离子交换树脂简介ppt课件
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离子交换树脂PPT幻灯片课件
K
M H
/
n
[M ]1/ n [H ] [M ]1/ n [H ]
阴离子交换树脂对离子的选择性系数可以用同样的方法讨论。 阴离子树脂的选择性系数常用OH-或Cl－作为参考离子。
5
离子与树脂亲和能力的差别，与离子电荷多少及其半径 的大小有关。 不同价的离子，亲和力大小顺序一般是： Na＋＜Ca2+＜Al3+＜Th4+
吸附性强的离子，选用弱酸性或弱碱性树脂。
这是因为，若用强碱或强酸树脂吸附，洗脱和再生就比较困难。 弱酸和弱碱性树脂对H+和OH-有较大亲和力，洗脱方便。
吸附性弱的离子，选用强酸或强碱性树脂。
弱碱性阴离子树脂不能除去水中的碳酸和硅酸，因为它们的离 解常数小，弱碱性树脂在碱性环境中几乎不解离，不能用碳酸 根或硅酸根交换。为了有效的吸附，这时应选用强碱性阴离子15 树脂。
如果离子交换反应属于中性盐分解反应，应选用强酸强碱 树脂。
用盐型树脂，流出液的PH较稳定；用H+型或OH-型树脂， 由于交换析出H+或OH-，流出液PH值会改变。 对于大分子物质，宜选用大孔树脂或交联度低的树脂。
树脂的粒度、形状、密度、容量、稳定性都要依过程的具体 情况而定。
6.3.2柱上操作 1.树脂的处理
2. 装柱
较大型的离子交换床或交换柱比较容易装匀。小型柱的手工 装填必须十分注意。
装柱时要防止’节”和气泡的产生。
“节”是指柱内产生明显的分界线。这是由于装柱不均造成 树脂时松时紧。
气泡的发生往往是在装柱时没有一定量的液体覆盖而混入
气体造成的。
18
要做到均匀装柱，柱内要有一定高度的水面，树脂要与水 混合倾入，借助水的浮力使树脂自然沉积，操作尽可能均 匀连续。
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：
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
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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。
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（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。
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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。
离子交换树脂课件
离子交换树脂的再生
离子交换树脂在使用一定时间后，其交换容量会逐渐降低， 需要进行再生以恢复其交换能力。
再生过程通常包括用酸、碱或盐溶液对树脂进行浸泡、洗涤 和再生剂的再生等步骤，以去除树脂中的杂质和失效的交换 离子，恢复其交换能力。
离子交换树脂的应用
03
水处理
01
去离子水制备
离子交换树脂可用于去除水中溶解的离子，制备高纯度 的去离子水，满足工业和实验室的用水需求。
03
随着环境保护意识的提高和工业生产的不断升级，离子 交换树脂的需求量将会持续增长，其在工业生产和人类 生活中的地位将更加重要。
离子交换树脂的发展趋势
随着科技的不断发展，离子交换树脂的制备技术和性能将得到进一步提升，以满足 更广泛的应用需求。
新型离子交换树脂的开发和应用将更加注重环保和可持续发展，减少对环境的负面 影响。
食品工业
离子交换树脂在食品工业 中可用于脱盐、脱色、除 味等方面，提高食品质量 和安全性。
医药领域
离子交换树脂在医药领域 中可用于药物分离、纯化 及制备等方面，具有高效、 环保的优势。
离子交换树脂的回收与再利用
再生技术
研究和发展高效的再生技术，使离子交换树 脂能够多次重复使用，降低使用成本。
废弃树脂的处理
制备
制备离子交换树脂的关键是选择合适的单体、引发剂、交联 剂等，以及控制聚合反应的条件，以保证树脂的结构和性能 符合要求。
离子交换树脂原理
02
离子交换过程
离子交换过程是可逆的，通过离子交 换反应，溶液中的阳离子或阴离子与 离子交换树脂中的可交换离子进行交 换，从而实现离子的分离和纯化。
离子交换过程通常在特定的pH值和温 度条件下进行，以获得最佳的交换效果。
离子交换树脂演示幻灯片
为骨架。 ❖ 二乙烯苯为交联剂，可以把两个苯乙烯聚合成的线性高分子交
联起来，使之成为体型高分子化合物。在聚合物中起交联作用 的二乙烯苯的质量百分率称为树脂的交联度，常用DVB表示。
（2）第二阶段：引入活性基团，可以制得阳离子交换树脂， 也可以制得阴离子交换树脂。
❖ 1）磺酸型苯乙烯系阳离子交换树脂
三、离子交换树脂的分类
1、按活性基团的性质分类 ❖ 阳离子交换树脂：能与水中阳离子进行交换反应的称为阳离
