离子交换树脂.ppt

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1、12 1935年英国的年英国的Adams和和Holmes发表了关于酚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，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开创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子领域子领域。 离子交换树脂离子交换树脂是是最早最早出现的功能高分子材料。出现的功能高分子材料。3 因此根据因此根据AdamsAdams和和HolmesHolmes的发明，带有的发明，带有磺酸基和氨基的酚醛树脂磺酸基和氨基的酚醛树脂很快就实现了工很快就实现了工业化生产并在水的脱盐中得到了应用。业化生产并在水的脱盐中得到了应用。4 1944

2、 1944年年 DAlelio 合成了具有优良物理和化合成了具有优良物理和化学性能的学性能的磺化苯乙烯磺化苯乙烯- -二乙烯苯共聚物离子交换二乙烯苯共聚物离子交换树脂树脂及及交联聚丙烯酸树脂交联聚丙烯酸树脂，奠定了现代离子交，奠定了现代离子交换树脂的基础。换树脂的基础。5 此后，此后，Dow化学公司的化学公司的 Bauman 等人开发了等人开发了苯苯乙烯系磺酸型强酸性离子交换树脂乙烯系磺酸型强酸性离子交换树脂并实现了工业化；并实现了工业化；Rohm & Hass公司的公司的Kunin等人则进一步研制了等人则进一步研制了强强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和和弱酸性丙烯酸系阳

3、弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂离子交换树脂。6 离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大大孔型树脂孔型树脂的开发。的开发。 20 20世纪世纪5050年代末，国内外包括我国的南开大学年代末，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。交换树脂。7 从离子交换树脂出发，还引申发展了一些很重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。如要的功能高分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、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、固定螯合树脂、聚合物固载催

4、化剂、高分子试剂、固定化酶化酶等。这一最传统的功能高分子材料正以崭新的等。这一最传统的功能高分子材料正以崭新的姿态在姿态在2121世纪发挥重要的作用。世纪发挥重要的作用。8 离子交换树脂：离子交换树脂：是一类带有可离子化基团的三维网是一类带有可离子化基团的三维网 状高分子材料。状高分子材料。 其外形一般为颗粒状，常见的离子交换树脂的其外形一般为颗粒状，常见的离子交换树脂的粒径为粒径为0.30.31.2mm1.2mm。不溶于水和一般的酸、碱，也。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。不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。9 树脂由三部分组成：树脂由三部分

5、组成： 三维空间结构的三维空间结构的网络骨架网络骨架；骨架上；骨架上连接的可离子化的连接的可离子化的功能基团功能基团；功能基团；功能基团上吸附的上吸附的可交换的离子可交换的离子。10图图 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图11CHCH2SO3HCHCH2SO3HCHCH2mnCHCH2CHCH2CHCH2SO3HCHSO3HSO3HCH2CH2CHCHSO3HSO3H12v离子交换树脂的分类：离子交换树脂的分类： （1 1）按交换基团性质的不同）按交换基团性质的不同，可将离子交，可将离子交换树脂分为换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树阳离子交换树脂和阴离子交换树

6、脂脂两大类。两大类。13 阳离子交换树脂可进一步分为阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、强酸型、中酸型和弱酸型中酸型和弱酸型三种。三种。 如如RSO3H为强酸型，为强酸型，RPO(OH)2为中酸为中酸型，型，RCOOH为弱酸型。习惯上，一般将为弱酸型。习惯上，一般将中酸型和弱酸型统称为弱酸型。中酸型和弱酸型统称为弱酸型。14 阴离子交换树脂又可分为阴离子交换树脂又可分为强碱型和弱强碱型和弱碱型碱型两种。两种。 如如R3NCl为强碱型，为强碱型，RNH2、RNRH和和RNR”2为弱碱型。为弱碱型。15（2 2）按树脂的物理结构分类）按树脂的物理结构分类 按其物理结构的不同，可将离子交换树按其物理结

