第二章离子交换树脂
合集下载
离子交换树脂
2、阴离子交换树脂 〈1〉 强碱性 强碱性（聚苯乙烯系） 交换基： + N X P+ X 季胺 叔胺 N R
R
〈2〉 弱碱性 弱碱性（聚苯乙烯系） 交换基：氨基—NH2
出厂形式： 出厂形式：氯型
指标名称 含水量% 含水量
.主要性能指标：
指标 54-62 ≥4.0 0.66-0.73 1.04-1.08 ≥95
具有—COOH基的弱酸性离子交换树脂几乎都 是水解丙烯酸脂，或甲基丙烯酸能与DVB的共 聚物而得，之所以使用是因为丙烯酸和甲基丙 烯酸是水溶性的
CH 2 CH 2 CH COOR + CH 2
CH BPO CH
CH2
CH
CH2
CH 水水
COOR CH2 CH
CH CH C C O O O
CH 2 + CH 2
二、离子交换作用
1. 离子交换的机理
R SO3 H + Na Cl
- + + + + R SO3 Na + H Cl
机理：化学吸附 机理 历程： 历程 与液固相反应的历程类似，
①溶液内离子扩散至树脂表面， ②由表面扩散到树脂内部， ③离子交换， ④被交换的离子从树脂内部扩散至表面， ⑤被交换的离子再扩散至溶液中， 控制步骤为内扩散 内扩散。 内扩散
全交换容量 (mmol/g干) 干 湿视密度 (g/ml) 湿真密度 (g/ml) 粒度(0.315粒度 1.25mm)
D201大孔强碱性阴离子 大孔强碱性阴离子
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。 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。
出厂形式： 出厂形式：钠型
苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂
二、离子交换作用
1. 离子交换的机理
- + R SO3 H + Na Cl + + + R SO3 Na + H Cl
机理：化学吸附 历程： 与液固相反应的历程类似，
①溶液内离子扩散至树脂表面，
②由表面扩散到树脂内部， ③离子交换， ④被交换的离子从树脂内部扩散至表面， ⑤被交换的离子再扩散至溶液中， 控制步骤为内扩散。
（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。 大孔树脂比小孔树脂容量大。 树脂组成中，引入较多的官能团，以提高其交换 容量。
CH
CH 2 CH DVB
CH2
CH
H 2 SO 4 HSO 3 Cl SO 3
CH2
CH
CH2 SO 3 H
CH
CH2
CH
SO 3 H
实例：
将1克过氧化二苯甲酰（BPO）在冷时溶解于80克苯乙烯， 20克对二乙烯苯(DVB)中，在搅拌下加至含有悬浮剂（用 聚乙烯醇等时的浓度为0.01-0.5%；用碳酸钙、硅酸镁等 无机悬浮剂时的浓度为0.1-2.0%）的500ml去离子水中， 使之分散为所要的粒度，这时一旦分散成小粒子再也不会 变大，因此搅拌时，要注意，将在80℃下搅拌加热5-10小 时，所得球状聚合物过滤，水洗后，在100-125℃下干燥。 问：此反应为何种聚合? PVA，碳酸钙有何作用? 产品是什么结构，水洗有什么作用？
第二章离子交换树脂
26
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。
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。
离子交换树脂和吸附树脂
外观不透明，表面粗糙，非均相凝胶 结构。毛细孔直径几 nm到几千 nm。 即使在干燥状态，也存在不同尺寸的 毛细孔，可在非水体系中起离子交换 和吸附作用。 有很大的比表面积，20nm孔径的比 表面积达几千m2/g吸附功能显著。
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
c. 载体型离子交换树脂
一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻 璃珠等表面上制成。 主要用作液相色谱的固定相，可经受液 相色谱中流动介质的高压，又具有离子 交换功能。
阴离子 交换树脂
强碱型R3-NCl 弱碱型R-NH2、RNR’H、R-NR2’
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