子交换树脂；根据H离子电离的强弱程度分为：强酸性和弱 酸性阳离子交换树脂 ❖ 阴离子交换树脂：能与水中阴离子进行交换反应的称为阴离 子交换树脂。根据OH根离子电离的强弱程度分为：强碱性和 弱碱性阴离子交换树脂 ❖ 另外，按活性基团性质还可以分为螯合、两性和氧化还原等 树脂。 2、按树脂单体的种类分类 ❖ 有苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等
3）密度
❖ 离子交换树脂的密度是水处理工艺中的实用数据。离子交换 树脂的密度有以下几种表示法：
❖ (1)干真密度。干真密度即在干燥状态下树脂本身的密度：
干 真 密 度 树 干 脂 树 的 脂 真 质 体 量 积 g/ml
❖ 真体积是指树脂的排液体积，不包括颗粒内的孔隙和颗粒间 的空隙。求真体积时，用不会使树脂溶胀的溶剂，如甲苯。
❖ 当反应进行到失效后，为了恢复离子交换树脂交换能力， 就可以利用离子交换反应的可逆性，用硫酸或盐酸溶液通 过此失效的离子交换树脂，以恢复其交换能力，其反应如 下式： R2Ca+2H+ →2RH+Ca2+
❖ 离子交换反应的可逆性，是离子交换树脂可以反复使用的 重要性质。
2）酸、碱性
❖ H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂的性能与电解质 酸、碱相同。在水中有电离出H+和OH-的能力。因此，根据此 能力的大小可以有强弱之分。例如：
联起来，使之成为体型高分子化合物。在聚合物中起交联作用 的二乙烯苯的质量百分率称为树脂的交联度，常用DVB表示。
（2）第二阶段：引入活性基团，可以制得阳离子交换树脂， 也可以制得阴离子交换树脂。
❖ 1）磺酸型苯乙烯系阳离子交换树脂
三、离子交换树脂的分类
1、按活性基团的性质分类 ❖ 阳离子交换树脂：能与水中阳离子进行交换反应的称为阳离
子交换树脂；根据H离子电离的强弱程度分为：强酸性和弱 酸性阳离子交换树脂 ❖ 阴离子交换树脂：能与水中阴离子进行交换反应的称为阴离 子交换树脂。根据OH根离子电离的强弱程度分为：强碱性和 弱碱性阴离子交换树脂 ❖ 另外，按活性基团性质还可以分为螯合、两性和氧化还原等 树脂。 2、按树脂单体的种类分类 ❖ 有苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等
3）密度
❖ 离子交换树脂的密度是水处理工艺中的实用数据。离子交换 树脂的密度有以下几种表示法：
❖ (1)干真密度。干真密度即在干燥状态下树脂本身的密度：
干 真 密 度 树 干 脂 树 的 脂 真 质 体 量 积 g/ml
❖ 真体积是指树脂的排液体积，不包括颗粒内的孔隙和颗粒间 的空隙。求真体积时，用不会使树脂溶胀的溶剂，如甲苯。
❖ 当反应进行到失效后，为了恢复离子交换树脂交换能力， 就可以利用离子交换反应的可逆性，用硫酸或盐酸溶液通 过此失效的离子交换树脂，以恢复其交换能力，其反应如 下式： R2Ca+2H+ →2RH+Ca2+
❖ 离子交换反应的可逆性，是离子交换树脂可以反复使用的 重要性质。
2）酸、碱性
❖ H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂的性能与电解质 酸、碱相同。在水中有电离出H+和OH-的能力。因此，根据此 能力的大小可以有强弱之分。例如：
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。
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。
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1.5 离子交换树脂的制备方法
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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。
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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
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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。
离子交换树脂介绍
高
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
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
+
+
+
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强酸阳床
强碱阴床
Ca
++
Mg
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Na
+
Outlet
Outlet
SO4
--
Cl
-
HCO3
-
HSiO3
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离子选择性
动力学性能 : 离子交换有多快 ?
