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
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？
离子交换树脂原理及使用方法
离子交换树脂原理及使用方法以离子交换树脂原理及使用方法为题，本文将介绍离子交换树脂的基本原理、分类、应用以及使用方法。
一、离子交换树脂的原理离子交换树脂是一种能够与溶液中的离子发生交换反应的高分子材料。
其原理基于离子交换反应，通过树脂中的功能基团与溶液中的离子发生化学反应，将溶液中的离子吸附到树脂上，并释放出与之相对应的离子。
离子交换树脂的功能基团可以是酸性基团或碱性基团，根据功能基团的不同，离子交换树脂可以分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
二、离子交换树脂的分类1. 阴离子交换树脂：阴离子交换树脂是具有具有碱性功能基团的树脂，能够吸附溶液中的阴离子。
常见的阴离子交换树脂有强碱性树脂和弱碱性树脂。
强碱性树脂通常是以季胺基或氨基作为功能基团，具有较高的离子交换容量和较强的吸附能力；弱碱性树脂则是以胺基或次胺基作为功能基团，离子交换容量和吸附能力较强碱性树脂较低。
2. 阳离子交换树脂：阳离子交换树脂是具有具有酸性功能基团的树脂，能够吸附溶液中的阳离子。
常见的阳离子交换树脂有强酸性树脂和弱酸性树脂。
强酸性树脂通常是以磺酸基或磷酸基作为功能基团，具有较高的离子交换容量和较强的吸附能力；弱酸性树脂则是以羧基或酚基作为功能基团，离子交换容量和吸附能力较强酸性树脂较低。
三、离子交换树脂的应用离子交换树脂在各个领域都有广泛的应用，主要包括水处理、制药、食品加工、环境保护等方面。
1. 水处理：离子交换树脂可用于去除水中的阳离子或阴离子，从而净化水质。
常见的应用包括软化水、去除重金属离子和放射性核素等。
2. 制药：离子交换树脂可用于药物的分离纯化、药物吸附和药物释放控制等方面。
在制药工业中，离子交换树脂广泛应用于药物的纯化和分离、药物固定化以及药物缓释等方面。
3. 食品加工：离子交换树脂可用于食品加工中的脱色、脱苦味、去除重金属离子等。
例如，可用于提取咖啡因、去除苦味物质和脱色等。
4. 环境保护：离子交换树脂可用于废水处理、废气治理和固体废物处理等方面。
离子交换树脂和吸附树脂
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
c. 载体型离子交换树脂
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。 主要用作液相色谱的固定相，可经受液 相色谱中流动介质的高压，又具有离子 交换功能。
阴离子 交换树脂
强碱型R3-NCl 弱碱型R-NH2、RNR’H、R-NR2’
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
螯合树脂：带有螯合基的树脂。 氧化还原树脂：带有氧化还原基的树脂。 两性树脂：带有阳阴两性基的树脂。 热再生树脂：弱酸弱碱的两性树脂可用热水再生。
离 子 交 换 树 脂 的 种 类
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
此后，Dow化学公司 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工业化；Rohm & Hass公司进一步研制强碱 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。
第一节 离子交换和吸附树脂概述
20世纪50年代末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。
(2) 按树脂的物理结构分类
a. 凝胶型离子交换树脂
外观透明、表面光滑，具有均相高分子凝 胶结构的离子交换树脂。球粒内部没有大 的毛细孔。 在水中会溶胀形成凝胶状。在无水状态下， 凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩。 干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
离子交换树脂法
离子交换树脂法离子交换树脂法是一种常用的分离纯化技术，广泛应用于工业生产、环境保护、食品加工等领域。
本文将介绍离子交换树脂法的原理、应用以及优缺点。
一、离子交换树脂法的原理离子交换树脂是一种具有离子交换能力的高分子材料，具有很强的吸附能力和选择性。
它由大量的交联聚合物组成，其中含有一些可以与溶液中的离子发生交换反应的官能团。
当溶液通过离子交换树脂时，溶液中的离子会与树脂中的固定离子交换位置，使溶液中的离子被树脂吸附下来，从而实现对离子的分离纯化。
离子交换树脂法的分离过程主要包括吸附、洗脱和再生三个步骤。
首先，将待处理的溶液通过离子交换树脂床层，树脂上的固定离子与溶液中的目标离子发生吸附反应，目标离子被树脂吸附下来。
