第二章-离子交换树脂
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
实验二 离子交换树脂..
• 1. 实验目的和要求 • 1.1 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。 • 1.2 熟悉静态法和动态法测定总交换容量的操作方法。 • 2. 实验原理 • 氢型阳离子交换树脂与碱作用时，生成水，为不可逆反应，故可 用静态法测定总交换容量： • RH+NaOH→RNa+H2O • 羟型阴离子交换树脂不稳定，遇热易分解，会使含量测不准，应 采用Cl型树脂，当它与Na2SO4作用时，生成氯化钠： • R≡(NHCl)2+Na2SO4——R（≡NH）2SO4+2NaCl • 为可逆反应，故应采用动态法操作，滴定流出液氯离子含量来测 定其总交换容量。
• 称取71.01g无水Na2SO4固体，用蒸馏水溶解后稀释至1L。
• 5.1. 5、0.15mol/LNaOH标准溶液 • 称取6.0g固体NaOH，用蒸馏水溶解后稀释至1L。
• 标定：分别精确称取预先在1050C烘箱烘至恒重的邻苯 二甲酸氢钾0.5~0.6g于1只锥形瓶中，加蒸馏水70mL溶 解，加酚酞指示剂2~3滴，以配好的NaOH溶液滴定至 出现粉红色为滴定终点，记下消耗的NaOH溶液体积V （mL），按下式计算浓度： • • CNaOH = m/ Mr*1000/V m——称取的邻苯二甲酸氢钾质量（g）
• 标定氢氧化钠溶液时，可用 基准物KHC8H4O4，也可用 盐酸标准溶液作比较。试比 较此两种方法的优缺点。 • KHC8H4O4标定NaOH溶液 的称取量如何计算？为什么 要确定0.4~0.6g的称量范围， 为什么？
• 5.1 .7 0.05mol/LHCl标准溶液 • 量取4.2mL浓HCl，用蒸馏水稀释至1L。 • 标定：分别吸取上述已标定好的NaOH标准溶液 10mL于2只锥形瓶中，加2滴甲基橙指示剂，用 已配好的HCl溶液滴定至出现橙红色为终点，记 下消耗的HCl溶液体积VHCl（mL）,按下式计算 HCl的浓度CHCl：
苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂
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 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。
（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。
CH
CH 2 CH DVB
CH2
CH
H 2 SO 4 HSO 3 Cl SO 3
CH2
CH
CH2 SO 3 H
CH
CH2
CH
SO 3 H
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。 问：此反应为何种聚合? PVA，碳酸钙有何作用? 产品是什么结构，水洗有什么作用？
离子交换树脂综合知识
为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换。
这种方法可以将水中离子态杂质清除得以较彻底，因而能制得很纯的水。
所以，在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中，它是一个必要的步骤。
离子交换处理，必须用一种称做离子交换剂的物质（简称交换剂）来进行。
这种物质遇水时，可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换，离子交换剂的种类很多，有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分，大概情况如表所示。
此外，按结构特征来分，还有大孔型和凝胶型等。
离子交换剂的分类无机离子交换剂:天然海绿砂人造合成沸石有机离子交换剂碳质磺化煤有机质阳离子型强酸性磺酸基(-SO3H)弱酸性羧酸基（－COOH）阴离子型强碱性Ⅰ型｛-N(-CH3)3｝OHⅡ型｛－N(CH3)2｝OH弱碱性（－(NH3)OH、（＝NH2）OH或≡NH）OH其他－氧化还原型、有机物清除除型等在离子交换技术被发现和应用的初期，采用的只有天然的无机离子交换剂，如海绿砂。
然而这类物质不能用于酸性介质而且其交换容量较小，所以现已被人造离子交换剂所替代，特别是由于合成离子交换树脂的制造成功，交换剂的品种不断增加，应用更为广泛。
第一节离子交换剂的结构离子交换树脂属于高分子化合物，结构比较复杂.离子交换剂的结构可以被区分为两个部分：一部分具有高分子的结构形式，称为离子交换剂的骨架；另一部分是带有可交换离子的基团（称为活性集团），它们化合在高分子骨架上.所谓“骨架”，是因为它具有庞大的空间结构，支持着整个化合物，正象动物的骨架支持着肌体一样，从化学的观点来说，它是一种不溶于水的高分子化合物，现将常用离子交换剂的结构简单介绍如下。
