离子交换树脂介绍
离子交换树脂
3、再生 再生是使用过程中的一个重要步骤，是评价离子 交换树脂的一个重要指标。再生容易好，再生速率 快好。 离子交换树脂的交换过程和再生过程是可逆反应。 以强酸型离子离子交换树脂R-SO3H为例(R为树脂 母体)，存在如下的可逆反应：
离子交换树脂评价指标 机械强度----好 交换容量----适当 交换速度----快 再生速率3 )2
OC2H5
CH2
CH
CH2
CH
CH2 CH C O HNCH2CH2CH2N(CH3)2
CH2
CH
离子交换树脂广泛运用于水处理、食品工业、 合成化学合石油化学工业、环境保护、海洋资源利 用湿法冶金、制药行业等。
抗生素是一类天然抗菌、抗病毒药物, 其分子 中往往含有多种化学集团, 在强酸或强碱条件下 容易发生化学变化, 导致药理活性丧失。提取分 离抗生素所用的离子交换树脂主要为弱酸性阳离 子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂，一般选择 大孔吸附树脂。
20世纪60年代后期，在离子交换树脂发 展的基础上，产生并发展了一些很重要的 功能高分子分支学科，例如吸附树脂、螯 合树脂、高分子催化剂、高分子试剂等。
何炳林：我国“离子交换树脂之父”
广东番禺人，中国科学院院士，南开大学 教授，著名高分子化学家和化学教育家，长期 从事教育工作，为国家培养了大批高分子化学 科技人才，并在功能高分子的研究方面做出了 贡献。 何炳林是中国的离子交换树脂工业的开创者， 发明了大孔离子交换树脂，并对其结构与性能 进行了系统研究。
研究发现，在使苯乙烯、二乙烯苯进行 悬浮共聚时，在共聚单体中加入惰性有机 溶剂或线性聚合物等致孔剂，聚合结束后 再把致孔剂提取出来，得到了多孔性的共 聚物。把这种共聚物进一步制成离子交换 树脂，发现其离子交换速度加快，机械强 度增大，稳定性增强。
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 载量
离子交换树脂载量摘要：1.离子交换树脂的概述2.离子交换树脂的分类与特点3.离子交换树脂的应用领域4.离子交换树脂的载量及其影响因素5.如何选择和使用离子交换树脂6.离子交换树脂的再生与维护正文：离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、冶金、食品、制革、制药等领域的材料。
它通过选择、交换、吸附和催化反应，实现净化水、脱盐、脱色、分离、精制等目的。
离子交换树脂主要分为阳离子树脂和阴离子树脂。
阳离子树脂由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成，带有磺酸基团，具有良好的交换容量和交换速度。
阴离子树脂则是在苯乙烯-二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基团的离子交换树脂，具有高交换容量和快速交换的特点。
离子交换树脂的载量是指树脂中可交换离子的数量，它受到树脂的物理和化学性质、制备工艺、再生方式等因素的影响。
一般来说，载量越高，树脂的性能越好。
但载量并非唯一决定树脂性能的因素，还需考虑树脂的交换速度、机械强度、耐热性等指标。
在使用离子交换树脂时，应根据实际需求选择合适的树脂类型和规格。
对于水处理行业，通常选择强酸性和弱酸性离子交换树脂；在化工领域，可根据需要选择特定功能的离子交换树脂。
此外，在使用过程中，要定期检查树脂的性能，如发现性能下降，应及时进行再生处理。
离子交换树脂的再生主要有两种方法：一种是化学再生，使用酸或碱溶液对树脂进行处理，使其恢复交换能力；另一种是物理再生，通过加热、搅拌、洗涤等方式去除树脂上的吸附物，恢复其交换能力。
无论哪种方法，都需要注意再生剂的浓度、温度、时间等条件，以保证再生效果。
总之，离子交换树脂是一种重要的新型材料，其选择、使用和再生均需要专业知识。
离子交换树脂介绍
（3）防止树脂污染：树脂储存时，应避免和铁容器、强氧化剂、油类、有机溶剂接触，以防止树脂被污染或被氧化降解。此外，还要防止树脂被挤压、摩擦、以防树脂破碎。
离子交换树脂的污染和复苏
1）铁污染 ：是因为水源水、再生剂含铁过高＞0.3毫克/升或钢制水处理器防腐不良造成的。被铁污染的树脂，颜色明显变深、变暗、甚至可以呈暗红褐色或黑色，另外，树脂强度变低，产水量明显减少，再生困难。钠型树脂被铁污染后，可用10%的盐酸去再生树脂，即先用动态法进行酸再生处理，最后再用其盐酸溶液浸泡树脂5-8小时，经清洗后，以10%的食盐水按再生的要求去再生树脂，然后清洗至氯根合格。
3 湿真密度（20℃） 1.06-1.11 1.06-1.11
4 湿视密度（克/毫升） 0.65-0.75 0.65-0.75
5 耐磨ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（%） ≥95.0 ≥90.0
6 粒度0.3-1.2毫米（%） ≥95 ≥95
