阴阳离子交换器 ppt课件
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（3）按单体种类分类
按合成树脂的交联度种类不同，离子交换树脂还 可以分为苯乙烯系，丙烯酸系等。此外，还有酚 醛系、环氧系、乙烯吡啶系和尿醛系等，但未在 水处理领域中应用。
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8
离子交换树脂的命名方法
离子交换树脂产品的型号是根据国家标准 GB1631—1979《离子交换树脂产品分类、 命名及型号》制定的。
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离于交换树脂型号图解如下：
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12
离子交换树脂的性能
一物理性能
①外观 树脂是一种透明或半透明的物质，因其组成不同，颜色各异， 如苯乙烯树脂呈黄色，也有呈黑色和赤褐色的，但对性能影响不大。 一般情况下，原料杂质多或交联剂多，树脂的颜色稍深（但树脂在运 行过程中，因为各种原因有时颜色也会变化）。树脂外形呈球状，要 求圆球率达到90%以上。 ②粒度 树脂颗粒的大小将影响交换速 度、压力损失、反洗效果等。颗粒大小不能相差太大。用于水处理的 离子交换树脂的颗粒以0.3~1.2mm目为宜。粒度的表示方法以有效 粒径和不均匀系数来表示。③密度 关系到水处理工艺和树脂装填量。 密度的表示方法有：干真密度（一般1.6g/cm3左右）、湿真密度 （一般1.04～1.30g/cm3之间）、湿视密度（一般在0.60～ 0.80g/cm3之间）。 ④含水率 树脂的含水率越大，表示孔隙率 越大，交联度越小。 ⑤溶胀率 树脂浸水之后要溶胀，它与交联 度、活性基团、交换容量、水中电解质密度、可交换离子的性质等有 关。树脂在交换与再生过程中会发生胀缩现象，多次胀缩树脂易碎裂。 ⑥耐磨性 反映树脂的机械强度。它应保证每年树脂耗量不超过7%。 ⑦溶解性 树脂内含有低聚合物要逐渐溶解，在树脂使用过程中也会 发生胶溶。 ⑧耐热性 阳树脂耐温100℃左右，强碱性阴树脂可耐 60℃，弱碱性阴树脂可耐温80℃。但在低于或等于0℃时，易结冰而 破碎。 ⑨导电性 干树脂不导电，湿树脂可电导。
离子交换树脂是由以下三部分组成： 1单体。单体是聚合成高分子化合物的低分子有机
物。它是树脂的主要成分，又称母体。 2交联剂。交联剂是固定树脂形状和增强树脂机械
强度的成分。常用的交联剂是二乙烯苯。 3交换集团是由连接在单体上的具有活性离子的基
团。它是通过磺化反应引入磺酸基—SO3H,通过 胺化引入氨基，如季氨基—N+（CH3)3
1名称
离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架 名称、基本名称依次排列组成。基本名称 为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称前 加“大孔”两字。分类属酸性的在基本名 称前加“阳”字，属碱性的在基本名称前 加“阴”字。
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2型号
离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数 字组成，第一位数字代表产品分类，第二 位数字代表骨架组成，第三位数字为顺序 号，用来区别活性基团或交联剂的差异。 代号数字的见下表。凡属大孔型树脂，在 树脂前加“大”字的汉语拼音首字母“D”； 凡属于凝胶型树脂在型号前不加任何字母， 交联度可在型号后用“x”符号连接阿拉伯 数字表示。
脂亦是用酸进行再生（比强酸性树脂较易再生）。
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5
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
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2
离子交换树脂的结构
骨架
酚醛树脂
Biblioteka Baidu
OH + CH2O
聚乙烯树脂 活性基团
CH=CH2 +
CH=CH2
CH=CH2
酸性基团 —SO3H
碱性基团 —N+R3
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交联剂 特殊基团
3
离子交换树脂的分类
1按活性基团的性质分类
根据离子交换树脂所带活性基团的性质， 可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 按活性基团上H+和OH-电离的强弱程度， 又可以分为强酸性阳离子交换和弱酸性阳 离子交换树脂，强碱性阴离子树脂和弱碱 性阴离子交换树脂，此外按活性基团的性 质还可分为螯合性、两性以及氧化还原树 脂。
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4
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 离子交换树脂反 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。
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表 3-1 分 类 代 号 （第一位数字）
代号 活性集团
0
1
2
3
4
5
6
强酸 弱酸 强碱 弱碱 螯合 两性 氧化
