离子交换树脂研究报告

离子交换树脂型材料研究报告

摘要

随着科学的进步，技术的发展，离子交换树脂的应用越来越广泛。而近几年来，离子交换树脂技术的革新，又使其发展前景越来越好。本文将对离子交换树脂进行简要介绍，论述了离子交换树脂的基本信息以及在其社会某些领域中的一些应用。

目录

一、离子交换树脂的简介

（一）离子交换树脂的结构

（二）离子交换树脂的功能

二、离子交换树脂的分类

（一）根据离子交换树脂所带活性基团的性质分类

（二）根据离子交换树脂的基体种类分类

（三）根据离子交换树脂的孔型分类

（四）根据树脂的特定使用环境和场合分类

三、离子交换树脂的合成

（一）常规工艺

（二）新型工艺

四、离子交换树脂在各领域的应用

（一）药学领域

（二）水处理领域

（三）环保领域

五、离子交换树脂的发展方向和前景

（一）合成工艺先进化

（二）性能质量规化

（三）应用技术自动化

（四）离子交换树脂市场前景

一、离子交换树脂的简介

（一）离子交换树脂的结构

离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构不溶性高分子化合物，通常是球形颗粒物。在其分子结构中，一部分为树脂的基体骨架，另一部分为由固定离子和可交换离子组成的活性基团。

（二）离子交换树脂的功能

离子交换树脂具有交换、选择、吸收和催化等功能，在工业高纯水制备、医药卫生、冶金行业、生物工程等领域都得到了广泛的应用。

二、离子交换树脂的分类

（一）根据离子交换树脂所带活性基团的性质分类

离子交换树脂可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）。

（二）根据离子交换树脂的基体种类分类

离子交换树脂可分为苯乙烯系树脂、丙烯酸系、树脂环氧系、酚醛系及脲醛系等。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。

（三）根据离子交换树脂的孔型分类

可分为凝胶型和大孔型。凝胶型树脂的高分子骨架，在干燥的情况下部没有毛细孔。它在吸水时膨胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔。这类树脂较适合用于吸附无机离子，不能吸附大分子有机物质。大孔型树脂是聚合反应时加入制孔剂，形成多孔海绵构造的股骨架，部有大量永久性的微孔，能够像活性炭那样吸附各种非离子性物质。

两者各有优缺点，如凝胶型交换容量大，但孔径小、易污染堵塞，而大孔型具有抗有机物污染的能力。目前我国生产的离子交换树脂以凝胶型为主。

（四）根据树脂的特定使用环境和场合分类

可以将树脂分为通用型、核级、电子级、食品级、冶金专用树脂等。

三、离子交换树脂的合成

离子交换树脂的合成分为两个过程，一是高分子聚合物骨架的制备，二是在制成的骨架上引入活性基团。

（一）常规工艺

制备高分子骨架一般采用悬浮聚合、单次交联的方法。例如苯乙烯树脂的合成就是使苯乙烯和交联剂二乙烯苯在水中悬浮状态下聚合成球状物（白球），再通过化学反应向骨架上引入活性基团。若用浓硫酸处理白球则得到磺酸型阳离子树脂，若先用氯甲醚进行氯甲基化处理后再用胺处理则可制得碱性强弱不同的各种阴离子树脂。另一类比较常用的树脂——丙烯酸系树脂的合成是由已经具备活性基团的单体经聚合一步制得。其基体由丙烯酸甲酯和交联剂二乙烯苯共聚而成，基体再经过特定的化学反应转变为阳离子交换树脂或阴离子交换树脂。

但是，这种常规工艺存在一定的缺点。在工业悬浮聚合反应工艺中，由于单体与水相之间存在着较大的粘度差异，且反应器中搅拌剪切力空间分布不均匀等诸多原因，会导致产出的白球粒度不均匀且有相当一部分白球粒度不符合要求。这样会增加生产成本、增加能耗、浪费资源，而且会造成较大的环境污染。（二）新型工艺

目前已经开发出的新型工艺主要有互贯聚合工艺、后交联工艺。

互贯聚合就是指将已经具有一定交联度的聚合物骨架再在相同交联度的单体中溶胀，使单体吸入聚合物中，实现两个独立网络的互相贯穿和缠绕。研究表明，互贯型离子交换树脂的真实交联度低于相应一次珠体的真实交联度，但其表观交联度则明显高于相应的一次珠体。互贯型离子交换树脂具有密度增大、刚性增强、珠体合格率提高的特点，同时其工作交换容量也大大高于具有相同交联度的常规树脂。

后交联法又称附加交联法，是用聚苯乙烯溶液或溶胀态低交联聚苯乙烯与交联剂氯甲醚等发生付氏反应。引入的氯甲基在较高温度下，可与邻近的苯环进一步发生付氏反应，从而实现两个高分子链上苯环的交联。该种树脂具有结构均匀、转型膨胀率低、强度好、交换容量高等显著特点。此外，后交联法还可以应用于高吸水性树脂的制备。

四、离子交换树脂在各领域的应用

（一）药学领域

近年来多学科的交叉发展和性能更加优良的辅料问世，使作为药物传递载体的离子交换树脂在药剂学中的应用越来越广泛。离子交换树脂可以延缓药物在体的吸收、增加药物的稳定性、掩盖药物的不良味道。主要应用于口服液体缓控释给药系统、眼部给药系统、以及离子导入透皮给药系统。但是其目前也有一些缺点如载药量不高、药物释放不完全、长时间服用会造成消化系统环境的紊乱等。（二）水处理领域

水处理工艺中，离子交换树脂的用途十分广泛。在给水处理中，可用于水质软化和脱盐，制取软化水、纯水和超纯水；在废水处理中，可除去废水中的某些有害物质，回收有价值化学品、重金属和稀有元素。随着工业向高技术发展，对工业用水的水质也提出了更高纯度的要求，此外，环境废水的深度处理也变得更加必要，离子交换技术因而占有十分重要的地位。随着离子交换技术的不断发展，树脂在水处理领域的应用不断扩大，越来越显示出它具有可深度净化、效率高及能达到综合回收的优点。

（三）环保领域

离子交换树脂在环保领域的应用，只要体现在工业废水的处理，处理污酸，减少酸雾，减少雾霾等。工业废水中含有大量有毒物质，直接排放会对环境产生巨大影响。离子交换树脂可以将其中的有害金属离子等进行回收，具有环保效益。在我国，离子交换树脂在原子能、半导体、电子工业等领域也有应用。这些都大大改善了我们现在的环境。

五、离子交换树脂的发展方向和前景