7、构的不同，可将离子交换树脂分为脂分为凝胶型、大孔型和载体型凝胶型、大孔型和载体型三类。三类。16图图: : 不同物理结构离子交换树脂的模型不同物理结构离子交换树脂的模型17 1 1）凝胶型离子交换树脂）凝胶型离子交换树脂 特点：特点：外观透明、外观透明、表面光滑表面光滑，球粒内部，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状，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。大分子链之间的并呈现大分子链的间隙孔。大分子链之间的间隙约为间隙约为2 24 nm4 nm。18 一般无机小分子的半径在一般无机小分子的半径在1nm1nm以下，因以下，因此可自由地通过离子交换树脂内大分子链的此

8、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，无机小分子无法的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。通过。 所以，所以，这类离子交换树脂在干燥条件下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或油类中将丧失离子交换功能。19 2 2）大孔型离子交换树脂）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，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。为非均相凝胶结构。即使在干燥状态，内部也存在即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体

9、系中起离子交可在非水体系中起离子交换和吸附作用换和吸附作用。大孔型离子交换树脂的孔径一般为。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。方米，因此其吸附功能十分显著。20 3 3）载体型离子交换树脂）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脂，主要用作液相色谱的固定相。一般是将。一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃珠等表面上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，制成。它可经受液

10、相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。又具有离子交换功能。 21v 此外，为了特殊的需要，已研制成多此外，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。如种具有特殊功能的离子交换树脂。如螯合螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂树脂、氧化还原树脂、两性树脂等。等。22 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名 我国前石油化学工业部于我国前石油化学工业部于19771977年年7 7月月l l日正式颁日正式颁布了离子交换树脂的部颁标准布了离子交换树脂的部颁标准HG2-884-886-76HG2-884-886-76离离子交换树脂产品分类、命名及型号子交换树脂产品分类、命名及型号。 这套标准中

11、规定，离子交换树脂的全名由这套标准中规定，离子交换树脂的全名由分类分类名称、骨架（或基团）名称和基本名称名称、骨架（或基团）名称和基本名称排列组成。排列组成。23 离子交换树脂的离子交换树脂的基本名称为离子交换树脂基本名称为离子交换树脂。 凡分类中凡分类中属酸性的，在基本名称前加属酸性的，在基本名称前加“阳阳”字字；凡分类中凡分类中属碱性的，在基本名称前加属碱性的，在基本名称前加“阴阴”字字。 此外，为了区别离子交换树脂产品中同一类中此外，为了区别离子交换树脂产品中同一类中的不同品种，在的不同品种，在全名前必须加型号全名前必须加型号。 24离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成离子交换树脂的型

12、号由三位阿拉伯数字组成。第一位数字代表第一位数字代表分类代号分类代号；第二位数字代表第二位数字代表骨架代号骨架代号；第三位数字为第三位数字为顺序号顺序号，用于区别离子交换树脂树脂中，用于区别离子交换树脂树脂中基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各生产厂自行基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各生产厂自行掌握和制定。掌握和制定。 25v对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面用对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面用“”和一个阿拉伯数字相连，以表示树脂的和一个阿拉伯数字相连，以表示树脂的交联度（质量百分数），而对大孔型树脂，交联度（质量百分数），而对大孔型树脂，则在型号前冠以字母则在型号前冠以字母“D D”。

13、26各类离子交换树脂的具体编号为：各类离子交换树脂的具体编号为： 001001099099 强酸型阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂 100100199199 弱酸型阳离子交换树脂弱酸型阳离子交换树脂 200200299299 强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 300300399399 弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂 400400499499 螯合型离子交换树脂螯合型离子交换树脂 500500599599 两性型离子交换树脂两性型离子交换树脂 600600699699 氧化还原型离子交换树脂氧化还原型离子交换树脂27表：表： 离子交换树脂骨架分类代号离子交换树脂骨架分类代号

