第1章-离子交换树脂解析
离子交换树脂 载量
离子交换树脂载量摘要：1.离子交换树脂的概述2.离子交换树脂的分类与特点3.离子交换树脂的应用领域4.离子交换树脂的载量及其影响因素5.如何选择和使用离子交换树脂6.离子交换树脂的再生与维护正文：离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、冶金、食品、制革、制药等领域的材料。
它通过选择、交换、吸附和催化反应，实现净化水、脱盐、脱色、分离、精制等目的。
离子交换树脂主要分为阳离子树脂和阴离子树脂。
阳离子树脂由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成，带有磺酸基团，具有良好的交换容量和交换速度。
阴离子树脂则是在苯乙烯-二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基团的离子交换树脂，具有高交换容量和快速交换的特点。
离子交换树脂的载量是指树脂中可交换离子的数量，它受到树脂的物理和化学性质、制备工艺、再生方式等因素的影响。
一般来说，载量越高，树脂的性能越好。
但载量并非唯一决定树脂性能的因素，还需考虑树脂的交换速度、机械强度、耐热性等指标。
在使用离子交换树脂时，应根据实际需求选择合适的树脂类型和规格。
对于水处理行业，通常选择强酸性和弱酸性离子交换树脂；在化工领域，可根据需要选择特定功能的离子交换树脂。
此外，在使用过程中，要定期检查树脂的性能，如发现性能下降，应及时进行再生处理。
离子交换树脂的再生主要有两种方法：一种是化学再生，使用酸或碱溶液对树脂进行处理，使其恢复交换能力；另一种是物理再生，通过加热、搅拌、洗涤等方式去除树脂上的吸附物，恢复其交换能力。
无论哪种方法，都需要注意再生剂的浓度、温度、时间等条件，以保证再生效果。
总之，离子交换树脂是一种重要的新型材料，其选择、使用和再生均需要专业知识。
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：
离子交换树脂解析
3、20世纪50年代末，国内外包括我国的南开大学化学系合成 了大孔型离子交换树脂。
应引入活性基团便可以得到离子交换树脂。
单体：苯乙烯、丙烯酸脂类、丙烯腈等 交联剂: 二乙烯基苯
缩聚型树脂：由能两基个之或间两的个相以互上作带用有而功进能行基反的应单。体一，般通伴过有功低
分子物（水或卤化氢等）的析出。
例：酚醛型，环氧丙烷-多烯多胺型
3-按骨架的物理结构分类
凝胶型 大孔型 载体型
不同物理结构离子交换树脂的模型
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
(1) 强酸型阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基(－SO3H)和次甲基磺酸基团 （－CH2SO3H），其电离程度大，在pH1-14范围内均可离解出H+，故呈强 酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的
2R-SO3H＋Ca2+
硬水软化
(R—SO3)2Ca＋2H+ 的原理
(2) 弱酸型阳离子树脂
该类树脂的活性基团为弱酸性基团：羧基(—COOH)、氧乙酸基团（— OCH2COOH）、酚羟基（C6H5OH）以及β-双酮基（—COCH2COCH3）等。 其电离程度受溶液pH影响很大，在酸性溶液中几乎不发生交换，其交换能力 随pH的升高而递增，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。 这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
离子交换树脂的原理
离子交换树脂的原理
首先，离子交换树脂的原理基于离子交换作用。
树脂内部的功能基团能够与水中的离子发生化学反应，吸附或释放离子物质。
通常情况下，树脂上带有阳离子交换基团的被称为阴离子交换树脂，而带有阴离子交换基团的被称为阳离子交换树脂。
这些功能基团能够与水中的阳离子或阴离子发生交换，从而实现对水质的净化和离子的分离。
其次，离子交换树脂的结构对其工作原理也有着重要影响。
树脂通常呈现出多孔的结构，具有较大的比表面积，这样能够增加与水中离子物质的接触面积，提高离子交换效率。
此外，树脂的孔隙结构和孔径大小也会影响其对不同离子的吸附选择性，从而实现对水质的精确调控。
离子交换树脂在工作过程中，通常需要进行再生操作。
当树脂吸附饱和或者需要更换吸附物种时，可以通过用盐溶液或酸碱溶液进行再生，将吸附在树脂上的离子物质释放出来，使树脂重新恢复吸附能力。
这样实现了对树脂的循环利用，延长了其使用寿命。
总的来说，离子交换树脂的原理是基于树脂内部的离子交换作
用，通过树脂结构和再生操作来实现对水质的净化和离子的分离。
它具有操作简便、效果显著、经济实用等优点，在水处理、化工、制药等领域有着广泛的应用前景。
希望通过本文的介绍，能够对离子交换树脂的原理有一个更加深入的了解。
离子交换树脂的选择性
则三种离子均被交换在树脂上,然后用稀HCl
洗脱, 交换能力最小的Li+先流出柱外, 其次
是Na+ ，而交换能力最大的K+最后流出来。
.