然后，通过改变溶液的pH值、离子强度或添加特定的洗脱剂等方式，将吸附在树脂上的目标离子洗脱出来，得到纯净的目标物质。
最后，通过再生处理，将树脂中的固定离子再生，使其恢复吸附能力，以便下一轮的分离操作。
离子交换树脂法在许多领域都有广泛的应用。
其中，工业生产是离子交换树脂法的主要应用领域之一。
在化工、制药、电子等行业中，离子交换树脂法被用于分离和纯化目标物质，去除杂质，提高产品的纯度和质量。
例如，离子交换树脂可以用于水处理，去除水中的重金属离子、有机物、硬度物质等。
另外，离子交换树脂还可以用于废水处理，去除废水中的有害离子，净化废水，达到环境保护的目的。
离子交换树脂法还被广泛应用于食品加工领域。
食品加工过程中，离子交换树脂可以用于去除食品中的杂质、色素、异味物质等，提高食品的品质和口感。
例如，离子交换树脂可以用于提取果汁中的杂质，去除苦味物质，改善果汁的口感；还可以用于去除啤酒中的苦味物质，使啤酒更加醇香。
三、离子交换树脂法的优缺点离子交换树脂法具有许多优点。
首先，离子交换树脂法操作简单，设备投资相对较低，适用于各种规模的生产工艺。
其次，离子交换树脂具有很强的选择性，可以根据需要选择合适的树脂和操作条件，实现对目标离子的高效分离。
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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2-离子交换剂
— CH—CH2—CH-CH2 CH-CH2—
— CH—CH2—
交联度：交联剂在高分子结构中所占的质量分数
交联度（D.V.B）
交联剂质量 100% 高分子质量 交联剂质量
◆我国以符号“×”后的数字表示。
例如强碱性树脂201×7表示交联度为7。
◆交联度大小反映了树脂网状结构的紧密程度，因此直接影响树脂
-CH-CH2-
SO3 H
反离子
2、离子交换树脂的分类
强酸性阳离子交换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂
◆按功能基的性质分类
弱碱性阴离子交换树脂 螯合树脂 氧化还原树脂 两性树脂
◆强酸性阳离子交换树脂：树脂上带有强酸性功能团，如—SO3H，在酸
性介质中仍能电离出可交换离子H+，故能在pH=0-14下与溶液中的阳离 子进行交换；
CH2Cl
(CH3)2NH (CH3)3N
5、离子交换树脂的性能
1）化学性能 ◆交换容量 定义：一定数量（质量或体积）的离子交换树脂所带的交换基团或可交 换离子的数量。 单位：树脂的量以质量单位表示（多用于理论研究），或以体积单 位表示（多用于工程实践）；可交换离子数量以摩尔表示。也有以 克、公斤、克当量、毫克当量表示的。
◆按结构和树脂形态分类：凝胶型和大孔型离子交换树脂
凝胶型树脂:在溶胀状态下，其孔径一般为2-4nm；干燥状态下，微孔 缩紧闭合，丧失交换能力。 大孔型树脂:在干、湿状或收缩、溶胀态下，都存在着比凝胶型树脂更 多、更大的孔道，其孔径一般大于20nm（甚至达数千nm） 而且布满树脂内部;
比表面积大（20-130m2/g，而凝胶型约为5m2/g）;
◆弱碱性阴离子交换树脂：树脂上带有弱碱性功能团，如=NH2OH，在碱
离子交换树脂
6. 机械强度 7. 耐热性 8. 孔结构
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
离子交换反应公式
Kqq0cZBZA 1cB/cccB00ZZAB •1qBqB/q/0q0ZAZB
(8—2)
式（8-4）适用于各种离子之间的交换。当ZA=ZB=1时,上式简 化为：
qB/q0 K• cB/c0 1qB/q0 1cB/c0
(8—5)
式中qB/q0称为树脂的失效度;cB/c0为溶液中离子残留率。若以 qB/q0为纵坐标，以cB/c0为横坐标，作图可得某一K值下的等价 离子交换理论等温平衡线。
2、组成和结构 离子交换树脂的化学结构可分为不溶性树脂母体和活性基团
两部分。树脂母体为有机化化合物和交联剂组成的高分子共聚 物。交联剂的作用是使树脂母体形成主体的网状结构。交联剂 与单体的重量比的百分数称为交联度。活性基团由起交换作用 的离子和与树脂母体联结的固定离子组成。
离子交换树脂的命名和型号
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。
第三节 离子交换工艺
❖ 离子交换系统及应用
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。
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酸催化剂
碱催化剂
用于催化C4烃烷基化反应 优点：高分子催化剂无腐蚀性 后处理简单——过滤可将树脂与产物分离 催化活性高
21
反应实例：由丁醛 由丙酮
酸催化树脂
α-乙基β-羟基己醛 4-甲基4-羟基戊酮