14、编号编号骨架分类骨架分类0聚苯乙烯系聚苯乙烯系1聚丙烯酸系聚丙烯酸系2酚醛树脂系酚醛树脂系3环氧树脂系环氧树脂系4聚乙烯吡啶系聚乙烯吡啶系5脲醛树脂系脲醛树脂系6聚氯乙稀系聚氯乙稀系28 例如，例如，D113树脂是水处理应用中用量很大的树脂是水处理应用中用量很大的一种树脂。从命名规定可知，这是一种大孔一种树脂。从命名规定可知，这是一种大孔型弱酸型丙烯酸系阳离子交换树脂；而型弱酸型丙烯酸系阳离子交换树脂；而00110树脂则是指交联度为树脂则是指交联度为10%的强酸型苯的强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂。乙烯系阳离子交换树脂。 29 我国有些生产厂在部颁标准制定前已开始生产我国有些生产厂在部颁标准制定

15、前已开始生产离子交换树脂，它们自己有一套编号，已经为人们离子交换树脂，它们自己有一套编号，已经为人们所熟悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海树所熟悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海树脂厂的脂厂的735树脂，相当于命名规定中的树脂，相当于命名规定中的001树脂；树脂；724树脂相当于命名规定中的树脂相当于命名规定中的110树脂；树脂；717树脂相当于树脂相当于命名规定中的命名规定中的201树脂等等。树脂等等。30 1 1、凝胶型离子交换树脂、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凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部分：括两大部分：合成一种三维网状结构的大合成一种三维网

16、状结构的大分子和连接上离子交换基团分子和连接上离子交换基团。31 具体方法具体方法，可先合成网状结构大分子，然后，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采用带有交换基团的单体聚合成网状结构大分子的方法。的方法。32（1 1）强酸型阳离子交换树脂的制备）强酸型阳离子交换树脂的制备 强酸型阳离子交换树脂绝大多数为强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系聚苯乙烯系骨架骨架，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然

17、后磺化接，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。上交换基团。 由上述反应获得的球状共聚物称为由上述反应获得的球状共聚物称为“白球白球”。将白球洗净干燥后，即可进行连接交换基团的磺化将白球洗净干燥后，即可进行连接交换基团的磺化反应。反应。33 将干燥的白球用将干燥的白球用二氯乙烷二氯乙烷或或四氯乙烷四氯乙烷、甲苯甲苯等有机溶剂溶胀，然后用等有机溶剂溶胀，然后用浓硫酸浓硫酸或或氯磺氯磺酸酸等磺化。通常称磺化后的球状共聚物为等磺化。通常称磺化后的球状共聚物为“黄球黄球”。34H2SO4, C2H4Cl2HSO3Cl, C2H4Cl2SO2HSO3HH2O35 含有含有SO3H交换基团的离

18、子交换树脂称为交换基团的离子交换树脂称为氢氢型阳离子交换树脂型阳离子交换树脂，其中，其中H+为可自由活动的离子。为可自由活动的离子。由于它们的贮存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，由于它们的贮存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，因此常将它们与因此常将它们与NaOH反应而转化为反应而转化为Na型离子交换型离子交换树脂树脂。Na型树脂有较好的贮存稳定性。型树脂有较好的贮存稳定性。36 强酸型阳离子交换树脂的制备实例：强酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将将1 g 1 g BPOBPO（过氧化二苯甲酰）（过氧化二苯甲酰）溶于溶于80 g80 g苯乙苯乙烯烯与与20 g20 g二乙烯基苯二乙烯基苯（纯度（纯度5