一、磺化煤磺化煤是一种半化合成的离子交换剂，它利用煤质本身的空间结构作为高分子骨架，用浓硫酸处理的方法（称磺化）引入活性基团而制成。
磺化煤的活性基团，除了有由于磺化而引入的－SO3H外，还有一些煤质本身原有的基团（如－COOH 和－OH）以及因硫酸氧化作用生成的羧酸（－COOH），所以它实质上是一种混合型离子交换剂。
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。
2离子交换树脂交换容量的测定
静态法测总交换容量： 静态法测总交换容量： 向一定量的H 向一定量的H型阳离子交换树脂加入一定过量的 NaOH标准溶液浸泡 NaOH标准溶液浸泡。 标准溶液浸泡。 交换达到平衡时： 交换达到平衡时：
RH + NaOH = RNa + H 2O
用盐酸标准溶液滴定过量的NaOH 用盐酸标准溶液滴定过量的NaOH
实验24 实验24 离子交换树脂交换容量的测定
一、实验目的： 实验目的： 1. 了解离子交换树脂交换容量的意义 2. 掌握阳离子交换树脂工作交换容量的测定方法
离子交换分离法： 离子交换分离法： 是利用离子交换剂与溶液中的离子所发生的交换反 应进行分离的方法 是基于物质在固相与液相之间的分配。 是基于物质在固相与液相之间的分配。
数据记录及处理 表 工作交换容量的测定
1 20.00 2 20.00 3 20.00
V Na2SO4 (mL) VNaOH(mL) Q（mmol/g） mmol/g） Q平均值 mmol/g） （mmol/g） 相对偏差 % 相对平均偏差 %
思考题 1.什么是离子交换树脂的交换容量？两种交换容量的测 1.什么是离子交换树脂的交换容量？ 什么是离子交换树脂的交换容量 定原理是什么？ 定原理是什么？ 交换容量是指每克干树脂所能交换的相当于一价离 子的物质的量。 子的物质的量。 交换容量的测定原理：如阳离子交换容量的测定， 交换容量的测定原理：如阳离子交换容量的测定， 首先准确称取一定量干燥的阳离子交换树脂， 首先准确称取一定量干燥的阳离子交换树脂，置于锥 形瓶中。然后加入一定量且过量NaOH的标准溶液 的标准溶液， 形瓶中。然后加入一定量且过量NaOH的标准溶液， 充分振荡后放置24h，使树脂活性基团中的H 充分振荡后放置24h，使树脂活性基团中的H+全部被 Na+交换。再用HCl标准溶液返滴定剩余的NaOH，测 交换。再用HCl标准溶液返滴定剩余的 标准溶液返滴定剩余的NaOH， 阳离子交换容量。 阳离子交换容量。 阴离子交换容量与此相反。 阴离子交换容量与此相反。
离子交换树脂的原理
离子交换树脂的原理
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。
按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树
脂和阴离子交换树脂两类。
阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—so3h）、羧基（—cooh）或苯酚基（—c6h4oh）
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—
so3h，式中r代表树脂母体，其交换原理为2r—so3h＋ca—（r—so3）2ca＋2h这也是硬
水软化的原理。
阴离子互换树脂所含季胺基[-n（ch3）3oh]、胺基（—nh2）或亚胺基为（—nh2）等
碱性基团。
它们在水中能够分解成oh-离子，可以与各种阴离子起至互换促进作用，其互
换原理为r—n（ch3）3oh＋cl-r—n（ch3）3cl＋oh
由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱
进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，这一过程称为再生。
阳离子交换树脂可用稀盐酸、稀硫酸等溶液淋洗；阴离子交换树脂可用氢氧化钠等溶液处理，进行再生。
色谱法树脂的用途很广，主要用作拆分和纯化。
比如用作硬水软化和制备去离子水、
废旧工业废水中的金属、拆分稀有金属和贵金属、拆分和纯化抗生素等。
-2++。
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
苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂-济南大学化学化工学院
CH2
CH
CH2
CH
. CH
CH2
CH2
CH
SO3H
SO3H
SO3H
为了改进离子交换树脂的耐热性，人们合成下述结构 的树脂
R OH Cu2Cl2 O2 CH3 R
(
CH3
O )n
Cl2
R
(
O n CH3 Cl
)
接上功能基团
问：为何此类树脂耐热性高？
四、离子交换树脂的应用： （一）水处理
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 OH SO 3H
CH2 SO 3H
