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？

2．离子交换树脂评价指标：
机械强度----好 交换容量----适当 交换速度----快 再生速率----快


（1） 机械强度：



应有良好的机械强度，以免在装柱使用过程 中，树脂颗粒破碎，结构破坏。 其机械强度是由高分子骨架的化学结构和交 联度、骨架空间结构、颗粒粒度和形状决定 的 一般说：加大交联度、减小粒度，机械强度 提高


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
（二）根据高分子基体（即骨架）分： 苯乙烯体系树脂 丙烯酸—甲基丙烯酸酯体系树脂 苯酚—间苯二胺体系树脂 环氧氯丙烷体系树脂 （三）特殊的离子交换树脂 按性能分: 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


b.用酸再生： RSO3Na + HCl RSO3H + NaCl 即 H+ Na+
阴离子交换树脂： R－N+（CH3）3OH－ RN（CH3）3+ + OH－ R－N（CH3）3OH + NaCl R－N（CH3）3Cl + NaOH 再生：R－N（CH3）3Cl + NaOH R－N （CH3）3OH + NaCl 即： OH－ Cl－




三．离子交换树脂的合成
（一） 强酸性阳离子交换树脂 以-SO3H基作离子交换基因的离子交换树脂

目前所有制品都是苯乙烯体系的树脂。
R
SO3H + NaCl H型
R SO3 Na + HCl H 2
CH + CH 2 CH
CH2
CH
CH2
（3） 再生： 再生是使用过程中的一个重要步骤，是评价 离子交换树脂的一个重要指标。 再生容易好，再生速率快好。 离子交换树脂的交换过程和再生过程是可逆 反应。 阳离子交换树脂： a.用盐再生：
RSO 3H + Na+ ClRSO 3Na + HCl
或R－SO3 － + Na+
RSO3Na
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 BP O CH
CH2
CH
CH2

SO3H + NaCl
SO3Na + HCl
离子交换树脂已广泛应用工业、农业、 医药、试剂和有机反应的催化剂和元素 的提纯富集等各个领域中。 有多种分类方法： （一）根据离解的基团的性质，可分为 ：



1、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
第二章、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
思考题：
1.什么是离子交换树脂？ 2.离子交换树脂的类型？ 3.写出聚苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂 的合成路线。 4.说明离子交换树脂的离子交换机理。 5. 说明离子交换树脂的用途。

一、定义和分类 离子交换树脂是由交联结构的高分子骨 架与能离解的基团两个基本组分所构成的 不溶性、多孔的、固体高分子电解质。 功能：它能在液相中与带相同电荷的离子 进行交换反应，此交换反应是可逆的，即 可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复原有 状态，可供再次利用（再生）。
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

将100克干燥球状聚合物放于能溶解苯乙烯聚合物的 四氯乙烷或甲苯、四氯呋喃等溶剂中溶胀，与500克 98%硫酸，一起在95-100℃下加热磺化5-10小时，反 应完成后冷却，过剩的硫酸用水慢慢稀释，或用逐次 降低浓度的硫酸洗涤，最后再用水洗涤除去硫酸，用 NaOH处理使成Na型，当有溶胀试剂的气味时可以水 蒸馏除去，然后再水洗，筛分后就得成品。