[医学]第二章离子交换树脂

-N+
季铵基
CH2CH2OH
3
弱碱
-N H 2,-N H R ,-N R 2
伯，仲，叔 氨基
4
螯合
H2C
CH2COOH N
CH2COOH
胺羧酸
5
两性
(-N + (C H 3 )3, -C O O H ) 强碱弱酸型
6
氧化还原
(-CH2SH)
HO
OH
硫醇基 对苯二酚基
骨架分类代号 0—苯乙烯，1—丙烯酸，2—酚醛，3—环氧，4—乙烯吡啶，5—脲醛，6—氯乙烯 6
缩 聚
甲 醛 + 苯 酚
离 子 交 换 树 脂
O H
H 2SO 4
O H
H C H O C 6H 5O H
O H
O H
H 2C
C H 2
C H 2
S O 3H
S O 3H
C H 2
特点：i. 带有可离子化的基团SO3-
ii. 是三维网状交联聚合物（酚醛缩聚树脂）
应用：水的脱盐
4
★ 由离子交换树脂引伸的功能高分子：吸 附树脂、螯合树脂、高分子试剂、固化 酶（固相多肽合成）聚合物固载催化。
OC
OH
CH CH2
（弱酸性阳离子型）
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ii. 弱碱阴离子型交换树脂
C H 2 C H
C
O
H 2 N (C H 2 C H 2 N H )n H
多胺
O C H 3
③ 缩聚型
i. 阳离子型
C H 2 C H CO N H (C H 2 C H 2 N H )H
苯酚 磺化
醛 磺化酚醛缩合物（1935）
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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
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
交联
ii. 阴离子型（芳胺+醛）
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NH2
NH2
HCHO NH2
间苯二胺
H N CH2
CH2
NH CH2
（醛与苯环、氨基均可缩合成交联结构）
NH CH2
iii. 弱酸阳离子型
含COOH，酚 + 甲醛
CH2
HO
OH
CH2 COOH
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1.3 离子交换树脂的性能
① 粒度（珠状颗粒型）：0.315-1.2mm
② 含水量（凝胶树脂）：30%-80%
③ 密度：ρa（表观密度）=干态质量/树脂体积,g/ml
(g/ml)
（骨架+孔）
ρT（骨架密度）=干态质量/干态体积,g/ml
（骨架）
单位体积的离子基团的量
④ 交换容量：QT = 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
③ 常用离子交换树脂的化学结构
a. 苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂
H CH2 C
H CH2 C
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
H
H
CH2 C CH2 C
COOH
CH CH2
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c. 苯乙烯系强碱性I型阴离子交换树脂
H CH2 CH CH2 C
Cl-(CH3)3N+ CH2
CH2N+(CH3)2ClCH2CH2OH 11
② 丙烯酸型
i. 丙烯酸酯 + DVB 共聚交联 水解 弱酸性阳离子交换
H2C CH
CO OCH3
HC CH2
BPO 自由基悬浮共聚
CH CH2
H CH2 C CH2 CH
OC
OCH3
CH CH2
1.H2O/NaOH 2.H+水解
H CH2 C CH2 CH
1944年 D’Aeelio合成磺化苯乙烯-二乙烯基 苯树脂奠定现代离子交换树脂基 础。
1950年 大孔离子交换树脂：强度高，交换 速率快。
② 结构与分类
5
代号
表1 离子交换树脂的种类
分类名称
功能基
说明
0
强酸
-SO3H
磺酸基
1
弱酸
-C O O H ,-PO 3H 3
膦酸基
(CH3)2
2
强碱
-N+(CH3)3 ,
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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P = ρaVp = 1 -
ρa 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）
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。
C a 2 + 2 H C O 3 -
第二章_离子交换树 脂
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.Hale Waihona Puke Baidu 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
3
1.1 概述
① 发展史
1935年英国Adams
C H
CH2
d. 苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂
H CH2 CH CH2 C
(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 ( D V B )
交 联 P S
b. 功能基化：（磺化，羧酸，季铵化）
磺化：
CH2 CH
C a 2 +
2 N a H C O 3
2 R S O 3 -N a + + M g 2 +
S O 4 2 2 C l-
2 R S O 3 M g 2 +
N a 2 S O 4 2 N a C l
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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）
H2SO4
CH2 CH
SO3H
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氯甲基化： （作前体）
CH2 CH
ClCH2OCH3 ZnCl2
再羧酸化：
CH2 CH
CH2Cl
氧 化
HNO3
CH2 CH
COOH 10
季铵化：
CH2 CH
叔胺
(CH3)3N
三甲胺
CH2Cl
(CH3)2NC2H5OH
N,N-二甲基乙醇胺
CH2 CH
CH2N+(CH3)3ClCH2 CH
(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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S=
m1
m1+m2 （m1正常圆球质量， m2破损粒子质量）
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
（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）