离子交换树脂).docx

摘要纠错编辑摘要离子交换树脂常用于原水处理的有钠型阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，全名称由分类名 称、骨架（或基因）名称、基本名称构成根据树脂的酸碱性分，属酸性的在名称前加“阳”， 强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂使用，就叫做“钠型阳离子交换树脂” 属碱性的在名称前加“阴”离子交换树脂-离子交换树脂离子交换树脂-正文一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，加热不熔，也不溶解于任何介质，能同溶液里的离子起交换反应离子交换反应与无机化学的置换或复分解反应类似，如硫酸钠与硝 酸钡的化学反应：许曲珂［尙叩）W mf （lr.疋介叮产｝所差异的只是，无机化学的复分解反应一般是均相反应，而在离子交换树脂上进行的反应是 非均相反应最主要的离子交换反应有：① 阳离子交换树脂的交换反应：ds2=甲 d,R 为高分子强酸基，如结构式 a、 b② 阴离子交换树脂的交换反应：R 为高分子强碱基，如结构式 c简史 离子交换树脂开始出现于1935年，当时，英国人B.A•亚当斯和E.L.霍姆斯发现，苯酚磺酸－甲醛逐步聚合物能够交换阳离子,其后,又发现间苯二胺与甲醛的聚合物具有 交换阴离子的性能 1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和化学品公司先后开始 工业生产，并分别以Wofatit和Amberlite作为商品名。

1944年美国人G.F.达莱利奥合成 了苯乙烯系离子交换树脂第二次世界大战期间，在德国,Wofatit除用于水的精制外，还 从人造丝工厂废液中回收铜氨，从照像废液中回收银在这期间，美国将离子交换树脂用于 从贫铀矿中提取铀及用于核裂变生成物、超铀元素、稀土元素的分离战后，离子交换树脂 的合成和应用进一步得到发展，在水纯化领域中，采用混合床脱盐法，制得了电阻率为1800 万欧•厘米的高纯水50年代以后，开展了膜状离子交换树脂的研究开辟了电化学的新领 域 60 年代初期,为适应尖端科学的发展，又研制出耐压、耐磨、高交换速度、能交换或吸着高分子量化合物（如水里的腐植酸）的大孔离子交换树脂在选择分离稀有金属、贵重金属， 环境保护，医药，仿生高分子，选择性膜，金属络合催化等方面都有了广泛的应用70年 代以后，又出现了各种大孔吸附树脂及特种树脂分类 离子交换树脂根据外观形状及物理性质（孔度、孔度分布、比表面、孔径等） 分为凝胶、大孔和离子交换膜等根据用途有选择交换用、脱色用、吸着用、电子交换（氧 化还原）用等根据母体的化学结构可分为苯乙烯系列、丙烯酸系列、酚醛类系列等根据 离子交换树脂中活性基团的性质可分为：强酸性的、中等酸性的、弱酸性的;强碱性的、中 等碱性的、弱碱性的;氧化还原性的。

含有酸性基团的离子交换树脂，能同溶液里的阳离子 起交换反应，称为阳离子交换树脂；含有碱性基团的离子交换树脂，能交换溶液里的阴离子， 称为阴离子交换树脂；含氧化还原基团的离子交换树脂，能与溶液里的还原剂或氧化剂起反 应，称为电子交换树脂；同时含酸性和碱性基团的称为两性树脂，因为它在溶液里能与碱或 酸作用若树脂与溶液里的高价阳离子作用后，能形成钳环形的络合物，则称为螯合树脂合成 离子交换树脂的合成过程见图离子交换树脂性质 离子交换树脂商品一般是制成直径为0.4〜0.6毫米的球状颗粒；在水中能溶 胀,但不溶于任何溶剂，加热不熔① 强酸性树脂 它的酸性接近硫酸，能与盐发生复分解作用，在任何pH的溶液里都能 使用② 中等酸性树脂 这类树脂的酸性接近磷酸，能与高价金属盐发生不同程度的交换作 用③ 弱酸性树脂 这类树脂的化学性质与乙酸相似，酸性比较弱，不易与盐类起交换作用； 但在碱性溶液里，能与多价金属离子发生复分解作用，对二价金属离子如铜、钴、镍、锌 汞等有较高的结合力在使用时，要考虑它的盐型能起水解作用最高使用温度在120°C左 右，容易为强酸再生④ 强碱性树脂（含季铵碱基）这类树脂的碱性相当于苛性碱，能除去水溶液里很弱的酸如硼酸、硅酸、碳酸、低分子量的有机酸等。