25
(三) 干扰组分的除去
3. 干扰阴离子的分离
阴离子交换树脂一般是使用Cl-式或NO3-式， 为了防止阳离子在柱内的水解，使用OH-式的阴 离子交换树脂是不合适的。如许多阳离子用重量
.
38
被冲起，在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维。交换柱装
好后，再用蒸馏水洗涤，关上活塞，以备使用。应当
注意不能使树脂露出水面，因为树脂露于空气中，当
加入溶液时，树脂间隙中会产生气泡，而使交换不完
全。
交换柱也可以用滴定管代替。
.
10
三、仪器装置
.
11
四、柱上操作
装柱——交换——洗涤——洗脱（再生）——测定
.
释液经电渗析后即可脱盐又可浓缩。
高纯水的制备
.
36
（2）离子分离
（3）利用复分解反应制备化学药品
可以从廉价的氯化钠和碳酸钾制备 价值较高的氯化钾及碳酸钠。使用电 渗析法使产品分离是重要手段。
（4）电渗析水解制备酸和碱
（5）药物精制及食品工业
（6）环境保护
.
37
2 作为电极反应的隔膜 3 电池方面的应用
4
离子交换过程分为五个步骤：
4被交换下来的离子由树脂颗粒的内部向颗粒 表面扩散（内扩散）
5 被交换下来的离子，穿过树脂表面的薄膜而 进入溶液，并在溶液中进行扩散（外扩散）
一、 影响外扩散速度的因素 1 浓度 2 搅拌速度 3 温度
.
5
二 影响内扩散速度的因素
离子交换树脂及原理课件ppt
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
第1章-离子交换树脂方案
强酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将1 g BPO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 CH2 CH CH2 CH
CH3OCH2Cl ZnCl2
CH2 CH CH2 CH
+ CH3OH
CH2 CH
CH2Cl
所得的中间产品通常称为“氯球”。用氯球可十 分
容易地进行胺基化反应。
N(CH3)
CH2Cl
N(CH3)C2H4OH
Ⅰ型强碱型阴离子交换树脂 CH2N+(CH3)3Cl-
图1—1 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图
从图中可见，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。
强酸型阳离子交换树脂的功能基团是—SO3-H+， 它可解离出H+，而H+可与周围的外来离子互相交换。 功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由 它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子 互相交换。这种能自由移动的离子称为可交换离子。
度 （质量百分数），而对大孔型树脂，则在型号前冠以 字母“D”。
各类离子交换树脂的具体编号为： 001—099 强酸型阳离子交换树脂 100—199 弱酸型阳离子交换树脂 200—299 强碱型阴离子交换树脂 300—399 弱碱型阴离子交换树脂 400—499 螯合型离子交换树脂 500—599 两性型离子交换树脂 600—699 氧化还原型离子交换树脂
类中属酸性的，在基本名称前加“阳”字；凡分类中 属
火电厂离子交换树脂报废标准-概述说明以及解释
火电厂离子交换树脂报废标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：火电厂离子交换树脂作为一种重要的处理水处理材料，在火电厂的水循环系统中起着至关重要的作用。
离子交换树脂能够通过吸附、吸附交换等方式去除水中的离子，从而有效地净化水质，保证火电厂正常运转。
然而，长时间使用后，离子交换树脂会逐渐失去吸附能力，降低水处理效果，甚至成为一种污染物，对环境和人体健康造成潜在风险。
因此，火电厂离子交换树脂的报废处理成为了火电厂运维管理中的一个重要问题。
合理的报废标准和处理方法能够有效地降低环境风险，节约资源，并保证火电厂的可持续发展。
本文旨在探讨火电厂离子交换树脂的报废标准，分析当前报废标准的不足之处，并提出针对性的改进建议。
通过研究火电厂离子交换树脂的报废标准以及现有的处理方法，旨在为火电厂提供科学可行的报废标准和处理方法，从而推动行业可持续发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以根据以下方式编写：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述：第二部分为正文部分，将首先介绍火电厂离子交换树脂的概述和其在火电厂中的应用情况。
接着，将详细讨论火电厂离子交换树脂的报废标准，包括国内外相关标准和规定的概述，以及火电厂离子交换树脂报废的标准与要求。
第三部分为结论部分，将对全文进行总结，概括出本文的核心观点和主要结论。
同时，将提出一些建议，对于如何制定和优化火电厂离子交换树脂的报废标准提出一些具体建议，以期对相关领域的研究和实践能够有所启发和借鉴。
通过以上结构的安排，本文将全面系统地介绍火电厂离子交换树脂的报废标准，内容丰富有序，逻辑清晰，可以使读者更好地理解和掌握该领域的相关知识。
同时，在提出建议的部分，还将为相关研究和实践提供更多思路和参考，有助于推动该领域的发展和进步。
1.3 目的本文的目的是为了探讨和分析火电厂离子交换树脂的报废标准。
离子交换树脂在火电厂中广泛应用于水处理系统，用于去除水中的离子和杂质，以保证发电设备的正常运行和水质的稳定。
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
离子交换树脂的基本知识(6点)解析