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 O AsO3H OH P OH OH As OH
OCH 3
CH2 HCHO CH3O CH3O CH2 + P OCH3 CH3
实例 强碱基树脂的制备
在三口瓶中加入15g氯甲基化的聚苯乙烯树脂, 用100mL二甲基甲酰胺(DMF)溶胀,然后加入2.2倍量 的三甲胺,于40～45℃搅拌反应10 h,过滤后用大量 水洗至中性,然后用1mol/L的盐酸洗涤,水洗至中性, 再用1mol/L的NaOH溶液洗至无Cl-,最后用水洗至流 出的水酚酞不变色。
2、阴离子交换树脂
〈1〉 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（聚苯乙烯系） 交换基：氨基—NH2
离子交换-树脂部分(共68张PPT)
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。
离子交换树脂离子交换原理ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
3．密度
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
(f) H型树脂与水中Ca2+、Mg2+、Na+交换时水质变化 离子交换柱工作过程
进水初期，进水中所用阳离子均交换出H+，生成相当量的无机酸，出水 酸度保持定值。运行至a点时，Na+首先穿透，且迅速增加，同时酸度降低， 当Na+泄漏量增大到与进水中强酸阴离子含量总和相当时,出水开始呈现碱性； 当Na+增加到与进水阳离子含量总和相等时，出水碱度也增加到与进水碱度 相等。至此，H离子交换结束，交换器开始进行Na+交换，稳定运行至b点之 后，硬度离子开始穿透，出水Na+含量开始下降，最后出水硬度接近进水硬 度，出水Na+接近进水Na+，树脂层全部饱和。
化学性能 1.再生：离子交换反应的可逆性交换的逆反应。 2.酸碱性：树脂在水中电离出H+和OH-,表现出酸碱性。树 脂的酸碱性受pH值影响，各种树脂在使用时都有适当 的pH值范围。 3.选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为 选择性，选择性大小用选择性系数来表征。 4.交换容量：表示树脂的交换能力。通常用EV（mmol/ml 湿树脂）表示，也可用EW（mmol/g干树脂）表示。 EV＝EW×（1-含水量）×湿视视密度
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
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。
功能高分子——离子交换树脂
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2020/3/24
二、发展简史
• 我国“离子交换树脂之父”何炳林
• 广东省番禹县人，高分子 化学家和化学教育家，中 国科学院院士。1942年毕 业于西南联合大学。1952 年获美国印第安纳大学博 士学位。1956年回国，任 南开大学教授，兼任青岛 大学校长。
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• 白球结构对磺化速度和磺化度的影响
• (1)交联度越大，磺化反应越困难，磺化速度和 磺化度越小
• (2)大孔型共聚物容易磺化；并且树脂珠体不易 开裂
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2020/3/24
（1）苯乙烯系强酸性离子交换树脂的制备
• 白球结构对磺化速度和磺化度的影响
• (3)用纯的m-DVB或p-DVB作交联剂时，白球 的磺化速度和磺化度都较低；用二者的混合物 作交联剂时，共聚物磺化速度和磺化度较高， m-DVB和p-DVB的比例约为7/3时得到最大值。
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2020/3/24
二、发展简史
• 1958年 合成出大孔型离子交换树脂，用于原子弹 的研制
• 1970年 在华药用于链霉素生产至今 • 1980年开始 用于血液灌流去除安眠药
用于从肝损伤患者腹水中去除胆红素 去除血液中的抗DNA救治红斑狼疮病 固定某些酶，将氨基酸进行光学拆分
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2020/3/24
1. 苯乙烯系离子交换树脂的制备
• （1）苯乙烯系强酸性离子交换树脂 • （2）苯乙烯系弱酸性离子交换树脂 • （3）苯乙烯系强碱性离子交换树脂 • （4）苯乙烯系弱碱性离子交换树脂
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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。