性性性性性
还原
性
表 3-2 骨 架 代 号 （第二位数字）
代号 骨架类别
0
1
2
3
4
5
6
苯乙 丙烯 酚醛 环氧 乙烯 脲醛 氯乙 烯系 酸系 系 系 吡啶 系 烯系
系
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离子交换树脂
离子交换树脂概述
离子交换法是指某些材料遇水时，能将本身具有的离子与 水中带同类电荷的离子进行交换的方法，这些材料称为离 子交换剂。在离子交换技术被应用的初期，采用的只是天 然的和无机质的交换剂，目前普遍应用于水处理中的离子 交换剂是合成的离子交换树脂。
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1
交换树脂的组成
酸性条件（如pH1～9）下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行
再生。
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6
2按离子交换树脂的孔型分类
（1）凝胶型树脂。这种树脂是由苯乙烯和二乙烯苯混合 物在引发剂存在下进行悬浮聚合得到的具有交联网状结构 的聚合物，因为这种聚合物呈透明或半透明的凝胶结构， 所以称为凝胶型树脂。凝胶型树脂的网孔通常很小，平均 孔径约1~2nm，且大小不一。在干态下，这种网孔并不 存在，当浸入水中呈湿态时，它们才能显示出来。因为凝 胶型树脂孔径小，不利于离子运动，直径较大的分子通过 时，容易堵塞网孔，再生时也不易洗脱下来，所以凝胶型 树脂易受到有机物污染。
用强碱（如NaOH）进行再生。
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 离
子交换树脂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
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
（2）大孔型树脂。这类树脂的制备方法与凝胶型树脂的 不同不同点在于制备大孔结构高分子聚合物骨架时加入了 致孔剂，待聚合反应完成后，再将致孔剂抽提出来，这样 便留下了永久性网孔
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大孔型树脂的特点是在整个树脂内部无论干或湿、 收缩或膨胀都存在比凝胶型树脂更大更多的孔 （孔径一般在20~100nm)，因此比表面积大， 所以它具有抗有机物污染的能力，被截留在网孔 中的有机物容易在再生过程中洗脱下来。大孔型 树脂占据一定的空间，离子交换基团含量相对减 少，所以交换容量比凝胶型树脂低一些。
按合成树脂的交联度种类不同，离子交换树脂还 可以分为苯乙烯系，丙烯酸系等。此外，还有酚 醛系、环氧系、乙烯吡啶系和尿醛系等，但未在 水处理领域中应用。
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离子交换树脂的命名方法
离子交换树脂产品的型号是根据国家标准 GB1631—1979《离子交换树脂产品分类、 命名及型号》制定的。
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离于交换树脂型号图解如下：
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离子交换树脂的性能
一物理性能
①外观 树脂是一种透明或半透明的物质，因其组成不同，颜色各异， 如苯乙烯树脂呈黄色，也有呈黑色和赤褐色的，但对性能影响不大。 一般情况下，原料杂质多或交联剂多，树脂的颜色稍深（但树脂在运 行过程中，因为各种原因有时颜色也会变化）。树脂外形呈球状，要 求圆球率达到90%以上。 ②粒度 树脂颗粒的大小将影响交换速 度、压力损失、反洗效果等。颗粒大小不能相差太大。用于水处理的 离子交换树脂的颗粒以0.3~1.2mm目为宜。粒度的表示方法以有效 粒径和不均匀系数来表示。③密度 关系到水处理工艺和树脂装填量。 密度的表示方法有：干真密度（一般1.6g/cm3左右）、湿真密度 （一般1.04～1.30g/cm3之间）、湿视密度（一般在0.60～ 0.80g/cm3之间）。 ④含水率 树脂的含水率越大，表示孔隙率 越大，交联度越小。 ⑤溶胀率 树脂浸水之后要溶胀，它与交联 度、活性基团、交换容量、水中电解质密度、可交换离子的性质等有 关。树脂在交换与再生过程中会发生胀缩现象，多次胀缩树脂易碎裂。 ⑥耐磨性 反映树脂的机械强度。它应保证每年树脂耗量不超过7%。 ⑦溶解性 树脂内含有低聚合物要逐渐溶解，在树脂使用过程中也会 发生胶溶。 ⑧耐热性 阳树脂耐温100℃左右，强碱性阴树脂可耐 60℃，弱碱性阴树脂可耐温80℃。但在低于或等于0℃时，易结冰而 破碎。 ⑨导电性 干树脂不导电，湿树脂可电导。
离子交换树脂是由以下三部分组成： 1单体。单体是聚合成高分子化合物的低分子有机
物。它是树脂的主要成分，又称母体。 2交联剂。交联剂是固定树脂形状和增强树脂机械
强度的成分。常用的交联剂是二乙烯苯。 3交换集团是由连接在单体上的具有活性离子的基
团。它是通过磺化反应引入磺酸基—SO3H,通过 胺化引入氨基，如季氨基—N+（CH3)3
1名称
离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架 名称、基本名称依次排列组成。基本名称 为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称前 加“大孔”两字。分类属酸性的在基本名 称前加“阳”字，属碱性的在基本名称前 加“阴”字。