19、050）的混合单体中。）的混合单体中。搅拌下加入含有搅拌下加入含有5 g5 g明胶的明胶的500 mL500 mL去离子水中，分去离子水中，分散至所预计的粒度。从散至所预计的粒度。从7070逐步升温至逐步升温至9595，反，反应应8 810 h10 h，得球状共聚物。过滤、水洗后于，得球状共聚物。过滤、水洗后于100100120120下烘干。即成下烘干。即成“白球白球”。37 将将100 g干燥球状共聚物置于干燥球状共聚物置于二氯乙烷二氯乙烷中中溶胀。加入溶胀。加入500 g浓硫酸浓硫酸（98），于），于95100下加热磺化下加热磺化510 h。反应结束后，蒸。反应结束后，蒸去溶剂，过剩的硫酸

20、用水慢慢洗去。然后用去溶剂，过剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用氢氧化钠处理，使之转换成氢氧化钠处理，使之转换成Na型树脂，即得型树脂，即得成品。成品。 这种树脂的交换容量约为这种树脂的交换容量约为5 mmol/g。38（2 2）弱酸型阳离子交换树脂的制备）弱酸型阳离子交换树脂的制备 弱酸型阳离子交换树脂大多为弱酸型阳离子交换树脂大多为聚丙烯酸聚丙烯酸系骨架系骨架，因此可用带有功能基的单体直接聚，因此可用带有功能基的单体直接聚合而成。合而成。39CH2CHCHCOOH+CH2CH2CHCH2CHCH2COOHCHCH2CH其中，其中，COOH即为交换基团。即为交换基团。40 丙烯酸丙烯酸的水溶性较大

21、，聚合不易进行，故常采的水溶性较大，聚合不易进行，故常采用其用其酯类单体酯类单体进行聚合后再进行水解的方法来制备。进行聚合后再进行水解的方法来制备。CH2CCOOCH3+CH2CH2CCH2CHCH2CH3COOCH3CH3CH2CCH2CHCH2COOHCH3NaOHH2O+ CH3OHCHCH2CHCHCH41 弱酸型阳离子交换树脂的制备实例：弱酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将将1 g BPO 溶于溶于90 g 丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯和和10 g 二乙烯二乙烯基苯基苯的混合物中。搅拌下加入含有的混合物中。搅拌下加入含有0.050.1聚聚乙烯醇乙烯醇的的500 mL去离子水中，分散成所需的粒

22、度。去离子水中，分散成所需的粒度。于于60下保温反应下保温反应510 h。反应结束后冷却至室温，。反应结束后冷却至室温，过滤、水洗，于过滤、水洗，于100下干燥。下干燥。42 将经干燥的树脂置于将经干燥的树脂置于2 L浓度为浓度为 l mol/L 的的氢氧化钠乙醇溶液氢氧化钠乙醇溶液中，加热回流约中，加热回流约10 h，然后冷却过滤，用然后冷却过滤，用水和稀盐酸水和稀盐酸洗涤，再用水洗涤，再用水洗涤数次，最后在洗涤数次，最后在100下干燥，即得成品。下干燥，即得成品。43 （3）强碱型阴离子交换树脂的制备）强碱型阴离子交换树脂的制备 强碱型阴离子交换树脂主要以强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基季

23、胺基作为离子作为离子交换基团，以交换基团，以聚苯乙烯作骨架聚苯乙烯作骨架。 制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应。各种胺进行胺基化反应。 苯环可在苯环可在路易氏酸如路易氏酸如ZnCl2，AlCl3，SnCl4等催等催化下，与氯甲醚氯甲基化。化下，与氯甲醚氯甲基化。44C H2C HC H2C H2C HC H3O C H2C lC H2C HC H2C H2C HC H2C l+ C H3O HZ n C l2C HC H 所得的中间产品通常

24、称为所得的中间产品通常称为“氯球氯球”。用氯球可。用氯球可十分容易地进行胺基化反应。十分容易地进行胺基化反应。C H2C HC H2C H2C HC H3O C H2C lC H2C HC H2C H2C HC H2C l+ C H3O HZ n C l2C HC H45CH2ClN(CH3)N(CH3)C2H4OHCH2N+(CH3)3Cl-CH2N+(CH3)2(C2H4OH)Cl-型强碱型阴离子交换树脂型强碱型阴离子交换树脂3246 型与型与型季胺类强碱树脂型季胺类强碱树脂的性质略有不同。的性质略有不同。 型的碱性很强，对型的碱性很强，对OH离子的亲合力小。当用离子的亲合力小。当用NaO

