离子交换树脂
离子交换树脂
RSO3Na + HCl
RSO3Na
❖ b.用酸再生：
❖ RSO3Na + HCl
RSO3H + NaCl
❖ 即 H+
Na+
❖
❖ 阴离子交换树脂：
❖ RO－H－N+（CH3）3OH－
RN（CH3）3+ +
❖ R3C－l N+（NCaOHH3）3OH + NaCl
R－N（CH3）
❖ 以三甲胺化的酸性最强，再生稍困难，以二 甲基乙醇胺（CH3）2NC2H4OH等在N—烷基 上引入醇基的胺进行季胺化则酸性多少有所 减弱。
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH2 CH CH2 CH
ClCH2OCH3 ZnCl2
CH2 CH
CH2Cl
N（CH3）3
CH2 CH CH2N+(CH3 )2C2H4O H N(CH3)2C2H4OH
❖ 一般说：加大交联度、减小粒度，机械强度 提高
（2） 交换容量： ❖ 交换容量是表示树脂交换能力大小的量，
常以每克干树脂能交换的离子毫克当量数表示。 ❖ 用途不同，对交换容量要求也不同。
如：用于软化水的树脂，交换容量则以高为好； 而用作催化剂的树脂，交换容量则不宜过高。
❖ 一般说：加大交联度提高了机械强度，同时降低 了交换容量，甚至可失去交换能力。
第二章、离子交换树脂
一、定义和分类 二、离子交换作用 三、合成方法 四、应用
思考题：
❖ 1.什么是离子交换树脂？ ❖ 2.举例说明离子交换树脂的类型。 ❖ 3.写出聚苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂
的合成路线。 ❖ 4.说明离子交换树脂的离子交换机理。 ❖ 5.评价离子交换树脂的性能指标有哪些？ ❖ 6. 说明离子交换树脂的用途。
离子交换树脂的种类
离子交换树脂的种类
一、强酸型树脂：
1.高强度硫酸型树脂：这是最常见的一种离子交换树脂，其含有大量的硫酸基团（-SO3H），用于去除水中的碱性金属离子和硝酸盐。
2.高强度氯酸型树脂：这类树脂中含有氯酸基团（-COOH），广泛应用于氯离子和硝酸盐的去除。
二、弱酸型树脂：
1.丙烯酸型树脂：这类树脂含有丙烯酸基团（-COONa），适用于去除水中的钙、镁离子。
2.磷酸型树脂：这类树脂含有磷酸基团（-PO3H2），能够去除水中的钙、镁离子和铁离子。
三、强碱型树脂：
1.强碱型丙烯酸树脂：这类树脂含有胺基团（-NR3），适用于去除水中的酸性离子（如硫酸根离子）。
2.纤维素型强碱型树脂：这类树脂适用于去除水中的有机物、色素和重金属离子。
四、弱碱型树脂：
1.弱碱型丙烯酸树脂：这类树脂含有氨基团（-NH2），能够去除水中的酸性离子和重金属离子。
2.氨基型树脂：这类树脂含有氨基团（-NH2），用于水处理中的去除和回收硫酸铵。
此外，根据交换基团的不同，离子交换树脂还可分为单质离子交换树脂和复质离子交换树脂。
其中，单质离子交换树脂是指只含有一种交换基团，而复质离子交换树脂则含有两种或两种以上的交换基团。
综上所述，离子交换树脂的种类繁多，根据不同的应用领域和水质需要选择适用的树脂类型，以达到最佳的净化和分离效果。
离子交换树脂标准
离子交换树脂标准一、引言离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、医药、食品等领域的重要材料。
其标准规格和质量对于保证生产和使用过程的安全、稳定、高效具有重要意义。
本文将从离子交换树脂的分类、标准规格、检测方法等方面进行探讨。
二、离子交换树脂的分类离子交换树脂按照不同的分类方式有多种类型。
按照所处理溶液的性质和要求，可以分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
阳离子交换树脂主要用于去除溶液中的阳离子，如钙、镁、钠等；阴离子交换树脂则主要用于去除溶液中的阴离子，如氯、硫酸根等。
此外，按照使用环境和目的的不同，还可以分为工业级离子交换树脂和食品级离子交换树脂等。
三、离子交换树脂的标准规格1.外观：离子交换树脂应为颗粒状，颜色均匀，无杂质和碎屑。