++
++
+
+
+
+
++
+
+
+
+
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+
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
离子交换树脂详解ppt课件
阴树脂预处理：
将树脂装柱后，先用饱和食盐水浸泡，用去离子水冲洗至出 水清澈，检测PH值为7。
再用2%～4%的HCl溶液进行处理，再用2%～4%NaOH进 行处理，，全部通入后，浸泡，排去碱液，用去离子水冲洗至26 出水呈中性。
4.1.2静态预处理
阳树脂的处理：
将树脂用水洗至清水后，用2%～4%NaOH浸泡4-8小时， 再用水洗至中性，再用5%的HCl浸泡4-8小时后，用水洗 至中性，待用。
2.2.2弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团，能在水中离解出H+ 而呈
酸性。 树脂离解后余下的负电基团，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。
16
2.2.3强碱性阴离子树脂
H+
Na+
阳离子交换树脂
阳离子交换树脂
NaCl换树脂
阴离子交换树脂
23
4 离子交换树脂的清洗
4.1离子交换树脂的预处理 4.2离子交换树脂的再生
24
4 离子交换树脂的清洗
4.1离子交换树脂的预处理
在离子交换树脂的工业产品中，常含有少量的有机低 聚物及一些无机杂质。在使用初期会逐渐溶解释放，影响
铁中毒后的离子交换树脂
35
5.2 铁中毒的处理及预防
处理：常用的清洗方法是用10%HCl溶液，在进行此方
法前，必须检查交换器设备的耐腐蚀性能，否则须用加抑制 剂的盐酸。
防止树脂发生铁污染的措施有：
1、减少阳离子进水的含铁量。对含铁量高的地下
水应先经过曝气处理及锰砂过滤除铁。对含铁量高的地表水 或使用铁盐作为凝聚剂时，应添加碱性药剂，如NaOH，提 高水的pH值，防止铁离子带入阳床。
将树脂装柱后，先用饱和食盐水浸泡，用去离子水冲洗至出 水清澈，检测PH值为7。
再用2%～4%的HCl溶液进行处理，再用2%～4%NaOH进 行处理，，全部通入后，浸泡，排去碱液，用去离子水冲洗至26 出水呈中性。
4.1.2静态预处理
阳树脂的处理：
将树脂用水洗至清水后，用2%～4%NaOH浸泡4-8小时， 再用水洗至中性，再用5%的HCl浸泡4-8小时后，用水洗 至中性，待用。
2.2.2弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团，能在水中离解出H+ 而呈
酸性。 树脂离解后余下的负电基团，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。
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2.2.3强碱性阴离子树脂
H+
Na+
阳离子交换树脂
阳离子交换树脂
NaCl换树脂
阴离子交换树脂
23
4 离子交换树脂的清洗
4.1离子交换树脂的预处理 4.2离子交换树脂的再生
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4 离子交换树脂的清洗
4.1离子交换树脂的预处理
在离子交换树脂的工业产品中，常含有少量的有机低 聚物及一些无机杂质。在使用初期会逐渐溶解释放，影响
铁中毒后的离子交换树脂
35
5.2 铁中毒的处理及预防
处理：常用的清洗方法是用10%HCl溶液，在进行此方
法前，必须检查交换器设备的耐腐蚀性能，否则须用加抑制 剂的盐酸。
防止树脂发生铁污染的措施有：
1、减少阳离子进水的含铁量。对含铁量高的地下
水应先经过曝气处理及锰砂过滤除铁。对含铁量高的地表水 或使用铁盐作为凝聚剂时，应添加碱性药剂，如NaOH，提 高水的pH值，防止铁离子带入阳床。
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60年代后期，离子交换树脂除了在品种和性能等方面得到 了进一步的发展，更为突出的是应用得到迅速的发展。除了传 统的水的脱盐、软化外，在分离、纯化、脱色、催化等方面得 到广泛的应用。
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
2.2离子交换树脂的结构
如右图所示，离子交换树脂是一 类带有可离子化基团的三维网状 高分子。
材料树脂由三部分组成： ❖ 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
聚苯乙烯型阳离子 交换树脂的示意图
6
2、离子交换树脂的概念
2.3 离子交换的原理 离子交换过程是被分离组H分+（即被提取、被纯化N的a+离子或分子）在水
Holmes的发明，带有磺酸基和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产并