第二章树脂树脂部分
影响工作交换容量的因素
影响R初的因素 它包括水源的成分、杂质浓度、温度、流速 及对出水水质要求、树脂层高度、运行方式、 设备结构的合理性等。 影响R残的因素 水中离子总量 、组成 、运行流速 、运行水 温 、 树脂层高度 ：树脂层高度越大，工作交换容 量就越大。 树脂的性质 ：除了树脂层高度以外，上述的 每一项都和树脂本身的性质有关，它包括树 脂的体积全交换容量、选择性系数和动力学 性质（这些均已在前面作过介绍）
无论何种聚苯乙烯类阴树脂都存在强、 弱两种基团，新的强碱性阴离子交换树 脂中含有约10%的弱碱基团，而弱碱阴 树脂中可能含有约15%的强碱基团
离子交换树脂的质量标准
我国离子交换树脂的质量标准： 国家标准 电力行业标准 化工行业标准 中石化行业标准 企业标准
24
离子交换树脂工艺性能
表1.2 骨架代号(左第二位数字) 代 号 0 1 2 3 4 5 6
分类名称 苯乙烯 丙烯酸 酚醛 环氧 乙烯吡啶 脲醛 氯乙烯
大孔树脂在型号前加“D”表示； 凝胶型离子交换树脂的交联度可在型号后用“×”号联 接阿拉伯数字表示。如遇到二次聚合或交联度不清楚时，可 采用近似值表示或不予表示。 型号图解： ***×* 交联度数值 连接符号 顺序号 骨架代号 分类代号
D***
顺序号 骨架代号 分类代号 大孔型代号
对于专用树脂，可在树脂型号后加设备要求的符号，在水 处理中浮床、层床、混床等专用树脂在其型号后分别加有FC、 SC、MB符号，见表1.3。 表1.3 树脂专用符号 用 途 层床用 混床用 高流速 Amberlite标号 Stratebed(前置) MB(前置) Lewatit标号 电力行业标准 ST(后置) MB(后置) SC(后置) MB(后置)
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其它类型
两性
弱碱-弱碱 强碱-弱酸
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
12
（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 13
（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。
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。
31
CH3
CH2 C
+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
COOCH3
CH CH2 CH CH2
NaOH H2O
CH3 CH2 C CH2 CH
COOH
CH2 CH
可离子交换 功能基团
CH2
CH3 C CH2 CH COOCH3
优 点：耐渗透强度高、抗有机污染性好，可交换分子
量大的离子
缺 点：体积交换容量小、生成工艺复杂、再生费用高 15
（三）载体型离子交换树脂
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。
16
能解离出阳离子、并能
19
（二）阴离子交换树脂
〈1〉 强碱性（聚苯乙烯系）
交换基： 季胺 N+X 季磷 P+X
〈2〉 弱碱性（聚苯乙烯系）
交换基：伯胺-NH2、仲胺-NHR、
叔胺
R N
R
20
.主要性能指标：
D201大孔强碱性阴离子
出厂形式：氯型
指标名称 含水量% 全交换容量 (mmol/g干) 湿视密度 (g/ml)
指标名称
含水量% 全交换容量 (mmol/g干)
湿视密度 (g/ml)
湿真密度 (g/ml)
粒度(0.3151.25mm)
指标 45-53 ≥4.5 0.77-0.87 1.25-1.29 ≥95
001×7苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂
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）按可交换离子与的外种来类阳离子进行交换
的树脂称作阳离子交换
离子交换树脂分为树阳脂离子型和阴离子型。
（一）阳离子交换树脂
〈1〉强酸性（聚苯乙烯系） 交换基：磺酸 -SO3H
〈2〉中酸性（聚苯乙烯系） 交换基：-P=O(OH)2
〈3〉弱酸性（甲基丙烯酸系） 交换基：羧基-COOH或酚基-OH
17
出厂形式：钠型
2
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
3
定义和分类
离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三 维网状交联聚合物
交联结构的高分子骨架（不溶不熔） 可离子化功能基团
特 点： 高机械强度、高交换容量、足够亲水性、足
够大的孔径、高的热稳定性、化学稳定性和渗 透稳定性、合适的粒度分布
27
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