2.粒度：离子交换树脂的粒度应符合相关标准，以保证其吸附和脱附性能。
3.含水量：离子交换树脂的含水量应控制在一定范围内，以保证其稳定性和使用寿命。
4.交联度：交联度是离子交换树脂的重要参数，它决定了树脂的机械强度和稳定性。
5.密度：密度是离子交换树脂的一个重要指标，它反映了树脂的纯度和质量。
6.酸碱性：离子交换树脂的酸碱性应符合相关标准，以保证其在使用过程中的稳定性和安全性。
7.抗污染性：离子交换树脂应具有良好的抗污染性，以保证其在长期使用过程中不会受到污染。
8.再生性能：离子交换树脂应具有良好的再生性能，以保证其在多次使用过程中的性能稳定。
9.机械强度：离子交换树脂应具有一定的机械强度，以保证其在运输和使用过程中的稳定性。
10.化学稳定性：离子交换树脂应具有良好的化学稳定性，以保证其在不同pH值和温度条件下的稳定性。
四、离子交换树脂的检测方法1.外观检测：通过观察离子交换树脂的颜色、颗粒大小和形状等外观特征，可以初步判断其质量。
2.粒度检测：通过测量离子交换树脂的粒度分布，可以评估其吸附和脱附性能。
3.含水量检测：通过测量离子交换树脂的含水量，可以评估其稳定性和使用寿命。
离子交换树脂基础知识
压缩空气的压力：0.1~0.15MPa 压缩空气的流量：2~3Nm3/(m2·s) 混合时间：30~60s
离子交换树脂基础知识
水处理专业学习笔记
离子交换树脂的结构
二乙烯苯将苯乙烯单体聚合而成 的线型高分子交联起来，搭接成 一个立体型的高分子化合物，不 溶于水的球状固体（树脂）。
苯乙烯和二乙烯苯聚合成的网状 聚合物树脂，是透明或半透明的 凝胶状结构。
离子交换树脂的双电层结构
由内层的带负电荷的固定离子和 外层的带正电荷的可交换离子组 成了“双电层结构”。
强酸阳树脂Na型
可以独立使用 用Na+置换水中的Ca2+、Mg2+ 去除了钙、镁的碳酸盐硬度和永久硬度 离子交换之后，水中阴离子成分不改变，水的碱度不改变 使用NaCl溶液再生
弱酸阳树脂H型
不独立使用 用H+置换水中的Ca2+、Mg2+ 去除了钙、镁的碳酸盐硬度，不能去除永久硬度 对于中性盐没有交换能力 离子交换之后，水的碱度降低，碳酸盐硬度降低，出水微酸，有CO2 使用HCl溶液再生
H-Na软化降碱
弱酸阳树脂H型+强酸阳树脂Na型
强酸阳树脂H型
不独立使用 用H+置换水中所有阳离子 离子交换后，中性溶解盐都转变成了相应的强酸，出水酸性 离子交换后，碳酸盐转变成了碳酸 使用HCl溶液再生
强碱阴树脂OH型
不独立使用 用OH-置换水中所有阴离子 离子交换后，溶液呈碱性 使用NaOH溶液再生
树脂的交换
磺酸型强酸性阳树脂（R-Na+的亲合力大于H+ 完全交换后的树脂为R-SO3Na 交换后的溶液呈酸性
离子交换树脂简介
dq / dt D c1 c2 /
影响离子交换扩散速度的因素 1.树脂的交联度越大，网孔越小，则内扩散越慢。 2.树脂颗粒越小，由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表 面积增大，使扩散速度越快。 3.溶液离子浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度越大， 扩散速度越快。 4.提高水温能使离子的动能增加，水的粘度减小，液膜 变薄，这些都有利于离子扩散。 5.交换过程中的搅拌或流速提高，使液膜变薄，能加快 液膜扩散，但不影响内孔扩散。 6.被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大，内孔扩 散速度越慢。
化学性能
（一）有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水 的pH值势必对其交换容量产生影响。
表 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型 有效pH值范围 强酸性 0~14 弱酸性 4~14 强碱性 0~14 弱碱性 0~7
化学性能
