离子交换树脂基础知识

骨架代号

分类代号

大孔型代号

图1 离子交换树脂型号图解

D 1 1 3

顺序号

骨架代号 、丙烯酸系

分类代号 、弱酸性

大孔型代号

五、离子交换树脂的作用原理

离子交换树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似，例如 NaCL + AgNO3 AgCL + Na NO3

这个反应可以看作是银离子交换了氯化钠中的钠离子。利用固载在聚合物骨架上的功能基所带的可交换的离子在水溶液中能发生离解，如磺酸树脂上可离解出氢离子，这种离子可在较大的范围内自由移动，扩散到溶液中。同时，在溶液中的同类型离子，如钠离子，也能从溶液中扩散到聚合物网络和孔内。当这两种离子的浓度差较大时，就产生一种交换的推动力使他们之间发生交换作用，浓度差越大，交换速度越快。利用这种浓度差的推动力关系使树脂上可交换离子发生可逆交换反应，如，当溶液中的钠离子浓度较大时，就可把磺酸树脂上的氢离子交换下来。当全部氢离子被钠离子交换后，这时就称

树脂为钠离子所饱和。然后，如果把溶液变为浓度较高的酸时，溶液中的氢离子又能把树脂上的钠离子置换下来，这时树脂就“再生”为H+型。通过这种可逆交换作用原理，加上树脂上固载的功能基对不同离子具有不同的亲和性，使离子交换树脂能应用于离子的分离、置换、浓缩、杂质的去除和催化反应等。

阴离子交换树脂骨架上带的是各种碱性不同的功能基（RN(CH3)3OH、RN(CH3)2HOH、RNH2HOH），能离解出与溶液里的阴离子进行交换的阴离子（OH-）。交换以后，用强碱，如氢氧化钠水溶液（5%）再生，反复使用，但由于胺基容易氧化降解，使用寿命比阳树脂稍短。它的作用原理与阳树脂相似，可用方程表示如下：

ROH + NaCL RCL + Na OH

根据阴、阳离子交换树脂的作用原理，可将两种树脂配合使用，就可以把溶液里的离子几乎全部交换出来。

RH + NaCL + R’OH RNa + R’ CL + H2O 六、离子交换树脂的应用概述 1、水处理

用于水处理的量很大，占离子交换树脂的产量的90%以上。工业用水里存在两价的钙、镁离子和三价的铁离子，易使管道及锅炉结垢，出去这些金属离子的过程，称为水的软化。早期水的软化是使用沸石及磺化煤。现在多用聚苯乙烯-二乙烯苯磺化阳离子交换树脂，它在除去锅炉进料水的阳离子方面，具有稳定、高效率与高交换能力的优点。强碱性季胺阴离子交换树脂是第一个能除去含硅化物的离子交换树脂，它的发展使得水处理原先普遍使

用的蒸馏法迅速被离子交换树脂所取代。在阴、阳离子树脂发展成功后，在单一离子交换塔内同时使用阴、阳离子树脂的研究，获得混床式处理方法的出现，这个特殊的处理方法可以完全除去水中存在的离子。采用混床技术，不仅可以大幅度提高纯水的品质，同时锅炉进水流量也大大提高。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。使用离子交换树脂可制得超纯水，可以大幅度提高微小晶片的收率。 2、食品工业

离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃取淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖和果糖，而后再经离子交换处理，可以生产高果糖浆。在葡萄糖转化成果糖的过程中，离子交换树脂可以成功地转化糖溶液完全去离子化。离子交换树脂应用在高果糖浆生产的消耗量仅次于水处理行业。 3、制药工业

离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要的作用。链霉素的开发成功即使突出的例子。羧酸性阳离子交换树脂不仅可从高浓度发酵液中吸附链霉素，同时可以去除杂质。因此可以说，离子交换树脂对高纯度抗菌素的大量生产是有很大贡献的。 4、合成化学和石油化学工业

在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、醇醛缩合、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环

境，反应容易控制等。大孔网状结构的强酸性离子交换树脂可应用于石油化学工业中非水溶液体系催化剂。 5、环境保护

离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前许多水溶液或非水溶液中含有的有毒离子或非离子物质已可用树脂进行回收使用。如除去电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质，除去废水中的苯酚及其衍生物以及农药废水的处理等。 6、湿法冶金及其他

离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提炼铀及提取稀土金属和贵金属。

离子交换树脂已广泛用于水中痕量离子的富集和分析，以及生化物质的分离、分析等。配体交换树脂作为层析固定相，用于外消璇物的拆分。 七、离子交换树脂的合成

目前实际使用的离子交换树脂几乎都是具有一定程度的球形交联共聚物。优良的离子交换树脂应该具有以下特点：

1、 有一定的、比较均匀的粒度和规整的外形。 2、 有较高的交换容量。 3、 有较快的离子交换速度。 4、 有较好的化学稳定性和热稳定性。 5、 有较好的机械强度和抗摩擦性能。 6、 有较好的抗有机物污染性能和再生性能。

离子交换树脂的合成在方法上可分为加聚型和缩聚型。目前用量最