CH3 CH3 C OH CH2 C O CH3
CH3COCH3
⑥ 其他
制药行业：提纯、去除可离子化的色素、盐、抗生素 的分离纯化 稀土元素分离 湿法冶金 碘的提取精制 金属离子痕量分析
单位体积的离子基团的量 单位质量£(体积)树脂
, mmol/g
⑤ 离子交换选择性：
对不同离子的选择性，例
15
苯乙烯强酸阳离子型（对阳离子的选择性） Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Na+ 依价数高优先 Ba2+ > Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ …… > Mn2+ 同价位时，依半径大优先
H2N(CH2CH2NH)nH
多胺
NH(CH2CH2NH)H
③ 缩聚型
i. 阳离子型 苯酚
磺化 醛
交联
磺化酚醛缩合物（1935）
ii. 阴离子型（芳胺+醛）
13
NH2 HCHO NH2
NH2
H N CH2
CH2 NH CH2
NH
CH2
间苯二胺
（醛与苯环、氨基均可缩合成交联结构）
iii. 弱酸阳离子型
22
参考书目：
1. 功能高分子材料 第一章 离子交换树脂 2. 功能高分子与新技术 P131 第八章 高分子催化剂 3. 功能高分子材料化学 P60 高分子酸碱催化剂
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2.高分子试剂 2.1 序（固相肽合成） 2.2 定义与分类 2.3 高分子试剂
① 高分子氧化还原剂 ② 高分子卤代试剂 ③ 高分子酰基化试剂
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高分子化的溴代酰亚胺（NBS）作溴代反应
* *
Br
加成反应
O O N Br
Br
不饱和烃
三价碘高分子氟化剂制小分子氟化物
CH CH2 CH CH2
加成 重排
Cl IF2 F2C
CH2
I Cl
小分子
小分子氟化物
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③ 高分子酰基化试剂 高分子活性酯酰基化试剂
（m1正常圆球质量， m2破损粒子质量）
（ρa为表观密度， ρT为骨架密度）
ii. 孔度 P（孔容体积/树脂总体积）
ρa P = ρaVp = 1 ρT
孔体积 骨架体积
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iii. 比表面积
S=
4 x 104Vp
(Vp 孔总体积，d 孔径）m2 /g
d
1.4 应用 ① 水的软化（去除水中Ca2+，Mg2+离子）
SO3-Na+
C H
CH2
强酸与阳离子交换，交联
b. 丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂
CH2 H C CH2 H C
COБайду номын сангаасH
CH
CH2
7
c. 苯乙烯系强碱性I型阴离子交换树脂
CH2 CH CH2 H C
Cl-(CH3)3N+ CH2
C H
CH2
d. 苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂
CH2 CH CH2 H C
离子交换树脂
软水（含NaCl等）
② 水的脱盐（去除Na+)
所用离子交换树脂——H型强酸阳离子树脂 RSO3-H+ 磺酸型 脱除的离子：Na+，Mg2+等（使NaCl盐脱除）
反应式：
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Ca 2RSO3-H+
2+ 2+
2HCO3SO422Cl
-
Ca2+ 2RSO3 Mg2+ 2Na+
2H2O + 2CO2 H2SO4 2HCl 2H2SiO3
⑥ 热稳定性，最高使用温度，如
苯乙烯强酸阳离子 120 ℃ 丙烯酸弱酸阳离子 200 ℃
⑦ 机械强度：耐压强度；滚磨强度；渗磨强度
(渗磨强度为交换渗透过程引起球的破碎率）用树脂 的渗磨圆球率 S描述
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m1 S =
m1 + m2 ⑧ 比表面；孔容（孔度）；孔径；孔径分布
i. 孔容（Vp)：1g物质中孔体积 Vp = 1 ρa 1 ρT
对氯甲基共聚物：
(p)
(p)
CH2Cl
NO2 CH2Cl
Br
玻璃
O O Si(CH2)n O
CH2Cl
(p)
CH2Cl
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高分子试剂的特点
将低分子的底物或试剂固载到不溶的大分子上 进行有机化学反应与常规的有机合成方法相比具有 相当的优越性。 （1）高分子试剂在反应完成之后可以很容易的通过过 滤的方法与非支载的反应组分分离，可以大大简化反 应操作。 （2）高分子试剂可以再生，在经济上有一定的吸引 力。