★外观：淡黄至金黄色球状颗粒。出厂型号：氯型 ★树脂的粒度是指树脂以出厂交换基团的型式，在水中充分膨胀的球形颗粒直径。 目前国内外树脂的粒度一般为0.3-1.2毫米（16-50目）。、 N1 f# C# u9 D
★湿真密度是树脂的重量与其占有的体积（不包括树脂间的空隙）之比，它影响树 脂在水中的沉积性能，一般在1.20-1.30克/立方厘米 ，阳树脂的湿真密度 通常要比同系列的阴树脂大。
★湿视密度是指树脂在工作状态下的堆积密度，即单位体积含有的树脂重量。
$
湿视密度＝湿树脂重量（克）/湿树脂体积（毫升）
2）活性余氯污染：当自来水做水源水时，如残留的余氯过高＞0.5毫克/升时，就会造成树脂结构的破坏。此时，树脂颜色明显透明度增加，体积增大，树脂强度很快急骤下降，导致树脂破碎，但是树脂的交换容量初期并不降低。这种污染是不可逆转的，被活性余氯污染严重的树脂，将全部报废。预防措施：在交换器前设置活性炭装置，或向自来水中投放亚硫酸钠，去除水中余氯。
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：
什么是离子交换树脂-它有哪些主要性能
什么是离子交换树脂?它有哪些主要性能?
离子交换树脂是一类带有功能基团、网状结构的高分子化合物，主要由单体、交联剂和交换基团组成。
树脂的内部结构可以分为三部分∶高分子骨架、离子交换基团和空穴，其中离子交换基团分为固定部分和活动部分。
交换基团中的固定部分被束缚在高分子骨架上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团中的活动部分是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。
反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定的条件下，能与符号相同的其他反离子发生交换反应。
离子交换树脂的主要性能分为物理性质和化学性质两大类，物理性质主要有粒径、含水率、密度、机械强度、溶胀性、溶解性和导电性等；化学性质主要有交换容量、酸碱适应性、离子选择性、离子交换速度、热稳定性、抗氧化性等。
离子交换树脂的类型及作用机理
离子交换树脂的类型及作用机理离子交换树脂是一种常用的固相萃取材料，广泛应用于水处理、制药、食品加工、化学分析等领域。
离子交换树脂根据其功能和结构特点，可以分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
1. 阴离子交换树脂：阴离子交换树脂通常具有正电荷的功能基团，如胺基或季铵基团。
它们能够吸附和交换阴离子，如硝酸根、氯离子、磷酸根等。
常见的阴离子交换树脂有强碱性树脂和弱碱性树脂。
强碱性树脂，它们具有高度碱性的功能基团，如季铵基团，能够吸附和交换大多数阴离子。
常用于水处理中去除硝酸盐、氯离子等。
弱碱性树脂，它们具有较低的碱性功能基团，如胺基团，适用于去除较弱的阴离子，如有机酸和某些无机酸。
2. 阳离子交换树脂：阳离子交换树脂通常具有负电荷的功能基团，如硫酸基团或磷酸基团。
它们能够吸附和交换阳离子，如钠离子、钙离子、铵离子等。
常见的阳离子交换树脂有强酸性树脂和弱酸性树脂。
强酸性树脂，它们具有高度酸性的功能基团，如硫酸基团，能够吸附和交换大多数阳离子。
常用于水处理中去除钠离子、钙离子等。
弱酸性树脂，它们具有较低的酸性功能基团，如磷酸基团，适用于去除较弱的阳离子，如铵离子和某些金属离子。
离子交换树脂的作用机理是通过功能基团与待去除离子之间的静电吸引力实现的。
当离子交换树脂与水或溶液接触时，树脂中的功能基团会与水中的离子发生交换，使树脂中的离子与水中的离子达到平衡。
这样，树脂就能够吸附和去除溶液中的目标离子。
当树脂吸附饱和后，可以通过用盐水或酸碱溶液进行再生，使树脂恢复吸附能力。
总的来说，离子交换树脂通过其特殊的功能基团与待去除离子之间的静电吸引力，实现了对阴离子或阳离子的吸附和去除。
不同类型的离子交换树脂适用于不同的离子去除需求，可以根据具体应用场景进行选择和调整。
第二章离子交换树脂
将100 g干燥球状共聚物置于二氯乙烷中溶胀。加
入500 g浓硫酸（98％），于95～100℃下加热磺化5～
10 h。反应结束后，蒸去溶剂，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Na型树脂，
即得成品。 这种树脂的交换容量约于为它5们H+m的为m贮可o存自l/g稳由。定活性动不的好离，子且。有由
0.66-0.73
湿真密度 (g/ml) 1.04-1.08
粒度(0.3151.25mm)
≥95
主要用于纯水及高纯
水制备、糖液脱色、生
化制品，放射性元素的
提炼。
20
大孔弱碱性丙烯酸系阴离子
出厂形式：钠型
指标名称
指标
含水量%
全交换容量 (mmol/g干)
60-65 ≥7.0
湿视密度 (g/ml) 0.65-0.75
2．交联度：以7~10%为宜
3．含水率
树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分 的百分比