25、H再生时，效率很低，但其耐氧化性和热稳定性较好。再生时，效率很低，但其耐氧化性和热稳定性较好。 型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子的特性，降型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子的特性，降低了胺基的碱性，再生效率提高。但其耐氧化性和热稳定性低了胺基的碱性，再生效率提高。但其耐氧化性和热稳定性相对较差。相对较差。 由于氯甲基化毒性很大，故树脂的生产过程中的劳动保由于氯甲基化毒性很大，故树脂的生产过程中的劳动保护是一重大问题。护是一重大问题。47 （4）弱碱型阴离子交换树脂的制备）弱碱型阴离子交换树脂的制备 用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反应，可用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反

26、应，可得弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程的毒性较大，现得弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程的毒性较大，现在生产中已较少采用这种方法。在生产中已较少采用这种方法。 利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。例如将交联的例如将交联的聚丙烯聚丙烯酸甲酯酸甲酯在在二乙烯基苯或苯乙酮二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，然后在中溶胀，然后在130150下下与与多乙烯多胺多乙烯多胺反应，形成多胺树脂。再用反应，形成多胺树脂。再用甲醛或甲酸甲醛或甲酸进行甲进行甲基化反应，可获得性能良好的叔胺树

27、脂。基化反应，可获得性能良好的叔胺树脂。48CH2CHCH2CH2CHCH2CHCH2CH2CHCHCHNH2(C2H4NH)nHCOOCH3CONH(C2H4NH)nH二乙苯CH2OCONH(C2H4N)nCH3CH3CH2CHCH2CH2CHCH49 2、大孔型离子交换树脂、大孔型离子交换树脂 大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相同。大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相同。重要的大孔型树脂仍以苯乙烯类为主。与离子交换树脂相比，重要的大孔型树脂仍以苯乙烯类为主。与离子交换树脂相比，制备中有两个最大的不同之处：制备中有两个最大的不同之处：一是二乙烯基苯含量大大增一是二乙烯基

28、苯含量大大增加，一般达加，一般达85以上；二是在制备中加入致孔剂以上；二是在制备中加入致孔剂。 致孔剂可分为两大类：一类为致孔剂可分为两大类：一类为聚合物的良溶剂聚合物的良溶剂，又称，又称溶溶胀剂胀剂；另一类为；另一类为聚合物的不良溶剂聚合物的不良溶剂，即，即单体的溶剂，聚合物单体的溶剂，聚合物的沉淀剂的沉淀剂。 50 良溶剂如良溶剂如甲苯甲苯，共聚物的链节在甲苯中伸展。，共聚物的链节在甲苯中伸展。随交联程度提高，共聚物逐渐固化，聚合物和良溶随交联程度提高，共聚物逐渐固化，聚合物和良溶剂开始出现相分离。聚合完成后，抽提去除溶剂，剂开始出现相分离。聚合完成后，抽提去除溶剂，则在聚合物骨架上留下多

29、孔结构。则在聚合物骨架上留下多孔结构。51 不良溶剂如不良溶剂如脂肪醇脂肪醇，它们是单体的溶剂，聚合，它们是单体的溶剂，聚合物的沉淀剂。共聚物分子随聚合的进行逐渐卷缩，物的沉淀剂。共聚物分子随聚合的进行逐渐卷缩，形成细小的分子圆球，圆球之间通过分子链相互缠形成细小的分子圆球，圆球之间通过分子链相互缠结。因此，这种大孔型树脂仿佛是由一簇葡萄状小结。因此，这种大孔型树脂仿佛是由一簇葡萄状小球组成。一般来说，由不良溶剂致孔的大孔型树脂球组成。一般来说，由不良溶剂致孔的大孔型树脂比良溶剂致孔的大孔型树脂有较大的孔径和较小的比良溶剂致孔的大孔型树脂有较大的孔径和较小的比表面积。比表面积。52 通过对两种

