离子交换树脂及原理

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)
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+
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
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
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
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
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
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
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(mபைடு நூலகம்/g)(干燥态) 0
外观
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
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