树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率
4．交换容量
单位质量或单位体积的离子交换树脂所带功能基团中可交换 的离子数量，以mmol/g(干树脂)，或mmol/ml(湿树脂)为单位。4
球形珠状颗粒，颗粒直径0.3-1.2mm。
氧化还原树脂（能进行氧化还原反应）
螯合树脂（含有螯合基团，去除金属离子）
蛇笼树脂
11
（1）按树脂的孔结构分类
离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。
不同孔结构离子交换树脂的模型 12
（一）凝胶型离子交换树脂
外观透明、均相、树脂表面光滑，球粒内部没有大 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， 无机小分子可自由通过；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，无机小分子无法通过。 所以，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。
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交联度与多孔性
高
工作交换容量 离子迁移性(动力学性能)
抗氧化性 离子亲和力差异性
低
DVB
高
总交换容量
进水
总交换容量 (Ex: 2.0 eq/l resin)
出口水
含水量
100 90 80
Moisture content, % H20
70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
5.4 - 5.7
随着时间交换容量降低
苯乙烯系弱碱树脂
CH2 CH CH
CH2
CH
CH2
CH3
CH3
CH2 N:
CH3
CH3
CH2 N:
AMBERLITE IRA96
丙烯酸系阴树脂
CH2 CH C
O NHCH2CH2N
CH
CH3 CH3 CH3Cl or (CH3)2SO4 O
CH C
树脂颗粒度
Mean Diameter (平均粒径)
平均粒径是树脂颗粒一半通过一半停留 在筛网上的网目的大小
Effective Size
(有效粒径)
有效粒径是90%树脂停留在筛网上的网 目大小
Uniformity Coefficient (均一系数 )
40％树脂颗粒停留在筛网上时的网目大 小除以有效粒径的商数值
–除盐
» 以阳阴离子树脂去除水中的阳阴离子
–精处理
» 以阳阴离子树脂混床去除水中残留的阳阴离子
离子交换树脂是什么？
SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H HO3S SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H
磺酸基 羧酸基 季胺基盐 叔胺基
离子交换树脂基本物化性能
–离子形态 –交换容量 » 工作交换容量 » 总交换容量 –含水量 –密度 » 真密度 » 堆积密度 –颗粒 » 有效粒径 » 平均粒径
–均一系数
离子交换树脂在水处理应用
–软化
» 以钠型强酸阳离子树脂去除水中的钙镁离子
–除碱
» 以氢型阳离子树脂去除水中的碱性离子
使用弱酸阳离子交换树脂的优点 高交换能力 高再生效率 低再生废液 可利用再生强酸阳离子树脂的废 酸来再生
弱酸阳离子交换树脂的缺点
只对中性及碱性水有效 交换速度比强酸树脂慢 树脂由氢型转成钠型膨胀率高 树脂不能去除所有阳离子
弱酸阳离子交换树脂的再生
再生剂用量： 过量约 10% 再生剂浓度: 盐酸 2 to 5%
因为： 1 离子交换树脂没有百分之一百再生转型 2 失效层不是很平坦
工作交换容量与以下因素有关： • 树脂选择性 •再生转型 •进水水质 •流速 •总交换容量 •温度 •床高 •树脂的状况
工作交换容量
失效层
层高
0 100
交换层
失效层 , %
未失效层
运行终点
失效层
工作交换容量
1.2 eq/l resin
再生
_ = (R-N)2 SO4 + 2OH --------> 2R-N OH + SO4 _ _ --------> R-N OH + Cl R-N Cl + OH
阴离子交换树脂选型准则
抗有机污染能力 工作交换容量 硅泄漏 物理稳定性
热稳定性
硅污染
原因
高硅负荷 PH 低 再生温度低
有效粒径和均一系数
99,9
% 通过塞子的数量
60 50
平均粒径
10
有效粒径
U.C.= c60 / c10
c10 c60
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 0,9 1,5 mm
Amberjet 4200 Cl 体积变化
供货时树脂体积 最初再生用120g/l 100% NaOH 再生后树脂体积 工作交换容量为0.6 eq/l 树脂运行 终点的体积 正常再生树脂运行终点的体积 (approx.) 树脂100% 转为 OH 型的体积 (approx.)