30、致孔剂的选择和配合，可以获得各通过对两种致孔剂的选择和配合，可以获得各种规格的大孔型树脂种规格的大孔型树脂。例如。将。例如。将100己烷己烷作致孔作致孔剂，产物的比表面积为剂，产物的比表面积为90m2/g，孔径为，孔径为43nm。而改。而改为为15甲苯和甲苯和85己烷己烷混合物作致孔剂，孔径降至混合物作致孔剂，孔径降至13.5nm，而产物的比表面积提高到，而产物的比表面积提高到171m2/g 。 如果在上述树脂中连接上各种交换基团，就得如果在上述树脂中连接上各种交换基团，就得到各种规格的大孔型离子交换树脂。到各种规格的大孔型离子交换树脂。53（一）树脂的粒度（一）树脂的粒度 目前使用的离子交换

31、树脂基本都是珠目前使用的离子交换树脂基本都是珠状颗粒型。由悬浮聚合得到的大小是不均状颗粒型。由悬浮聚合得到的大小是不均一的。经过筛分后，选取一定粒径范围的一的。经过筛分后，选取一定粒径范围的珠体作为成品。珠体作为成品。54（二）树脂的含水量（二）树脂的含水量 离子交换树脂必须含有足够的水分。离子交换树脂必须含有足够的水分。 水分子的作用水分子的作用: : 一方面可使树脂上的离子化基团和要交换一方面可使树脂上的离子化基团和要交换的化合物分子离子化，以便进行交换的化合物分子离子化，以便进行交换 另一方面水使树脂溶胀，产生凝胶孔。另一方面水使树脂溶胀，产生凝胶孔。 含水量一般为含水量一般为30%-8

32、0%30%-80%。55（三）树脂的交换容量（三）树脂的交换容量 离子交换树脂的交换容量是指单位质离子交换树脂的交换容量是指单位质量或单位体积树脂在一定条件下表现出的量或单位体积树脂在一定条件下表现出的可进行离子交换的离子基团的量。可进行离子交换的离子基团的量。56（四）树脂的离子交换选择性（四）树脂的离子交换选择性 1. 离子交换树脂对价数较高的离子选离子交换树脂对价数较高的离子选 择性较大。择性较大。 2. 对于同价离子，则对离子半径较大的离对于同价离子，则对离子半径较大的离 子选择性较大。子选择性较大。57苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂：苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂：Fe3+Ca2+Na+

33、；Ba2+Ca2+Mg2+；58（五）树脂的机械强度、热稳定性（五）树脂的机械强度、热稳定性 耐压强度是给一粒树脂施加由小到大的压耐压强度是给一粒树脂施加由小到大的压力，直至破碎，能耐受的最大压力。力，直至破碎，能耐受的最大压力。 热稳定性决定了树脂可应用的温度上限。热稳定性决定了树脂可应用的温度上限。 H型强酸性阳离子交换树脂的最高使用温型强酸性阳离子交换树脂的最高使用温度为度为120C，Na型可达型可达150C。59 离子交换树脂的离子交换树脂的作用原理作用原理 离子交换树脂的功能基是可离子化的基团，离子交换树脂的功能基是可离子化的基团，与溶液中的离子可进行可逆的与溶液中的离子可进行可逆的

34、离子交换离子交换。因此，。因此，离子交换树脂是可以再生而重复使用的。离子交换树脂是可以再生而重复使用的。60 离子交换树脂相当于多元酸和多元离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，它们可发生下列三种类型的离子交碱，它们可发生下列三种类型的离子交换反应。换反应。 中和反应中和反应；复分解反应复分解反应；中性盐反应中性盐反应。61RSO3H + NaOHRSO3Na + H2ORCOOH + NaOHRCOONa + H2ORN(CH3)3OH + HCl+ H2ORN(CH3)3ClNHOH + HClRNHClR+ H2O 中和反应：中和反应：62RSO3Na + KClRSO3K + NaCl2R