( natural or synthetic; amorphous or crystalline) 2) phosphates 3) flourides 4) humus 5) wool 6) proteins 7) cellulose 8) alumina 9) glass 10) living cells
Ion exchange is a process involving exchange (sorption) of one or several ionic species accompanied by the simultaneous displacement (desorption)of one or more other ionic species of the same charge.
In general, reversible
Example
R represents solid exchanger
HIGHLIGHTS • In 1845-50 It was shown that certain soils have the
power of decomposing and retaining ammonium salts and other cations (Thomson and Way)
Organic-inorganic ion exchangers(hybrid )
Basic Uses of Ion Exchange
Substitution: A valuable ion(e.g. Copper) can be recovered from solution and replaced by a worthless one
离子交换树脂
1、离子交换树脂在长期储存中，或需在停用设备内长期存放，强型树脂（强酸性和强碱性树脂）应转为盐型，弱型树脂（弱酸性和弱碱性树脂）可转为相应的氢型或游离胺型，也可转变为盐型，以保持树脂性能的稳定。
然后浸泡在洁净的水中。
停用设备若须将水排去，则应密封，以防树脂中水份散失。
2、离子交换树脂内含有一定的平衡水份，在储存和运输中应保持湿润，防止脱水。
树脂应储存在室内或加遮盖，环境温度以5°C-40°C为宜。
袋装树脂应避免直接日晒，远离锅炉、取暖器等加热装置，避免脱水。
若发现树脂已有脱水现象，切勿将树脂直接放于水中，以免干树脂遇水急剧溶胀而破碎。
应根据其脱水程度，用10%左右的食盐水慢慢加入到树脂中，浸泡数小时后用洁净水逐步稀释。
3、当环境温度在0°C或以下时，为防止树脂因内部水份结冰而崩裂，应做好保温措施，或根据气温条件，将树脂存于相应浓度的食盐水中，防止冰冻。
若发现树脂已被冻，则应让其缓慢自然解冻，切不可用机械力施于树脂。
食盐溶液浓度与冰点的关系如下表：4、长期停用而放置在交换器内的树脂，为防止微生物（如藻类、细菌等）对树脂的不可逆污染，树脂在停用前须彻底反洗，以除去运行时积聚的悬浮物质，并注意定期冲洗和换水。
或彻底反洗后采用以下措施：阴树脂：用3倍树脂体积的10%NaCl+2%NaOH混合液分两次通过树脂层，每次静止浸泡数小时，然后将其排去。
如有必要，在重新启动前用2倍树脂体积的0.2%过氧化氢（H2O2）溶液淋洗树脂层。
阳树脂：在阳离子交换器及管系内可充入0.5%的甲醛溶液，并在停用期间保持此浓度。
也可用食盐水浸泡。
在设备重新启动前用0.2%过氧化氢或0.5%甲醛溶液淋洗。
2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，影响出水水质或产品质量。
因此，新树脂在使用前必须进行预处理，具体方法如下：1、树脂装入交换器后，用洁净水反洗树脂层，展开率为50-70%，直至出水清晰、无气味、无细碎树脂为止。
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。
实验一 离子交换树脂总交换容量的测定
实验原理
强酸性阳离子交换树脂（强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂是 一种磺酸化苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂，不溶于 水，不溶于酸和碱的稀释液，适合用于软化剂顺向再生纯化 系统）与碱作用生成水为一不可逆反应，故可用静态法测定 总交换量：RH+NaOH→RNa+H2O；用标准HCl滴定剩余 NaOH含量来测定总交换容量。
注意事项
实验所用的玻璃仪器注意用蒸馏水冲洗干净； 装柱前，在柱子底部加入少许棉花，防止树脂堵塞出口； 装柱时应注意防止树脂混入气泡； 装柱后，要保持液面超过树脂面，不能让柱中水流干或溢
出； 为防止加试液时，树脂被冲起，在上面也铺少许棉花； 交换时，要注意经常检查流出液的pH； 实验完毕，将树脂统一回收，以便再生，取出玻璃棉，将
实验中使用的是国产 732 型阳离子交换树脂，它是强酸 型阳离子交换树脂，含有的活性基团是 SO3H ( 磺酸基 ), 其中的 H+可被溶液中的阳离子交换。
实验原理
对阳离子的吸附 高价离子通常被优先吸附，而低价离子 的吸附较弱。在同价的同类离子中，直径较大的离子的被 吸附较强。一些阳离子被吸附的顺序如下： Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+
实验步骤 (动态法)
2. 装柱 称取树脂约10 g置于小烧杯中，加入少量去离子水。
在层析柱中加入约1/4柱体积的去离子水，然后将所有的树 脂小心倒入柱中，装柱时应注意不使树脂层中有气泡存在 （可用吸耳球一边装柱一边轻轻敲击柱子外侧，防止混入 气泡），控制柱底水流出速度（恒定，约2 mL/min左右）， 要保持液面高于树脂表面，不能让柱中水流干或溢出。为 防止之后的加试液时，树脂被冲起，在上面也铺一层棉花。
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
第1章-离子交换树脂
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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。
