-离子交换树脂及原理
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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
碱性树脂在酸性溶液中电离能力大。 树脂的水解反应
离子交换树脂的分类
按活性基团的性质 按离子交换树脂的孔型
按单体的种类
阳离子交换树脂: 强酸性和弱酸性 阴离子交换树脂: 强碱性和弱碱性
螯合型 两性 氧化还原型
凝胶型 大孔型 等孔型*
苯乙烯 丙烯酸 酚醛
离子交换树脂的内部结构
凝胶型和大孔型树脂的物理性能比较
特性
普通凝胶型 离子交换树脂
平均孔径(润湿态)
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
离子交换树脂及离子交换基本原理
第一节 离子交换树脂及其性能 第二节 离子交换基本原理 第三节 离子交换树脂层的工作过程 第四节 离子交换树脂的使用 第五节 离子交换树脂的变质、污染与复苏
一、离子交换树脂
组成： 单体：如苯乙烯、甲基丙烯酸。 交联剂：架桥，使聚合物构成网状结构，如二乙烯苯。 交换基团：具有活性离子的基团。 合成：高分子骨架的合成、交换基团的引入。 结构： 高分子骨架：交联的高分子聚合物。 离子交换基团：-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2 孔：凝胶孔、毛细孔 书写： 固定离子：R 可交换离子： -SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2
弱酸性阳离子交换树脂： H+ ＞ Fe2+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+
强碱性阴离子交换树脂： SO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3-
弱酸性阴离子交换树脂： OH-＞ SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-＞HSiO3-
化学性能
交换容量 单位质量或单位体积的树脂所能交换离子的摩尔数。表示离子交换树脂的交
范围1.5-9.0nm (平均2-4nm)
对有机物的吸附能力
吸附能力低, 易被污染和老化
比表面积(mL/g)(干燥态) ＜0.1
细孔容积(mL/g)(干燥态) 0
外观
Hale Waihona Puke Baidu
透明球状颗粒
加工工艺
苯乙烯+二乙烯苯
大孔型离子交换数值
范围10-500nm (平均20-100nm) 吸附能力高
0.1-0.4 ＜0.2 半透明至不透明球状颗粒 苯乙烯+二乙烯苯+致孔剂
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
化学性能 酸碱性、选择性、交换容量、热稳定性
物理性能
外观 颜色：组成不同，颜色各异，苯乙烯呈黄色。交联多
的、杂质多的颜色深些。 形状：球形，圆球率达90%以上，则水流阻力小。容
量大。 粒度 用有效粒径和均一系数表示。 粒度小，交换速度快，交换容量大，但压力损失大。 粒度要均匀，在0.3-1.2mm范围。
换能力。 1. 全交换容量：单位质量的离子交换树脂全部离子交换基团的数量，mmol/L。 2. 工作交换容量 指一个周期中单位体积树脂实现的离子交换量，即单位体积树脂从再生型离
子交换基团变为失效型基团的量。 影响因素：树脂种类、粒度、原水水质、出水水质的终点控制、交换运行流
速、树脂层高度、再生方式等。 质量表示单位EM：mol/kg(干树脂) 体积表示单位EV：mol/m3(湿树脂) EV=EM×(1-含水率)×湿视密度
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+
量,g/mL。 湿视密度=湿态树脂质量/湿态树脂的视体积。 用来计算离子交换器中装载树脂时所需湿树脂量的主要数据，一
般在0.6-0.85。
物理性能
含水率 在水中充分膨胀的湿树脂中所含水分的百分数。 含水率=(湿树脂质量-干树脂质量)/湿树脂质量 与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等
化学性能
热稳定性 表示受热作用下树脂保持理化性能不变的能力。 强碱性树脂：强碱基团受热分解，降低交换容量。 弱碱性树脂：弱碱基团受热发生脱落现象，稳定性较强碱性高。 强酸性树脂：最高使用温度为100-120℃，再高则发生脱落现象。 弱酸性树脂：稳定性更高一些，达200℃，且短时间内容量损失小。 热稳定性大小顺序为： 弱酸性＞强酸性＞弱碱性＞Ⅰ型强碱性＞Ⅱ型强碱性
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
有关。 反映离子交换树脂的交联度和网眼中的孔隙率。含水率愈大，孔
隙率愈大，其交联度愈小。 可了解树脂性能的变化。冬季应注意防冻。 一般在40-60%。
物理性能
转型膨胀率 离子交换树脂从一种单一离子型转为另一种单一离子型时体积的