这类树脂的羟基与氮原子结合能力很弱，故易与金属盐起复分解作用，形成碱性很强的溶液羟型树脂对热不稳定，若为强碱I型树脂（见 结构式a）,使用温度不能超过60°C;若为II型树脂（b）,不能超过40°C因此，这类树脂不使 用时，一般以氯型保存，不能以羟型保存强碱性树脂可以在任何pH溶液里进行交换⑤ 弱碱性树脂 弱碱性树脂的化学性质与铵相似，呈弱碱性，能吸着水溶液里的酸而形 成盐，其盐型在水溶液中发生水解树脂与强酸和高价酸结合力强，对氧和热的稳定性差影响离子交换反应的因素 离子交换反应主要发生在树脂内部在离子交换反应前， 溶液里的反应物必须能扩散进树脂内部扩散速率与树脂体上毛细孔大小有关，而毛细孔的 大小，与合成时加入的交联剂的量有关交联剂用量少的, 树脂的交联度小, 毛细孔孔径就大， 反应物就容易扩散进去；交联剂用量多的，树脂的交联度大，毛细孔孔径就小，反应物就不 容易进去因此，往往利用交联度不同的树脂，将分子量不同的化合物分开另外，溶液里的离子浓度与树脂的交换量也是影响反应物扩散进树脂内部的因素之一 若溶液里的离子浓度比较高，而树脂的交换量又比较小时，则离子很易扩散进树脂内部进行 交换；反之，若溶液里的离子浓度较小，树脂的交换量又高,溶液里的离子不易扩散进去, 故交换反应不能进行，因而去除溶液里少量离子是困难的。

应用 ①用于水处理的量很大，占离子交换树脂的产量的90%以上（见彩图）离子交换树脂工业用水里存在钙、镁、两价和三价的铁离子，易使管道和锅炉结垢除去这些金属离子的 过程，称为水的软化早期水的软化是使用沸石及磺化煤，现多用聚苯乙烯磺酸型离子交换 树脂用于原子能、半导体、电子工业、高温高压锅炉的水，要求高质量的无离子水采用 离子交换树脂混合床法可使水去离子化，即将氢型强酸树脂与羟型强碱树脂混合均匀后放入 一交换柱内，通过交换柱出来的水，仅含0.006ppm的离子性溶质（水的电阻率为1.8X107 欧•厘米），此纯度相当于用石英容器重蒸馏28次所获得的水② 从贫铀矿里将铀分离、浓缩、提纯和回收，分离和提纯稀土元素和贵金属，回收电镀 溶液中的铬及人造丝废液中的铜等③ 用于医学和医药上的回收、分离和提纯，如抗生素、氨基酸及生物碱的分离提纯，用 量相当大④ 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⑤ 用于分析化学，例如水中离子浓度的分析、稀土分析、生化分离，以及月球上痕量物 质的分析等。

⑥ 用于糖、生物制品、甘油、酒等的脱色⑦ 去除电镀废液里的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质，如苯酚及其衍生物等⑧ 用于外消旋物的拆分、固相合成，以及作为化学试剂等参考书目R. Kunin， Ion-Exchange Resins，2nd ed.,R.E.Krieger,New York, 1973.F.Hellfferich， Ion Exchange，McGraw-Hill, NewYork,1962.一、离子交换树脂基础介绍离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称组成孔隙结构分 凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”分类属 酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”如：大孔强酸性苯乙烯系 阳离子交换树脂离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂树脂中化学 活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大 类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换阳离子树脂又分为强酸性和弱酸 性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 （或再分出中强酸和中强碱性类）离子交换树脂的命名方式： 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字 代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。

第一、第二位数字 的意义，见表 8-1表 8-1 树脂型号中的一、二位数字的意义代号 0 1 2 3 4 5 6分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螫合性 两性 氧化还原性骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 醋酸系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“X”号连接阿拉伯 数字表示如D011X7，表示大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其交联度为7离子交换树脂在国内外都有很多制造厂家和很多品种国内制造厂有数十家，主要的有 上海树脂有限公司、南开化工厂、浙江争光实业股份有限公司、晨光化工研究院树脂厂、江 苏色可赛思树脂有限公司等；国外较著名的如美国 Rohm & Hass 公司生产的 Amberlite 系列、 Success公司生产Ionresin系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国Duoli te系列和Asm it 系列、日本的Diaion系列，还有Ionac系列、Allassion系列等树脂的牌号多数由各制 造厂或所在国自行规定国外一些产品用字母C代表阳离子树脂（C为cat ion的第一个字 母），A代表阴离子树脂（A为Anion的第一个字母），如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树 脂和阴树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。

我国化工部规定（HG2-884-76）,离子交换树脂的 型号由三位阿拉伯数字组成第一位数字代表产品的分类：0 代表强酸性， 1代表弱酸性， 2代表强碱性， 3代表弱碱性， 4代表螯合性， 5代表两性， 6代表氧化还原第二位数字代 表不同的骨架结构：0代表苯乙烯系， 1代表丙烯酸系， 2代表酚醛系， 3代表环氧系等第 三位数字为顺序号，用以区别基体、交联基等的差异此外大孔型树脂在数字前加字母D 因此， D001 是大孔强酸性苯乙烯系树脂二、离子交换树脂的基本类型（1） 强酸性阳离子树脂这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基一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树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进 行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用如上述的阳离子树脂是用强酸进行再 生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成2） 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）起作用这类树脂亦是用酸进行再生（比强酸 性树脂较易再生）3） 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）一NR3OH（R为碳氢基团），能在水 中离解出0H—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下都能正常工作它用强碱（如NaOH）进行再生4） 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—。