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2型号
离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数 字组成，第一位数字代表产品分类，第二 位数字代表骨架组成，第三位数字为顺序 号，用来区别活性基团或交联剂的差异。 代号数字的见下表。凡属大孔型树脂，在 树脂前加“大”字的汉语拼音首字母“D”； 凡属于凝胶型树脂在型号前不加任何字母， 交联度可在型号后用“x”符号连接阿拉伯 数字表示。
脂亦是用酸进行再生（比强酸性树脂较易再生）。
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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
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离子交换树脂的结构
骨架
酚醛树脂
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OH + CH2O
聚乙烯树脂 活性基团
CH=CH2 +
CH=CH2
CH=CH2
酸性基团 —SO3H
碱性基团 —N+R3
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交联剂 特殊基团
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离子交换树脂的分类
1按活性基团的性质分类
根据离子交换树脂所带活性基团的性质， 可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 按活性基团上H+和OH-电离的强弱程度， 又可以分为强酸性阳离子交换和弱酸性阳 离子交换树脂，强碱性阴离子树脂和弱碱 性阴离子交换树脂，此外按活性基团的性 质还可分为螯合性、两性以及氧化还原树 脂。
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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 离子交换树脂反 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。
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表 3-1 分 类 代 号 （第一位数字）
代号 活性集团
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强酸 弱酸 强碱 弱碱 螯合 两性 氧化
性性性性性
还原
性
表 3-2 骨 架 代 号 （第二位数字）
代号 骨架类别
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苯乙 丙烯 酚醛 环氧 乙烯 脲醛 氯乙 烯系 酸系 系 系 吡啶 系 烯系
系
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离子交换树脂
离子交换树脂概述
离子交换法是指某些材料遇水时，能将本身具有的离子与 水中带同类电荷的离子进行交换的方法，这些材料称为离 子交换剂。在离子交换技术被应用的初期，采用的只是天 然的和无机质的交换剂，目前普遍应用于水处理中的离子 交换剂是合成的离子交换树脂。
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交换树脂的组成
酸性条件（如pH1～9）下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行
再生。
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2按离子交换树脂的孔型分类
（1）凝胶型树脂。这种树脂是由苯乙烯和二乙烯苯混合 物在引发剂存在下进行悬浮聚合得到的具有交联网状结构 的聚合物，因为这种聚合物呈透明或半透明的凝胶结构， 所以称为凝胶型树脂。凝胶型树脂的网孔通常很小，平均 孔径约1~2nm，且大小不一。在干态下，这种网孔并不 存在，当浸入水中呈湿态时，它们才能显示出来。因为凝 胶型树脂孔径小，不利于离子运动，直径较大的分子通过 时，容易堵塞网孔，再生时也不易洗脱下来，所以凝胶型 树脂易受到有机物污染。
用强碱（如NaOH）进行再生。
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 离
子交换树脂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
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
（2）大孔型树脂。这类树脂的制备方法与凝胶型树脂的 不同不同点在于制备大孔结构高分子聚合物骨架时加入了 致孔剂，待聚合反应完成后，再将致孔剂抽提出来，这样 便留下了永久性网孔
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大孔型树脂的特点是在整个树脂内部无论干或湿、 收缩或膨胀都存在比凝胶型树脂更大更多的孔 （孔径一般在20~100nm)，因此比表面积大， 所以它具有抗有机物污染的能力，被截留在网孔 中的有机物容易在再生过程中洗脱下来。大孔型 树脂占据一定的空间，离子交换基团含量相对减 少，所以交换容量比凝胶型树脂低一些。