部分以—COOH为功能基，此外还有
O OH P OH AsO3H O OH As OH
指标名称 含水量% 含水量 全交换容量 (mmol/g干) 干 湿视密度 (g/ml)
指标 60-65 ≥7.0
0.65-0.75
湿真密度 (g/ml) 粒度(0.315粒度 1.25mm)
1.06-1.10
≥95
大孔弱碱性丙烯酸系阴离子
主要用于药物提取， 主要用于药物提取，苦咸水 净化处理，糖液除酸脱色, 净化处理，糖液除酸脱色 金属提取等
出厂形式： 出厂形式：氢型
指标名称 交换当量 mmol/g 水份 % 膨胀率% 膨胀率 湿视密度g/ml 湿视密度
指标 ≥4.0 60-80 ≤55.2 1.05-1.15 ≥95 ≥95
弱酸性酚醛系阳离子交换树脂
粒度%(0.315粒度 1.25)mm 机械强度% 机械强度
主要用于链霉素、土霉素、 主要用于链霉素、土霉素、四环素 等抗生素的脱色， 等抗生素的脱色，氨基酸和糖类的 脱色及提纯，维生素B12蛋白酶的 脱色及提纯，维生素 蛋白酶的 回收
离子交换树脂已广泛应用工业、农业、 医药、试剂和有机反应的催化剂和元素 的提纯富集等各个领域中。 有多种分类方法： （一）根据离解的基团的性质，可分为 ：
1、阳离子交换树脂
〈1〉强酸性 强酸性（聚苯乙烯系）， 强酸性 交换基：磺酸 －SO3H 〈2〉中酸性 中酸性（聚苯乙烯系） 中酸性 交换基：—P=O(OH)2 〈3〉弱酸性 弱酸性（甲基丙烯酸系） 弱酸性 交换基：羧基—COOH或酚基—OH
出厂形式： 出厂形式：钠型
指标名称 含水量% 含水量 全交换容量 (mmol/g干) 干 湿视密度 (g/ml) 湿真密度 (g/ml) 粒度(0.315粒度 1.25mm) 指标 45-53 ≥4.5 0.77-0.87 1.25-1.29 ≥95
001×7苯乙烯系强酸性离子交换树脂 ×
用于：硬水软化、脱盐水、 用于：硬水软化、脱盐水、纯 水制备、稀有元素分离、 水制备、稀有元素分离、分离 和提取氨基酸制糖、 和提取氨基酸制糖、制药可作 为催化剂和脱水剂
（二）根据高分子基体（即骨架）分： 苯乙烯体系树脂 苯乙烯 丙烯酸—甲基丙烯酸酯 甲基丙烯酸酯体系树脂 丙烯酸 甲基丙烯酸酯 苯酚—间苯二胺 间苯二胺体系树脂 苯酚 间苯二胺 环氧氯丙烷体系树脂 环氧氯丙烷 （三）特殊的离子交换树脂 按性能分: 1、螯合 螯合树脂 螯合 2、两性 两性离子交换树脂 两性 3、耐热性 耐热性离子交换树脂 耐热性 4、氧化还原 氧化还原树脂 氧化还原
2．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----快
（1） 机械强度： 应有良好的机械强度，以免在装柱使用过程 中，树脂颗粒破碎，结构破坏。 其机械强度是由高分子骨架的化学结构和交 联度、骨架空间结构、颗粒粒度和形状决定 的 一般说：加大交联度、减小粒度，机械强度 提高
3
N ( C H 3 ) 2 C 2 H 4 O H
N ( C H 3 )
C H
2
C H
N ( C 2 H 4 O H )
3
C H N H
3
+ N H C H 2 2
5
2
C l
N + C H
2
N
C H
2
C H
2
C H
C H
C H
C H
2
N
C H
2
N
C H
2
N +
C H 3 O P C H 3 O
O C H
将100克干燥球状聚合物放于能溶解苯乙烯聚合物的 四氯乙烷或甲苯、四氯呋喃等溶剂中溶胀，与500克 98%硫酸，一起在95-100℃下加热磺化5-10小时，反 应完成后冷却，过剩的硫酸用水慢慢稀释，或用逐次 降低浓度的硫酸洗涤，最后再用水洗涤除去硫酸，用 NaOH处理使成Na型，当有溶胀试剂的气味时可以水 蒸馏除去，然后再水洗，筛分后就得成品。
离 子 交 换 设 备
三．离子交换树脂的合成
（一） 强酸性阳离子交换树脂 以-SO3H基作离子交换基因的离子交换树脂 目前所有制品都是苯乙烯体系的树脂。
R
SO3H + NaCl H型
R SO3 Na + HCl Na 型
苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂
CH 2
CH + CH 2 CH
CH2
CH
出厂形式： 出厂形式：游离胺型 指标名称 含水量% 含水量 全交换容量 (mmol/g干) 干 湿视密度 (g/ml) 湿真密度 (g/ml) 粒度(0.315粒度 1.25mm) 弱碱性环氧系阴离子树脂 指标 60-70 ≥9.0 0.65-0.80 1.03-1.12 ≥95
主要用于水处理中除去Cl-、 主要用于水处理中除去 、 SO4-等离子，柠檬酸、链霉素、 等离子， 等离子 柠檬酸、链霉素、 苹果酸、 苹果酸、氨基酸等精制中除去 无机酸，提取有机酸和脱色， 无机酸，提取有机酸和脱色， 并可回收铜、银离子。 并可回收铜、银离子。
（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。 大孔树脂比小孔树脂容量大。 树脂组成中，引入较多的官能团，以提高其交换 容量。
3
C H 3 O ( C H 3 ) 2 S O
CH BPO CH
CH CH CH2 C C O O O
CH 水水
CH2 CH
CH CH CH2 O C C O OH OH
CH
CH2 CH
CH 2 CH 2 CH CN + CH 2
CH BPO CH
CH2
CH CN
CH2
CH 水水
CH2 CH
CH2
CH
CH2
CH
COOH CH2 CH
D111 弱酸性阳离子交换树脂的制备
（三）强碱性阴离子交换树脂
R
主要是以
R
+ N R OH R
作为离子交换基因的树脂
R
+ N R OH R
+
NaCl
+ N R Cl R
+ NaOH
将苯乙烯与DVB的球状共聚物，以AlCl3， SnCl4，ZnCl2等Lewis酸作催化剂，用氯甲醚 （ClCH2OCH3）进行氯甲基化，将此氯甲基 化的体型聚合物与第三胺（NR3）反应得到强 酸性离子交换树脂。 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