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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
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。
离子交换树脂知识详解
1、离子交换树脂的基本类型(１) 强酸性阳离子树脂这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。
树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。
这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。
强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。
树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。
如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。
(２) 弱酸性阳离子树脂这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+而呈酸性。
树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，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。
这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
（3）强碱性阴离子树脂这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R 为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。
这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。
它用强碱(如NaOH)进行再生。
(４) 弱碱性阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。
这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。
它只能在中性或酸性条件(如pH 1～9)下工作。
它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
2、离子交换树脂基体的组成离子交换树脂的基体(matrix)，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类，它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应，形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。
一价阳离子交换树脂
一价阳离子交换树脂
一价阳离子交换树脂是一种常用于水处理和化学分离过程中的材料。
它具有很高的吸附能力和选择性，可以从水中去除杂质，并实现离子的分离和浓缩。
这种树脂由于其独特的结构和性质，在环境保护、食品加工、制药和化工等领域中发挥着重要的作用。
一价阳离子交换树脂的工作原理是利用树脂上的阳离子交换基团与溶液中的阴离子发生交换反应。
当溶液通过树脂床层时，树脂上的交换基团会与溶液中的阴离子结合，将其吸附在树脂表面。
同时，树脂上原有的阳离子会释放出来，实现阳离子的交换。
一价阳离子交换树脂可以广泛应用于水处理过程中。
例如，在水净化过程中，它可以去除水中的重金属离子、有机物和其他污染物，从而提高水的质量。
在工业生产过程中，它可以用于分离和浓缩溶液中的特定离子，从而实现产品纯化和提纯。
此外，它还可以用于医药领域中的药物分离和纯化过程。
一价阳离子交换树脂的选择性是其优势之一。
树脂的交换基团可以根据需要进行选择，以实现特定离子的富集和分离。
这种选择性使得树脂在不同应用领域具有广泛的适用性和灵活性。
然而，一价阳离子交换树脂也存在一些局限性。
例如，在处理高浓度离子溶液时，树脂可能会饱和，导致其吸附能力下降。
此外，树脂的再生和回收也需要一定的成本和操作复杂性。
总的来说，一价阳离子交换树脂是一种重要的材料，具有广泛的应用前景。
通过合理选择和使用，它可以在水处理、化学分离和其他领域中发挥重要作用，为人类创造更清洁、更安全的生活环境。
阳离子交换树脂的污染形式及解决解析
阳离子交换树脂在水处理系统中主要用来除去天然水中的阳离子。
由于阳离子交换树脂在处理系统中的位置相对靠前，受到污染的阳离子交换树脂通常会发生周期制水量减少，工作交换容量下降，出水水质恶化等现象，而且会对后续的阴离子的制水过程产生不利的影响。
阳离子交换树脂介绍为多孔网状立体结构，多孔网眼是离子在树脂内部扩散进出的通道，通道内壁具有众多的功能基团，是离子交换反应的活性点，一旦此活性点被覆盖，离子交换过程就无法进行。
在离子交换过程中，交换势能较高、附着力强的离子或大分子之类的物质，容易被交换或吸附到树脂，而在再生时却难以洗脱下来，从而阻碍了离子交换反应的讲行或是在离子交换反应过程中生成难溶的沉
积物，并沉积在树脂内部，阻塞了离子交换的通道。
阳离子交换树脂易受到铁离子的污染，尤其是在以井水作为水源的水处理系统中更为严重。
铁离子对树脂的污染有三种不同的情况。
①如果铁离子以胶态悬浮体出现的话，它会从过滤器中漏过而污染阳离子交换树脂。
②铁以二价铁离子的形式交换到树脂上，随后拿被氧化成三价铁离子，从而在树脂颗粒上形成凝胶状的不溶于水的铁的氢氧化物。
③可能交换到树脂上的二价铁离子在树脂的交换基团上直接转
化为三价铁离子，但在再生过程中不能被完全除去而残留在树脂中。