在水的脱盐中得到了应用。
1944年 D’Alelio 合成了具有优良物理和化学性能的磺化苯乙烯-二乙 烯
苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的
基础。
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
阳离子交换树脂
强酸型 例：R—SO3H 中酸型 例：R—PO(OH)2 弱酸型 例：R—COOH
阴离子交换树脂
强碱型 例：R3—NCl
弱碱型 例：R—NH2、R—NR’H、R—
NR’2
8
3、离子交换树脂的分类
❖ 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。
R-N(CH3)3OH＋Cl-R
N(CH3)3Cl＋OH-
9
3、离子交换树脂的分类
3.2 按树脂的物理结构分类
凝胶型 大孔型
载体型
不同物理结构离子交换树脂的模型
10
3、离子交换树脂的分类
❖ 凝胶型离子交换树脂：外观透明、具有均相高分子凝胶结构。在水中 会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，可供无机小分子自由地通过 离子。这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中，分子链紧缩，无机小分 子无法通过，将丧失离子交换功能。
子材料正以崭新的姿态在21世纪发挥重要的作用。
4
2、离子交换树脂的概念
2.1离子交换树脂的定义
离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维 网 状高分子材料，其外形一般为颗粒状。
不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机 溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。
常见的离子交换树脂的粒径为0.3～1.2nm。
5
2、离子交换树脂的概念
溶液与固体交换剂之间发生的一种化学计量分配过程，该过程遵循离固一液
非均相扩散传质的普遍规律而又不同于传统分离过程。
子
阳离子交换树脂
阳离子交换树脂
交 换
Na当Cl 与溶液接触时，离子交换剂会与溶液中的特定离子进行交换，原即离 子交换树脂上的可交换离子（OH阳- 离子或阴离子）被溶Cl-液中带同种电理示荷的特
离子交换树脂简介
1
❖ 离子交换树脂发展历史 ❖ 离子交换树脂的概念 ❖ 离子交换树脂的分类 ❖ 离子交换树脂离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料1935年英国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。根据Adams和
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＋Ca2+
(R—SO3)2Ca＋2H+
硬水软化 的原理
❖或亚阴胺离基子(—交N换H2树)等脂碱含性有基季团胺。基它[-们N(在CH水3)中3O能H生]、成胺O基H-(离—子NH，2)可 与各种阴离子起交换作用，其交换原理为：
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的脱盐精制外，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。
3
1、离子交换树脂发展历史
20世纪50年代末，国内外诸多单位几乎同时合成出大孔型 离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换 树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点，因此 很快得到广泛的应用。
定离子取代，而不溶性固体骨架在这一交换过程中不发生任何化学意变化。
图
阴离子交换树脂
阴离子交换树脂
该过程一般可以用方程式表达为:R-B+A+ → R-A+B+（R代表树脂中
除
可交换离子以外的其它部分，即惰性骨架与圆定基团；B为可交换离子；
A+
7
为待分离组分)。
3、离子交换树脂的分类
3.1 按交换基团的性质分类
离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆 中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选 性和选矿效率。
4.3 海洋资源利用
利用离子交换树脂，可从许多海洋生物(例如海带)中提取碘、溴、镁 等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，用离子交换树脂以海水制取淡水 是十分经济和方便的.