螯合树脂：带有螯合基的树脂。 氧化还原树脂：带有氧化还原基的树脂。 两性树脂：带有阳阴两性基的树脂。 热再生树脂：弱酸弱碱的两性树脂可用热水再生。
离 子 交 换 树 脂 的 种 类
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
此后，Dow化学公司 Bauman 等人开发了苯乙烯系磺酸型强酸性 离子交换树脂并实现工业化；Rohm & Hass公司进一步研制强碱 性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。
第一节 离子交换和吸附树脂概述
20世纪50年代末合成出大孔型离子交换树脂。与凝胶型离子交换 树脂相比，大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和 抗有机污染的优点，因此很快得到广泛的应用。
(2) 按树脂的物理结构分类
a. 凝胶型离子交换树脂
外观透明、表面光滑，具有均相高分子凝 胶结构的离子交换树脂。球粒内部没有大 的毛细孔。 在水中会溶胀形成凝胶状。在无水状态下， 凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩。 干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
c. 载体型离子交换树脂
一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻 璃珠等表面上制成。 主要用作液相色谱的固定相，可经受液 相色谱中流动介质的高压，又具有离子 交换功能。
阴离子 交换树脂
强碱型R3-NCl 弱碱型R-NH2、RNR’H、R-NR2’
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
螯合树脂：带有螯合基的树脂。 氧化还原树脂：带有氧化还原基的树脂。 两性树脂：带有阳阴两性基的树脂。 热再生树脂：弱酸弱碱的两性树脂可用热水再生。
离 子 交 换 树 脂 的 种 类
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
此后，Dow化学公司 Bauman 等人开发了苯乙烯系磺酸型强酸性 离子交换树脂并实现工业化；Rohm & Hass公司进一步研制强碱 性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。
第一节 离子交换和吸附树脂概述
20世纪50年代末合成出大孔型离子交换树脂。与凝胶型离子交换 树脂相比，大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和 抗有机污染的优点，因此很快得到广泛的应用。
(2) 按树脂的物理结构分类
a. 凝胶型离子交换树脂
外观透明、表面光滑，具有均相高分子凝 胶结构的离子交换树脂。球粒内部没有大 的毛细孔。 在水中会溶胀形成凝胶状。在无水状态下， 凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩。 干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。
第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类
苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂-济南大学化学化工学院
CH2
CH
CH2
CH
. CH
CH2
CH2
CH
SO3H
SO3H
SO3H
为了改进离子交换树脂的耐热性，人们合成下述结构 的树脂
R OH Cu2Cl2 O2 CH3 R
(
CH3
O )n
Cl2
R
(
O n CH3 Cl
)
接上功能基团
问：为何此类树脂耐热性高？
四、离子交换树脂的应用： （一）水处理
问：此反应的机理。
缩合体系强酸性阳离子交换树脂
OH H 2 SO 4 OH HCHO SO 3H OH OH SO 3H
CH2 SO 3H
ONa Na 2 SO 4 HCHO
ONa CH2
ONa CH2 SO 3 Na
（二）弱酸性阳离子交换树脂
此类大部分以—COOH为功能基，此外还有
O O AsO3H OH P OH OH As OH
OCH 3
CH2 HCHO CH3O CH3O CH2 + P OCH3 CH3