如果发生了第一种情况，可以采用反洗的方法将树脂层中累积的胶态悬浮体除去。
如果在整个树脂层中发生了铁离子的累积，那么可以采用亚硫酸钠或亚硫酸氢钠处理树脂，这样就可以将三价铁离子还原成更易溶解的二价铁离子，而后者对树脂的亲合力要小于前者。
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1.2 离子交换树脂的结构
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～ 1.2mm。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大 于或小于这一范围。
图1—1 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图
通过改变浓度差、利用亲和力差别等，使可交换 离子与其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、 分离、提纯、净化等目的。 通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进 行交换的树脂称作阳离子交换树脂；而将能解离出阴 离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子 交换树脂。从无机化学的角度看，可以认为阳离子交 换树脂相当于高分子多元酸，阴离子交换树脂相当于 高分子多元碱。应当指出，离子交换树脂除了离子交 换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸碱是 截然不同的。
离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简 便又节约能源。因此根据Adams和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。
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。
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。 阴离子交换树脂又可分为强碱型和弱碱型两种。 如R3—NCl为强碱型，R—NH2、R—NR’H和，R— NR”2为弱碱型。
3）载体型离子交换树脂 载体型离子交换树脂是一种特殊用途树脂，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。 此外，为了特殊的需要，已研制成多种具有特殊 功能的离子交换树脂。如螯合树脂、氧化还原树脂、 两性树脂等。
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子材料正以崭新的姿态在 21世纪发挥重要的作用。 离子交换纤维是在离子交换树脂基础上发展起来 的一类新型材料。其基本特点与离子交换树脂相同， 但外观为纤维状，并还可以不同的织物形式出现，如 中空纤维、纱线、布、无纺布、毡、纸等。
从图中可见，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。 强酸型阳离子交换树脂的功能基团是—SO3-H+， 它可解离出H+，而H+可与周围的外来离子互相交换。 功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由 它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子 互相交换。这种能自由移动的离子称为可交换离子。
第一章 离子交换树脂
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。
（2）按树脂的物理结构分类 按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝 胶型、大孔型和载体型三类。图1—2是这些树脂结构 的示意图。
图1—2 不同物理结构离子交换树脂的模型
1）凝胶型离子交换树脂 凡外观透明、具有均相高分子凝胶结构的离子交 换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光 滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶 状，并呈现大分子链的间隙孔。大分子链之间的间隙 约为2～4nm。一般无机小分子的半径在1nm以下，因 此可自由地通过离子交换树脂内大分子链的间隙。在 无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体 积缩小，无机小分子无法通过。所以，这类离子交换 树脂在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。
2）大孔型离子交换树脂 针对凝胶型离子交换树脂的缺点，研制了大孔型 离子交换树脂。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。大孔型离子交换树脂的孔径一般 为几纳米至几百纳米，比表面积可达每克树脂几百平 方米，因此其吸附功能十分显著。
离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大孔 型树脂的开发。20世纪50年代末，国内外包括我国的 南开大学化学系在内的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。
60年代后期，离子交换树脂除了品种和性能等 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。 例如离子交换树脂在水处理以外的应用由80年代 以前占离子交换树脂总用量的不足10％增加到目前的 30％左右。