11
3、离子交换树脂的分类
3.3 按基体的种类分类
苯乙烯树脂：
丙烯酸树脂：
12
4、离子交换树脂的应用
4.1 水处理
水处理包括水质的软化、 水的脱盐和高纯水的制备等。 水处理是离子交换树脂最基本 的用途之一。
13
4、离子交换树脂的应用
4.2 冶金工业
离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍等超铀元素、 稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、提纯和回收方面 均起着十分重要的作用。
❖ 大孔型离子交换树脂：外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。 即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起 离子交换和吸附作用。比表面积大，因此其吸附功能十分显著。
❖ 载体型离子交换树脂：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。
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
2.2离子交换树脂的结构
如右图所示，离子交换树脂是一 类带有可离子化基团的三维网状 高分子。
材料树脂由三部分组成： ❖ 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
聚苯乙烯型阳离子 交换树脂的示意图
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2、离子交换树脂的概念
2.3 离子交换的原理 离子交换过程是被分离组H分+（即被提取、被纯化N的a+离子或分子）在水
Holmes的发明，带有磺酸基和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产并
在水的脱盐中得到了应用。
1944年 D’Alelio 合成了具有优良物理和化学性能的磺化苯乙烯-二乙 烯
苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的
基础。
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
阳离子交换树脂
强酸型 例：R—SO3H 中酸型 例：R—PO(OH)2 弱酸型 例：R—COOH
阴离子交换树脂
强碱型 例：R3—NCl
弱碱型 例：R—NH2、R—NR’H、R—
NR’2
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3、离子交换树脂的分类
❖ 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。
R-N(CH3)3OH＋Cl-R
N(CH3)3Cl＋OH-
9
3、离子交换树脂的分类
3.2 按树脂的物理结构分类
凝胶型 大孔型
载体型
不同物理结构离子交换树脂的模型
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3、离子交换树脂的分类
❖ 凝胶型离子交换树脂：外观透明、具有均相高分子凝胶结构。在水中 会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，可供无机小分子自由地通过 离子。这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中，分子链紧缩，无机小分 子无法通过，将丧失离子交换功能。
子材料正以崭新的姿态在21世纪发挥重要的作用。
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2、离子交换树脂的概念
2.1离子交换树脂的定义
离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维 网 状高分子材料，其外形一般为颗粒状。
不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机 溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。
常见的离子交换树脂的粒径为0.3～1.2nm。
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2、离子交换树脂的概念
溶液与固体交换剂之间发生的一种化学计量分配过程，该过程遵循离固一液
非均相扩散传质的普遍规律而又不同于传统分离过程。
子
阳离子交换树脂
阳离子交换树脂
交 换
Na当Cl 与溶液接触时，离子交换剂会与溶液中的特定离子进行交换，原即离 子交换树脂上的可交换离子（OH阳- 离子或阴离子）被溶Cl-液中带同种电理示荷的特
离子交换树脂简介
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❖ 离子交换树脂发展历史 ❖ 离子交换树脂的概念 ❖ 离子交换树脂的分类 ❖ 离子交换树脂离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料1935年英国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。根据Adams和
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＋Ca2+
(R—SO3)2Ca＋2H+
硬水软化 的原理
❖或亚阴胺离基子(—交N换H2树)等脂碱含性有基季团胺。基它[-们N(在CH水3)中3O能H生]、成胺O基H-(离—子NH，2)可 与各种阴离子起交换作用，其交换原理为：
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的脱盐精制外，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。
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1、离子交换树脂发展历史
20世纪50年代末，国内外诸多单位几乎同时合成出大孔型 离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换 树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点，因此 很快得到广泛的应用。
定离子取代，而不溶性固体骨架在这一交换过程中不发生任何化学意变化。
图
阴离子交换树脂
阴离子交换树脂
该过程一般可以用方程式表达为:R-B+A+ → R-A+B+（R代表树脂中
除
可交换离子以外的其它部分，即惰性骨架与圆定基团；B为可交换离子；
A+
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为待分离组分)。
3、离子交换树脂的分类
3.1 按交换基团的性质分类
离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆 中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选 性和选矿效率。
4.3 海洋资源利用
利用离子交换树脂，可从许多海洋生物(例如海带)中提取碘、溴、镁 等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，用离子交换树脂以海水制取淡水 是十分经济和方便的.
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3、离子交换树脂的分类
3.3 按基体的种类分类
苯乙烯树脂：
丙烯酸树脂：
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4、离子交换树脂的应用
4.1 水处理
水处理包括水质的软化、 水的脱盐和高纯水的制备等。 水处理是离子交换树脂最基本 的用途之一。
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4、离子交换树脂的应用
4.2 冶金工业
离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍等超铀元素、 稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、提纯和回收方面 均起着十分重要的作用。
❖ 大孔型离子交换树脂：外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。 即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起 离子交换和吸附作用。比表面积大，因此其吸附功能十分显著。
❖ 载体型离子交换树脂：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。