(二) 交换容量 单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表 示法)可发生交换的活性基团数量。 容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 Ew = Ev ×[湿比重×(1-含水率)] 全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。 工作交换容量： 在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层 达到的平均交换容量。
3.1按交换基团的性质分类
单功能机
强酸：-SO3H,-CH2SO3H 中强酸：-PO(OH)2，-SeO2(OH) 弱酸：-COOH 磺酸加羧酸：-SO3H+-COOH 磺酸加酚：-SO3H+PhOH 磺酸加酚加羧酸 羧酸加酚 第I型，季胺-(CH)3N+Cl强碱 第II型，季胺-(CH)2N+(CH2CH2OH)Cl第一胺：-NH2 第二胺：-NRH 第三胺：-NR2 巯基：
第1章-离子交换树脂方案
强酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将1 g BPO溶于80 g苯乙烯与20 g二乙烯基苯（纯
度50％）的混合单体中。搅拌下加入含有5 g明胶的 500 mL去离子水中，分散至所预计的粒度。从70℃逐 步升温至95℃，反应8～10 h，得球状共聚物。过滤、 水洗后于100～120℃下烘干。即成“白球”。
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH3OCH2Cl ZnCl2
CH2 CH CH2 CH
+ CH3OH
CH2 CH
CH2Cl
所得的中间产品通常称为“氯球”。用氯球可十 分
容易地进行胺基化反应。
N(CH3)
CH2Cl
N(CH3)C2H4OH
Ⅰ型强碱型阴离子交换树脂 CH2N+(CH3)3Cl-
图1—1 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图
从图中可见，树脂由三部分组成：三维空间结构 的网络骨架；骨架上连接的可离子化的功能基团；功 能基团上吸附的可交换的离子。
强酸型阳离子交换树脂的功能基团是—SO3-H+， 它可解离出H+，而H+可与周围的外来离子互相交换。 功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由 它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子 互相交换。这种能自由移动的离子称为可交换离子。
度 （质量百分数），而对大孔型树脂，则在型号前冠以 字母“D”。
各类离子交换树脂的具体编号为： 001—099 强酸型阳离子交换树脂 100—199 弱酸型阳离子交换树脂 200—299 强碱型阴离子交换树脂 300—399 弱碱型阴离子交换树脂 400—499 螯合型离子交换树脂 500—599 两性型离子交换树脂 600—699 氧化还原型离子交换树脂
类中属酸性的，在基本名称前加“阳”字；凡分类中 属
使用离子交换树脂需要注意的事项
使用离子交换树脂需要注意的事项离子交换树脂是一种常用的固相吸附材料，广泛应用于水处理、药品制造、食品加工和化工等领域。
使用离子交换树脂需要注意下列事项。
1.选择合适的树脂类型：根据所需处理物质的性质选择合适的离子交换树脂类型。
不同的树脂具有不同的官能团和交换容量，需要仔细考虑。
2.树脂的预处理：新购买的离子交换树脂需要进行预处理，一般包括浸泡、反洗和再生等步骤。
具体步骤可根据树脂生产厂商提供的说明进行操作。
3.树脂的饱和度：离子交换树脂在使用过程中会渐渐饱和，需要进行再生处理或更换新的树脂。
及时检测和处理饱和的树脂，确保处理效果的稳定性。
4.树脂的亲水性：离子交换树脂的的亲水性会影响树脂的水解和使用寿命，需要根据具体应用情况选择亲水性较好的树脂。
5.树脂的水解问题：离子交换树脂如果具有较强的水解性，使用过程中可能会导致树脂颗粒溶解并释放有害物质。
因此，在选择树脂时需要了解其水解性，并尽量选择水解性较小的树脂。