变化的百分率. 树脂在交换和再生时,体积均会发生变化。 经长时间不断地胀缩，树脂会发生老化现象，从而影响树脂的使
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
碱性树脂在酸性溶液中电离能力大。 树脂的水解反应
离子交换树脂的分类
按活性基团的性质 按离子交换树脂的孔型
按单体的种类
阳离子交换树脂: 强酸性和弱酸性 阴离子交换树脂: 强碱性和弱碱性
螯合型 两性 氧化还原型
凝胶型 大孔型 等孔型*
苯乙烯 丙烯酸 酚醛
离子交换树脂的内部结构
凝胶型和大孔型树脂的物理性能比较
特性
普通凝胶型 离子交换树脂
平均孔径(润湿态)
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
离子交换树脂及离子交换基本原理
第一节 离子交换树脂及其性能 第二节 离子交换基本原理 第三节 离子交换树脂层的工作过程 第四节 离子交换树脂的使用 第五节 离子交换树脂的变质、污染与复苏
一、离子交换树脂
组成： 单体：如苯乙烯、甲基丙烯酸。 交联剂：架桥，使聚合物构成网状结构，如二乙烯苯。 交换基团：具有活性离子的基团。 合成：高分子骨架的合成、交换基团的引入。 结构： 高分子骨架：交联的高分子聚合物。 离子交换基团：-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2 孔：凝胶孔、毛细孔 书写： 固定离子：R 可交换离子： -SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2
弱酸性阳离子交换树脂： H+ ＞ Fe2+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+
强碱性阴离子交换树脂： SO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3-
弱酸性阴离子交换树脂： OH-＞ SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-＞HSiO3-
化学性能
交换容量 单位质量或单位体积的树脂所能交换离子的摩尔数。表示离子交换树脂的交
范围1.5-9.0nm (平均2-4nm)
对有机物的吸附能力
吸附能力低, 易被污染和老化
比表面积(mL/g)(干燥态) ＜0.1
细孔容积(mL/g)(干燥态) 0
外观
Hale Waihona Puke Baidu
透明球状颗粒
加工工艺
苯乙烯+二乙烯苯
大孔型离子交换数值
范围10-500nm (平均20-100nm) 吸附能力高
0.1-0.4 ＜0.2 半透明至不透明球状颗粒 苯乙烯+二乙烯苯+致孔剂
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
化学性能 酸碱性、选择性、交换容量、热稳定性
物理性能
外观 颜色：组成不同，颜色各异，苯乙烯呈黄色。交联多
的、杂质多的颜色深些。 形状：球形，圆球率达90%以上，则水流阻力小。容
量大。 粒度 用有效粒径和均一系数表示。 粒度小，交换速度快，交换容量大，但压力损失大。 粒度要均匀，在0.3-1.2mm范围。
换能力。 1. 全交换容量：单位质量的离子交换树脂全部离子交换基团的数量，mmol/L。 2. 工作交换容量 指一个周期中单位体积树脂实现的离子交换量，即单位体积树脂从再生型离
子交换基团变为失效型基团的量。 影响因素：树脂种类、粒度、原水水质、出水水质的终点控制、交换运行流
速、树脂层高度、再生方式等。 质量表示单位EM：mol/kg(干树脂) 体积表示单位EV：mol/m3(湿树脂) EV=EM×(1-含水率)×湿视密度
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+
量,g/mL。 湿视密度=湿态树脂质量/湿态树脂的视体积。 用来计算离子交换器中装载树脂时所需湿树脂量的主要数据，一
般在0.6-0.85。
物理性能
含水率 在水中充分膨胀的湿树脂中所含水分的百分数。 含水率=(湿树脂质量-干树脂质量)/湿树脂质量 与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等
化学性能
热稳定性 表示受热作用下树脂保持理化性能不变的能力。 强碱性树脂：强碱基团受热分解，降低交换容量。 弱碱性树脂：弱碱基团受热发生脱落现象，稳定性较强碱性高。 强酸性树脂：最高使用温度为100-120℃，再高则发生脱落现象。 弱酸性树脂：稳定性更高一些，达200℃，且短时间内容量损失小。 热稳定性大小顺序为： 弱酸性＞强酸性＞弱碱性＞Ⅰ型强碱性＞Ⅱ型强碱性
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
有关。 反映离子交换树脂的交联度和网眼中的孔隙率。含水率愈大，孔
隙率愈大，其交联度愈小。 可了解树脂性能的变化。冬季应注意防冻。 一般在40-60%。
物理性能
转型膨胀率 离子交换树脂从一种单一离子型转为另一种单一离子型时体积的
变化的百分率. 树脂在交换和再生时,体积均会发生变化。 经长时间不断地胀缩，树脂会发生老化现象，从而影响树脂的使