实例 强碱基树脂的制备
在三口瓶中加入15g氯甲基化的聚苯乙烯树脂, 用100mL二甲基甲酰胺(DMF)溶胀,然后加入2.2倍量 的三甲胺,于40～45℃搅拌反应10 h,过滤后用大量 水洗至中性,然后用1mol/L的盐酸洗涤,水洗至中性, 再用1mol/L的NaOH溶液洗至无Cl-,最后用水洗至流 出的水酚酞不变色。
2、阴离子交换树脂
〈1〉 强碱性（聚苯乙烯系） 交换基： + N X P+ X 季胺 叔胺 N R
R
〈2〉 弱碱性（聚苯乙烯系） 交换基：氨基—NH2
离子交换-树脂部分(共68张PPT)
• 同类树脂001×7、001×10、 001×14.5的干基交换容量随交联度 增大而减少。D001×16大孔树脂磺 化反响温度较其它树脂高，其产生 弱酸基的量也较大。
阴离子交换树脂交换容量
• 阴离子交换树脂交换容量测定包括对强碱性和弱碱性 两种阴树脂的全交换容量、强碱基团及弱碱基团容量 的测定。
第一节 离子交换树脂根本概念
国产离子交换树脂的分类 国产离子交换树脂命名法那么及型号
国产离子交换树脂的分类
离子交换树脂品种很多，因其原料、制法和用途不同，分类方 法各异。主要分类方法下：
1.按功能基类别分：
a. 强酸性阳离子交换树脂，其功能基为：磺酸基R-SO3H
b. 弱酸性阳离子交换树脂，其功能基为：羧酸基R-COOH， 磷酸基 R-CHPO(OH)2
• 湿态离子交换树脂：是指吸收了平衡水量并除 去外部游离水分后的树脂。
粒度和粒度分布
• 一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致，大体 上处在0.2mm～1.5mm范围内〔经筛分取0.3mm～ 1.2mm的颗粒用于制造树脂〕，其中0.3mm～ 0.6mm的占60%左右，0.6mm～1.0mm的占30%左 右。经过筛分的树脂，应该用4个指标：范围粒度、 有效粒度和均一系数、下限粒度〔或上限粒度〕。
• M = c×V×d
(2-8)
• 式中：d——再生剂溶液密度，kg/m3。
再生剂耗的公式为：
R=M/(QI× VR)
(2-9)
式中：R——再生剂耗，g/mol；
M——周期再生剂用量，g；
Q工——工作交换容量，mol/m3
• 平衡交换容量 ：用于表示到达平衡状态时单位质量或单位体积 的树脂中参于反响的交换基团的量。它表示在给定条件下，该 树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的重要参数。
阴离子交换树脂交换容量
• 阴离子交换树脂交换容量测定包括对强碱性和弱碱性 两种阴树脂的全交换容量、强碱基团及弱碱基团容量 的测定。
第一节 离子交换树脂根本概念
国产离子交换树脂的分类 国产离子交换树脂命名法那么及型号
国产离子交换树脂的分类
离子交换树脂品种很多，因其原料、制法和用途不同，分类方 法各异。主要分类方法下：
1.按功能基类别分：
a. 强酸性阳离子交换树脂，其功能基为：磺酸基R-SO3H
b. 弱酸性阳离子交换树脂，其功能基为：羧酸基R-COOH， 磷酸基 R-CHPO(OH)2
• 湿态离子交换树脂：是指吸收了平衡水量并除 去外部游离水分后的树脂。
粒度和粒度分布
• 一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致，大体 上处在0.2mm～1.5mm范围内〔经筛分取0.3mm～ 1.2mm的颗粒用于制造树脂〕，其中0.3mm～ 0.6mm的占60%左右，0.6mm～1.0mm的占30%左 右。经过筛分的树脂，应该用4个指标：范围粒度、 有效粒度和均一系数、下限粒度〔或上限粒度〕。
• M = c×V×d
(2-8)
• 式中：d——再生剂溶液密度，kg/m3。
再生剂耗的公式为：
R=M/(QI× VR)
(2-9)
式中：R——再生剂耗，g/mol；
M——周期再生剂用量，g；
Q工——工作交换容量，mol/m3
• 平衡交换容量 ：用于表示到达平衡状态时单位质量或单位体积 的树脂中参于反响的交换基团的量。它表示在给定条件下，该 树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的重要参数。
离子交换树脂离子交换原理ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
3．密度