6.树脂的灌注和控制流速：灌注离子交换树脂时需要注意控制流速，以避免对树脂结构的损伤。
7.树脂的反洗和再生：离子交换树脂在使用一段时间后，会出现附着有机物和无机盐等物质的情况，需要进行适当的反洗和再生。
反洗和再生的方法和步骤可以根据树脂类型和使用情况进行调整。
8.树脂的保存：长时间不使用的树脂需要进行保存，以免受潮、氧化或污染。
保存树脂时，应该尽量避免接触可以引起污染的物质，并保持干燥。
9.树脂的安全操作：在使用离子交换树脂过程中，需要遵守操作规范，戴好手套、护目镜等个人防护装备，避免接触皮肤和吸入树脂粉尘。
如果不慎接触到树脂，应及时用大量清水冲洗，必要时寻求医疗救助。
综上所述，使用离子交换树脂需要注意树脂类型选择、预处理、饱和度监测、树脂亲水性和水解性、灌注和流速控制、反洗和再生操作、树脂的保存和废弃物处理等事项。
只有重视这些注意事项，才能更好地应用离子交换树脂，提高其使用效果。
离子交换树脂概述
2
强碱性 2
3
弱碱性 3
4
螯合性 4
5
两性 5 脲醛系
6
氧化还原 6 氯乙烯系
骨架类型 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系
例如：001×7——(凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 。 110×4——(凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4。 D201——大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。
基本概念
发展史
1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象；
1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系； 1935年人工合成了离子交换树脂；
1940年应用于工业生产；
1951年我国开始合成树脂。
基本概念
离子交换树脂的构成
离子交换树脂是一种不溶于酸碱和有机溶剂的网状
离子交换树脂概述
基本概念
概念
概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的 待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在 树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上 洗脱下来，达到分离的目的。 和其它吸附过程相比： 主要吸附水中离子态物质 交换剂的离子和水中离子进行等当量的交换
基本概念
水质软化
Na离子交换软化系统 2 R—Na+Ca (HCO3)2=R2—Ca+ 2NaHCO3
2R—Na+CaSO4= R2—Ca + Na2SO4
2 R—Na+MgCl2 = R2—Mg + 2NaCl2
蛋白质提取
实验室分离用
蛋白质提取
平衡 上样吸附 洗脱 再生
基本概念
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吸附树脂:的性能非常突出，主要是吸附量大，容易洗脱，有一定的选择性，强度好，可以重复使用。
以下几种合成路线在学术上和技术上都是很有价值的：
以非良溶剂为致孔剂，由烯烃进行悬浮聚合，可得到非极性或极性吸附树脂。
这种树脂的孔径较大，孔表面积较小；以良溶剂为致孔剂，由烯烃进行悬浮聚合，得到的吸附树脂比表面积较大，但孔径较小；以良溶剂和非良溶剂为混合致孔剂，用悬浮聚合法制备的吸附树脂的孔径和比表面积介于前两种之间，并且树脂孔结构参数可用两种溶剂的种类和比例进行调节。
在非极性吸附树脂的孔表面上引入解离性或非解离性功能基，可制得具有特殊功能的高选择性吸附树脂。
通过付氏反应将聚苯乙烯进行后交联，可使凝胶型聚合物转化成超高交联树脂，其比表面积可高达1300m2／g。
还可以控制其孔径，使其成为具有筛分作用的双功能吸附树脂。
离子交换树脂均属凝胶型，干时无孔，但在水中可以溶胀。