35、COONa + CaCl2(RCOO)2CaNa + 2NaClRNCl + NaBrRNBr + NaCl2RNH3Cl + Na2SO4(RNH3)2SO4+ 2NaCl复分解反应：复分解反应：63RSO3H + NaClRSO3Na + HClNHOH + NaClRNHClR+ NaOH中性盐反应：中性盐反应：64 从上面的反应可见，从上面的反应可见，所有的阳离子交换树脂和所有的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可进行中和反应和复分解反应阴离子交换树脂均可进行中和反应和复分解反应。仅由于交换功能基团的性质不同，交换能力有所不仅由于交换功能基团的性质不同，交换能力有所不同。同。中性盐反应则

36、仅在强酸型阳离子交换树脂和强中性盐反应则仅在强酸型阳离子交换树脂和强碱型离子交换树脂的反应中发生碱型离子交换树脂的反应中发生。65 所有上述反应均是平衡可逆反应，这正所有上述反应均是平衡可逆反应，这正是离子交换树脂可以再生的本质。只要是离子交换树脂可以再生的本质。只要控制控制溶液的溶液的pHpH值、离子浓度和温度等因素，就可值、离子浓度和温度等因素，就可使反应向逆向进行，达到再生的目的使反应向逆向进行，达到再生的目的。661. 离子交换树脂在水处理中的应用离子交换树脂在水处理中的应用（1）水的软化）水的软化 Na型阳离子交换软水法型阳离子交换软水法 当原水通过当原水通过Na型阳离子交换树脂柱时

37、，水型阳离子交换树脂柱时，水中的中的Ca2+、Mg2+等离子与树脂上的等离子与树脂上的Na+进行交进行交换而保留在树脂上，将换而保留在树脂上，将Ca2+、Mg2+等离子从水等离子从水中除去，使水得到软化。中除去，使水得到软化。67（2）水的脱盐）水的脱盐 离子交换脱盐法的离子交换脱盐法的基本原理基本原理是：含盐原水经过是：含盐原水经过H型型强酸性阳离子交换器时，水中的阳离子与树脂上的强酸性阳离子交换器时，水中的阳离子与树脂上的H+交换，阳离子吸着在树脂上，出水呈酸性，形成的交换，阳离子吸着在树脂上，出水呈酸性，形成的CO2由除碳器除去，酸性水经过由除碳器除去，酸性水经过OH型强碱性阴离子交换器

38、，型强碱性阴离子交换器，发生中和反应，将水中的阴离子吸着与树脂上，从而将发生中和反应，将水中的阴离子吸着与树脂上，从而将水中的盐除去。水中的盐除去。68（3）废水处理）废水处理 强酸性阳离子交换树脂对高价金属离子的强酸性阳离子交换树脂对高价金属离子的选择性比对低价金属离子及选择性比对低价金属离子及H高，因此，能选高，因此，能选择性的吸着重金属离子。择性的吸着重金属离子。69 2. 冶金工业冶金工业 离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属金

39、属的分离、提纯和回收方面，离子交换树脂均起着十分的分离、提纯和回收方面，离子交换树脂均起着十分重要的作用。重要的作用。 离子交换树脂还可用于离子交换树脂还可用于选矿选矿。在矿浆中加入离子交换。在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附树脂可改变矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选择性和选矿效率。所需要的金属，提高浮选剂的选择性和选矿效率。70 3. 原子能工业原子能工业 离子交换树脂在原子能工业上的应用包括离子交换树脂在原子能工业上的应用包括核核燃料的分离、提纯、精制、回收燃料的分离、提纯、精制、回收等。用离子交换等。用离子交换树脂制