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
(f) H型树脂与水中Ca2+、Mg2+、Na+交换时水质变化 离子交换柱工作过程
进水初期，进水中所用阳离子均交换出H+，生成相当量的无机酸，出水 酸度保持定值。运行至a点时，Na+首先穿透，且迅速增加，同时酸度降低， 当Na+泄漏量增大到与进水中强酸阴离子含量总和相当时,出水开始呈现碱性； 当Na+增加到与进水阳离子含量总和相等时，出水碱度也增加到与进水碱度 相等。至此，H离子交换结束，交换器开始进行Na+交换，稳定运行至b点之 后，硬度离子开始穿透，出水Na+含量开始下降，最后出水硬度接近进水硬 度，出水Na+接近进水Na+，树脂层全部饱和。
化学性能 1.再生：离子交换反应的可逆性交换的逆反应。 2.酸碱性：树脂在水中电离出H+和OH-,表现出酸碱性。树 脂的酸碱性受pH值影响，各种树脂在使用时都有适当 的pH值范围。 3.选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为 选择性，选择性大小用选择性系数来表征。 4.交换容量：表示树脂的交换能力。通常用EV（mmol/ml 湿树脂）表示，也可用EW（mmol/g干树脂）表示。 EV＝EW×（1-含水量）×湿视视密度
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
功能高分子——离子交换树脂
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/24
二、发展简史
• 我国“离子交换树脂之父”何炳林
• 广东省番禹县人，高分子 化学家和化学教育家，中 国科学院院士。1942年毕 业于西南联合大学。1952 年获美国印第安纳大学博 士学位。1956年回国，任 南开大学教授，兼任青岛 大学校长。
上一内容 下一内容 回主目录
• 白球结构对磺化速度和磺化度的影响
• (1)交联度越大，磺化反应越困难，磺化速度和 磺化度越小
• (2)大孔型共聚物容易磺化；并且树脂珠体不易 开裂
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/24
（1）苯乙烯系强酸性离子交换树脂的制备
• 白球结构对磺化速度和磺化度的影响
• (3)用纯的m-DVB或p-DVB作交联剂时，白球 的磺化速度和磺化度都较低；用二者的混合物 作交联剂时，共聚物磺化速度和磺化度较高， m-DVB和p-DVB的比例约为7/3时得到最大值。
返回
2020/3/24
二、发展简史
• 1958年 合成出大孔型离子交换树脂，用于原子弹 的研制
• 1970年 在华药用于链霉素生产至今 • 1980年开始 用于血液灌流去除安眠药
用于从肝损伤患者腹水中去除胆红素 去除血液中的抗DNA救治红斑狼疮病 固定某些酶，将氨基酸进行光学拆分
上一内容 下一内容 回主目录
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/24
1. 苯乙烯系离子交换树脂的制备
• （1）苯乙烯系强酸性离子交换树脂 • （2）苯乙烯系弱酸性离子交换树脂 • （3）苯乙烯系强碱性离子交换树脂 • （4）苯乙烯系弱碱性离子交换树脂
上一内容 下一内容 回主目录
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
18
硬水（含Ca2+等）
再生处理：用8%-10%工业NaCl使柱 再生（交换其Ca2+，Mg2+ 离子）
离子交换树脂
软水（含NaCl等）
② 水的脱盐（去除Na+)
所用离子交换树脂——H型强酸阳离子树脂 RSO3-H+ 磺酸型 脱除的离子：Na+，Mg2+等（使NaCl盐脱除）
① 粒度（珠状颗粒型）：0.315-1.2mm ② 含水量（凝胶树脂）：30%-80% ③ 密度：ρa（表观密度）=干态质量/树脂体积,g/ml
(g/ml)
（骨架+孔） （骨架）
ρT（骨架密度）=干态质量/干态体积,g/ml ④ 交换容量：QT =
单 位 体 积 的 离 子 基 团 的 量 单 位 质 量 £ ( 体 积 ) 树 脂
通过Na型阳离子交换柱使水中Ca2+，Mg2+与 Na+交换保留在树脂上。
2 + C a - + 2 R S O N a+ 3 2 + M g 2 H C O 3 2 S O 4 2 C l 2 R S O 3 2 + M g 2 + C a