(CH3)2N CH2
C H
CH2
8
1.2 离子交换树脂的合成
① 苯乙烯型
a. 交联PS 共聚物凝胶树脂制备
苯乙烯 + 二乙烯基苯(DVB) 交联PS
b. 功能基化：（磺化，羧酸，季铵化）
CH2 CH
磺化：
H2SO4
CH2
CH
SO3H
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氯甲基化： （作前体）
CH2
CH
ClCH2OCH3 ZnCl2
第二章 离子交换树脂及高 分子试剂
1. 离子交换树脂 2. 高分子试剂
1
1.1 概述 1）发展史 2）结构与分类 3）常用离子交换树脂的化学结构 1.2 合成 1）苯乙烯型 2）丙烯酸型 3）缩聚型 1.3 性能
2
1.4 应用
1）水的软化
2）水的脱盐 3）废水处理 4）食品工业 5）高分子催化剂 6）其他
② 结构与分类
5
表1 离子交换树脂的种类
代号
分类名称
功能基
说明
0
1 2 3 4 5 6
强酸
弱酸 强碱 弱碱 螯合 两性 氧化还原
-SO3H
磺酸基
膦酸基 季铵基 伯，仲，叔 氨基 胺羧酸 强碱弱酸型 硫醇基
OH
-COOH,-PO3H3
(CH3)2 -N+(CH3)3 , -N+ CH2CH2OH
-NH2,-NHR,-NR2
多肽产物与载体脱开
CH
HOOCHCNHCOCHNHCOCHNH2 R1 CH2X R1' R1"
（多肽）
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最后分离法：用过滤法将可溶肽与聚合物载体分离 •与常规肽合成比较： 常规肽合成为液相法，每个反应中间体均需分 离，纯化，结晶等，费时。 例：1964年用固相法合成了9个氨基的残基仅用 8天，而传统液相法需一年时间。 •常用的肽合成的固相高分子载体（高分子试剂）
HC
水解
弱酸性阳离子交换
H2C
CH C OCH3 O
CH2 CH2
H C C OCH3
CH2
CH
BPO
自由基悬浮共聚
CH CH2 H C C OH CH CH2 O
CH
CH2
1.H2O/NaOH 2.H+ 水解
CH2 O
CH2
CH
（弱酸性阳离子型）
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ii. 弱碱阴离子型交换树脂
CH2 CH C OCH3 O CH2 CH C O
通过Na型阳离子交换柱使水中Ca2+，Mg2+与 Na+交换保留在树脂上。
Ca2+ 2RSO3-Na+ + Mg2+ 2HCO3SO422Cl2RSO3Mg2+ Ca2+ 2NaHCO3 Na2SO4 2NaCl
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硬水（含Ca2+等）
再生处理：用8%-10%工业NaCl使柱 再生（交换其Ca2+，Mg2+ 离子）
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（3）反应过程有可能实现连续自动化，机械化操作。 （4）由于聚合物一般不溶，不挥发，无毒无嗅，因 此，聚合物支载的硫醇、硒类试剂对环境是友好的。 （5）一些低分子试剂制成高分子试剂后，其活性和选 择性都会提高。
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高分子试剂的缺点： （1）高分子试剂的制备需要经过多个步骤的处理过 程，其成本比低分子试剂高的多。 （2）低分子试剂经固载化后，聚合物骨架的位阻作用 会引起反应试剂的扩散问题。 （3）一些在聚合物上生成的副产物难于分离，有时鉴 定困难。 （4）有机高分子载体的耐热性差，在高温下的反应不 适宜。
2.4 高分子催化剂
① 定义 ② 合成：离子键固载，共价键，无机载体 ③ 应用
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2.1序
从Merrifield固相肽合成获得诺贝尔奖（1984）说起 （Solid-phase technique for the synthesis of peptides) 特点：将氨基酸固定于交联的高分子载体上（如氯 甲基化交联PS），再一步进行氨基酸的合成。 优点：反应产物易与过量的反应物分离，转化率近 乎100%。 合成步骤示意： 原料：氯甲基化交联PS与氨基酸
O
COOOH
COOH
ii 高分子醌使二苯肼
NHHN
脱H
偶氮苯
N N
高分子醌 催化脱氢
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②高分子卤代试剂
结构 用途 酮和烃溴化 烃基苯卤代 和烯烃加成 羰基化合物α 溴代和不饱 和烃加成
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P
N+
RX- ,R=H,Me,X=Br3-
吡啶类
：
P
N+
X2