WAC H+ Ca++ Mg++ Na+
SBA SO4 Cl CO2 SiO2 OH
WBA OH H2SO4 HCl CO2
低
离子交换平衡
R- H + + Na +
Na KH
R- Na +
+ H+
=
[R-Na+ ] [H +] [R-H + ] [Na + ] 选择性系数
Na KH
=
离子选择性
强酸阳床
再生
_ = (R-NH)2 SO4 + 2OH ------> 2R-N + SO4 + 2H2O _ _ R-NH. Cl + OH ------> R-N + Cl + H2O
弱碱阴离子交换树脂
树脂在盐型时较稳定 仅能去除矿物酸 高再生效率 热稳定性好 抗有机物污染 流速对交换能力影响大
措施
延长浸泡在温氢氧化钠溶液 (50 C)中的时 间，可以 有效的除去硅
硅泄漏
硅占总阴离子比例 再生剂水平 再生剂温度 再生剂流速 运行流速 运行温度 阳离子中钠的泄漏量 再生方式
有机物对阴树脂的影响
淋洗时间逐渐延长 电导率逐步增高
PH逐渐降低到
过早的硅泄漏
交联度 % (DVB)
凝胶强酸
树脂颗粒度
以传统反应釜法生产
–颗粒分布呈钟形曲线分布 –树脂颗粒分布在0.3-1.2mm之间 –均一系数在1.5-1.9之间
以先进的喷射法生产
–树脂颗粒分布很均匀 –均一系数在1.25以下
树脂颗粒大小
Amberjet
Amberlite
300
600
900
1200
祄
CH
CH3
ClNHCH2CH2N+ CH3 CH3
AMBERLITE IRA67
AMBERLITE IRA458 Cl
化学反应 弱碱阴离子交换树脂
运行
= + 2R-N + 2H + SO4 --------> (R-NH)2 SO4 _ + R-N + H + Cl -------> R-NH. Cl
工作交换容量计算
A = 流量 (吨 / 小时) B = 运行时间 (小时) C = 离子浓度 (克当量/吨 ) 出水量 = A x B 工作交换容量 = 水量 x 离子浓度 工作交换容量 = 流量 x 制水周期 x 离 子浓度
强酸阳离子交换树脂
SO3H
SO3H
SO3H
磺酸基
硫酸
0.5 to 0.7%
再生剂流速 : HCl 2 to 8 BV/hr 硫酸 15 to 25 BV/hr 慢洗: 以再生流速 2 BV 快洗: 以运行流速 2 to 12 BV 最少接触时间: 30 分钟
弱酸阳离子交换树脂的 工作交换容量
与以下因素有关 : 水的硬度与碱度比 总阳离子量 流速与水温 离子负荷
交换层
0 100 失效层 , %
泄漏
典型的工作交换容量
树脂种类 工作交换容量 再生剂用量
(克当量每升 ) %
弱酸树脂 强酸树脂 弱碱树脂 强碱树脂
1.0 - 2.6
0.8 - 1.3
105 - 115
200 - 250
0.9 - 1.1
0.3 - 0.7
120 - 125
200 - 300
认识离子交换树脂
–离子交换树脂的结构与分类 –离子交换树脂的基本物化性能 –离子交换树脂的化学反应 –水处理中的离子交换树脂系统 –离子交换树脂常见问题分析 –离子交换树脂在医药工业中的 应用简介
离子交换树脂的结构与分类
–以聚合物骨架来区分 » 苯乙烯系(*0*) » 丙烯酸系(*1*) » 酚醛系 (*2*) » 环氧系 (*3*) –以离子性来区分 » 强酸阳离子树脂 (0**) » 弱酸阳离子树脂 (1**) » 强碱阴离子树脂 (2**) » 弱碱阴离子树脂 (3**) –以结构孔隙来区分 » 凝胶 » 大孔 –大孔(D***)
再生
(R-COO)2Ca + 2H+---------------> 2R-COOH + Ca++ (R-COO)2Mg + 2H+---------------> 2R-COOH + Mg++
弱酸阳离子交换树脂的特性
氢型状态下最稳定 对pH值低于5的水没有活性 高再生效率 对两价离子具有高亲和力 流速对交换能力影响大 树脂转型膨胀率高
3
SO3H SO3H SO3H
SO3H
SO3H SO3H SO3H SO H SO3H 3
SO3H
SO3H SO H 3
SO3H SO3H
离子交换树脂是具有 交换或吸附离子功能 基的有机高分子聚合 物