2 N a H C O 3 N a S O 2 4 2 N a C l
3
1.1 概述 ① 发展史 1935年英国Adams
甲 醛 + 苯 酚
O H
H S O 2 4
缩 聚 离 子 交 换 树 脂
O H
H C H O
O H H C 2
O H C H 2 C H 2
C H O H 6 5
S O H 3
S O H 3
C H 2
特点：i. 带有可离子化的基团SO3ii. 是三维网状交联聚合物（酚醛缩聚树脂） 应用：水的脱盐
4
★ 由离子交换树脂引伸的功能高分子：吸 附树脂、螯合树脂、高分子试剂、固化 酶（固相多肽合成）聚合物固载催化。 1944年 D’Aeelio合成磺化苯乙烯-二乙烯基 苯树脂奠定现代离子交换树脂基 础。 1950年 大孔离子交换树脂：强度高，交换 速率快。
② 结构与分类
5
表1 离子交换树脂的种类
a. 交联PS 共聚物凝胶树脂制备
苯 乙 烯 + 二 乙 烯 基 苯 ( D V B ) 交 联 P S
b. 功能基化：（磺化，羧酸，季铵化）
C H 2 C H
磺化：
H S O 2 4
C H 2
C H
S O H 3
9
氯甲基化： （作前体）
CH2
CH
C lC H 2 O C H 3 Z n C l2
C H
（弱酸性阳离子型）
12
ii. 弱碱阴离子型交换树脂
C H H 2 C C O O C H 3 C H H 2 C
H N ( C H C H N H ) H 2 2 2 n
多胺
C O N H ( C H C H N H ) H 2 2
③ 缩聚型
i. 阳离子型 苯酚
磺化 醛
交联
磺化酚醛缩合物（1935）
ii. 阴离子型（芳胺+醛）
13
N H 2 H C H O N H 2
N H 2
H N C H 2 C H 2 N H C H 2
N H C H 2
间苯二胺
（醛与苯环、氨基均可缩合成交联结构）
iii. 弱酸阳离子型
CH2 HO OH
含COOH，酚 + 甲醛
CH2 COOH
14
1.3 离子交换树脂的性能
代号
分类名称
功能基
说明
0
1 2 3 4 5 6
强酸
弱酸 强碱 弱碱 螯合 两性 氧化还原
-SO3H
磺酸基
膦酸基 季铵基 伯，仲，叔 氨基 胺羧酸 强碱弱酸型 硫醇基
OH
C O O H , P O H 3 3
( C H ) 3 2
+ N ( C H ) 3 3, + N
C H C H O H 2 2
N H , N H R , N R 2 2
（m1正常圆球质量， m2破损粒子质量）
（ρa为表观密度， ρT为骨架密度）
ii. 孔度 P（孔容体积/树脂总体积）
ρa P = ρaVp = 1 ρT
孔体积 骨架体积
17
iii. 比表面积
S=
4 x 104Vp
(Vp 孔总体积，d 孔径）m2 /g
d
1.4 应用 ① 水的软化（去除水中Ca2+，Mg2+离子）
第二章 离子交换树脂及高 分子试剂
1. 离子交换树脂 2. 高分子试剂
1
1.1 概述 1）发展史 2）结构与分类 3）常用离子交换树脂的化学结构 1.2 合成 1）苯乙烯型 2）丙烯酸型 3）缩聚型 1.3 性能
2
1.4 应用
1）水的软化
2）水的脱盐 3）废水处理 4）食品工业 5）高分子催化剂 6）其他
苯乙烯强酸阳离子 120 ℃ 丙烯酸弱酸阳离子 200 ℃
⑦ 机械强度：耐压强度；滚磨强度；渗磨强度
(渗磨强度为交换渗透过程引起球的破碎率）用树脂 的渗磨圆球率 S描述
16
mHale Waihona Puke 1 S=m 1 +m 2 ⑧ 比表面；孔容（孔度）；孔径；孔径分布
i. 孔容（Vp)：1g物质中孔体积 Vp = 1 ρa 1 ρT
H C
水解
弱酸性阳离子交换
H 2C
C H C O C H 3 O
C H 2 C H 2
H C C O C H 3
C H 2
C H
B P O
自由基悬浮共聚
C H C H 2 H C C O H C H C H 2 O
C H
C H 2
1 .H /N aO H 2O + 水解 2 .H
C H 2 O
C H 2
, mmol/g
⑤ 离子交换选择性：
对不同离子的选择性，例
15
苯乙烯强酸阳离子型（对阳离子的选择性） Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Na+ 依价数高优先 Ba2+ > Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ …… > Mn2+ 同价位时，依半径大优先