40、备高纯水，是核动力用循环、冷却、补给树脂制备高纯水，是核动力用循环、冷却、补给水供应的唯一手段。离子交换树脂还是原子能工水供应的唯一手段。离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。业废水去除放射性污染处理的主要方法。71 4. 海洋资源利用海洋资源利用 利用离子交换树脂，可利用离子交换树脂，可从许多海洋生物（例如从许多海洋生物（例如海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海。在海洋航行和海岛上，用洋航行和海岛上，用离子交换树脂以海水制取淡离子交换树脂以海水制取淡水水是十分经济和方便的。是十分经济和方便的。72 5. 化学工业化学工业 离子交

41、换树脂在化学实验、化工生产上已经和离子交换树脂在化学实验、化工生产上已经和蒸馏、结晶、萃取和过滤蒸馏、结晶、萃取和过滤一样，成为重要的单元一样，成为重要的单元操作，普遍操作，普遍用于多种无机、有机化合物的分离、用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收提纯，浓缩和回收等。等。 离子交换树脂用作化学反应催化剂，可大大提离子交换树脂用作化学反应催化剂，可大大提高催化效率，简化后处理操作，避免设备的腐蚀。高催化效率，简化后处理操作，避免设备的腐蚀。73 离子交换树脂的功能基连接上作为试剂的基团离子交换树脂的功能基连接上作为试剂的基团后，可以当作有机合成的试剂，成为后，可以当作有机合成的试剂，成

42、为高分子试剂，高分子试剂，用来制备许多新的化合物。用来制备许多新的化合物。 强酸型阳离子交换树脂能强酸型阳离子交换树脂能强烈吸水强烈吸水，可用作干，可用作干燥剂，吸收有机溶剂或气体中的水分燥剂，吸收有机溶剂或气体中的水分。74 6. 食品工业食品工业 离子交换树脂在离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品味品等食品加工中都有广泛的应用。特别在酒类生产中，等食品加工中都有广泛的应用。特别在酒类生产中，利用离子交换树脂改进水质、进行酒的脱色、去浑、去除利用离子交换树脂改进水质、进行酒的脱色、去浑、去除酒中的酒石酸、水杨酸等杂质，提高酒的质量。酒类经过酒中的

43、酒石酸、水杨酸等杂质，提高酒的质量。酒类经过离子交换树脂的去铜、锰、铁等离子，可以增加贮存稳定离子交换树脂的去铜、锰、铁等离子，可以增加贮存稳定性。经处理后的酒，香味纯，透明度好，稳定性可靠，是性。经处理后的酒，香味纯，透明度好，稳定性可靠，是各种酒类生产中不可缺少的一项工艺步骤。各种酒类生产中不可缺少的一项工艺步骤。75 7. 环境保护环境保护 离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要应用，已普分离、回收及分析检测上都有重要应用，已普遍用于遍用于电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活污水，影片洗印

44、废水、工业废气污水，影片洗印废水、工业废气等的治理。等的治理。 76 例如影片洗印废水中的银是以例如影片洗印废水中的银是以Ag(SO3)23-等阴离子形式存在的，使用等阴离子形式存在的，使用型强碱性离子型强碱性离子交换树脂处理后，银的回收率可达交换树脂处理后，银的回收率可达90以上，以上，既节约了大量的资金，又使废水达到了排放既节约了大量的资金，又使废水达到了排放标准。标准。77 又如电镀废水中含有大量有毒的金属氰又如电镀废水中含有大量有毒的金属氰化物，如化物，如Fe(CN)63-，Fe(CN)64-等，用抗有机等，用抗有机污染力强的聚丙烯酰胺系阴离子交换树脂处污染力强的聚丙烯酰胺系阴离子交换树脂处理后，可使金属氰化物的含量降至理后，可使金属氰化物的含量降至10ppm以以下。下。