CH2 CH CH2 CH CONH(C2H4NH)nH
CH2 CH
CH2O
CH2 CH CH2 CH CONH(C2H4N)n CH3
CH2 CH
CH3
例如：将交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙
酮中溶胀，然后在130～150℃下与多乙烯多胺反应，形 成多胺树脂。再用甲醛或甲酸进行甲基化反应，可获得 性能良好的叔胺树脂。
固定离子可交换离子 工作
SO3H + NaCl 再 生
SO3Na + HCl
网络骨架 功能基团
强酸型阳离子交换树脂
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。
用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化 反应，可得弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过 程的毒性较大，现在生产中已较少采用这种方法。
利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应， 可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。
37
CH2 CH CH2 CH COOCH3
CH2 CH
NH2(C2H4NH)nH 二乙苯
弱碱性环氧系阴离子树脂
湿真密度 (g/ml)
粒度(0.3151.25mm)
1.03-1.12 ≥95
主要用于水处理中除去Cl-、SO4-等离子，柠檬酸、链霉素、苹果 酸、氨基酸等精制中除去无机酸，提取有机酸和脱色，并可回收铜、 银离子。
23
特殊的离子交换树脂
1、螯合树脂 2、两性离子交换树脂 3、耐热性离子交换树脂 4、氧化还原树脂
湿真密度 (g/ml) 粒度(0.3151.25mm)
指标 54-62 ≥4.0 0.66-0.73 1.04-1.08 ≥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。
21
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
湿真密度 (g/ml) 1.06-1.10
粒度(0.3151.25mm)
≥95
主要用于药物提取， 苦咸水净化处理，糖液 除酸脱色，金属提取等。
22
出厂形式：游离胺型
指标名称
含水量% 全交换容量 (mmol/g干)
湿视密度 (g/ml)
指标 60-70 ≥9.0 0.65-0.80
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。
R N R+OH
R
+ NaCl
R N R+Cl
R
+ NaOH
11
离子交换树脂的分类
低交联度
凝胶型树脂 标准交联度
高分子骨架 大孔型树脂 高交联度
（按其物理结构
载体型树脂
的不同）
阳离子
强酸性： R—SO3H 中强酸性:R—PO(OH)2 弱碱性： R—COOH
可交换离子
阴离子
弱碱： R—NH2 强碱：强碱Ⅰ、Ⅱ型
CH3OCH2Cl ZnCl2
CH2 CH CH2 CH
+ CH3OH
CH2 CH
CH2Cl
第二步：胺基化
CH2Cl
N(CH3) N(CH3)C2H4OH
Ⅰ型强碱型阴离子交换树脂
CH2N+(CH3)3Cl-
可离子交换 功能基团
Ⅱ型强碱型阴离子交换树脂
34 CH2N+(CH3)2(C2H4OH)Cl-
24
离子交换树脂的合成
（1）强酸型阳离子交换树脂的制备
强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系 骨架。
悬浮聚合法合成球状共聚物 有机溶剂 磺化 离子交换树脂
“白球”
溶胀
“黄球”
二氯乙烷 浓硫酸
四氯乙烷 氯磺酸
甲苯
25
磺化过程
H2SO4, C2H4Cl2 HSO3Cl, C2H4Cl2
可离子交换 功能基团
38
离子交换作用
❖ 1. 离子交换的机理
R SO3-H+ + Na+Cl-
机理：化学吸附
R SO3-Na+ + H+Cl-
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。
较强的腐蚀性，因此常将它们与
NaOH反应而转化为Na型离子交换
树脂。Na型树脂有较好的贮存稳
定性。
28
CH2 CH + CH2 CH
CH2 CH DVB
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
H 2 SO4 HSO3 Cl
SO3
CH2 CH CH2 CH
NaOH
SO3H CH2 CH
SO3H
CH2 CH CH2 CH
4
离子交换树脂的基本性能
1． 外观
粒径0.3～1.2mm 乳白、淡黄、棕褐 色等不透明或半透明球状颗粒
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