⑥ 热稳定性，最高使用温度，如
C H C O O H 2 H C 2 N C H C O O H 2
+ ( N ( C H ) C O O H ) 3 3, (-CH 2 SH ) HO
对苯二酚基
骨架分类代号 0—苯乙烯，1—丙烯酸，2—酚醛，3—环氧，4—乙烯吡啶，5—脲醛，6—氯乙烯 6
1.2 离子交换树脂的合成
① 苯乙烯型
CH2
CH
C H 2C l
氧 HNO3 化
CH2 CH
再羧酸化：
COOH
10
季铵化：
CH2 CH
(CH3)3N
CH2 CH
三甲胺
CH2N+(CH3)3Cl-
叔胺
CH2 CH2Cl CH
(CH3)2NC2H5OH
N,N-二甲基乙醇胺
CH2N+(CH3)2ClCH2CH2OH
11
② 丙烯酸型
i. 丙烯酸酯 + DVB 共聚交联
硬水（含Ca2+等）
再生处理：用8%-10%工业NaCl使柱 再生（交换其Ca2+，Mg2+ 离子）
离子交换树脂
软水（含NaCl等）
② 水的脱盐（去除Na+)
所用离子交换树脂——H型强酸阳离子树脂 RSO3-H+ 磺酸型 脱除的离子：Na+，Mg2+等（使NaCl盐脱除）
① 粒度（珠状颗粒型）：0.315-1.2mm ② 含水量（凝胶树脂）：30%-80% ③ 密度：ρa（表观密度）=干态质量/树脂体积,g/ml
(g/ml)
（骨架+孔） （骨架）
ρT（骨架密度）=干态质量/干态体积,g/ml ④ 交换容量：QT =
单 位 体 积 的 离 子 基 团 的 量 单 位 质 量 £ ( 体 积 ) 树 脂
通过Na型阳离子交换柱使水中Ca2+，Mg2+与 Na+交换保留在树脂上。
2 + C a - + 2 R S O N a+ 3 2 + M g 2 H C O 3 2 S O 4 2 C l 2 R S O 3 2 + M g 2 + C a
2 N a H C O 3 N a S O 2 4 2 N a C l
3
1.1 概述 ① 发展史 1935年英国Adams
甲 醛 + 苯 酚
O H
H S O 2 4
缩 聚 离 子 交 换 树 脂
O H
H C H O
O H H C 2
O H C H 2 C H 2
C H O H 6 5
S O H 3
S O H 3
C H 2
特点：i. 带有可离子化的基团SO3ii. 是三维网状交联聚合物（酚醛缩聚树脂） 应用：水的脱盐
4
★ 由离子交换树脂引伸的功能高分子：吸 附树脂、螯合树脂、高分子试剂、固化 酶（固相多肽合成）聚合物固载催化。 1944年 D’Aeelio合成磺化苯乙烯-二乙烯基 苯树脂奠定现代离子交换树脂基 础。 1950年 大孔离子交换树脂：强度高，交换 速率快。
② 结构与分类
5
表1 离子交换树脂的种类
a. 交联PS 共聚物凝胶树脂制备
苯 乙 烯 + 二 乙 烯 基 苯 ( D V B ) 交 联 P S
b. 功能基化：（磺化，羧酸，季铵化）
C H 2 C H
磺化：
H S O 2 4
C H 2
C H
S O H 3
9
氯甲基化： （作前体）
CH2
CH
C lC H 2 O C H 3 Z n C l2
C H
（弱酸性阳离子型）
12
ii. 弱碱阴离子型交换树脂
C H H 2 C C O O C H 3 C H H 2 C
H N ( C H C H N H ) H 2 2 2 n
多胺
C O N H ( C H C H N H ) H 2 2
③ 缩聚型
i. 阳离子型 苯酚
磺化 醛
交联
磺化酚醛缩合物（1935）
ii. 阴离子型（芳胺+醛）
13
N H 2 H C H O N H 2
N H 2
H N C H 2 C H 2 N H C H 2
N H C H 2
间苯二胺
（醛与苯环、氨基均可缩合成交联结构）
iii. 弱酸阳离子型
CH2 HO OH
含COOH，酚 + 甲醛
CH2 COOH
14
1.3 离子交换树脂的性能
代号
分类名称
功能基
说明
0
1 2 3 4 5 6
强酸
弱酸 强碱 弱碱 螯合 两性 氧化还原
-SO3H
磺酸基
膦酸基 季铵基 伯，仲，叔 氨基 胺羧酸 强碱弱酸型 硫醇基
OH
C O O H , P O H 3 3
( C H ) 3 2
+ N ( C H ) 3 3, + N
C H C H O H 2 2
N H , N H R , N R 2 2
（m1正常圆球质量， m2破损粒子质量）
（ρa为表观密度， ρT为骨架密度）
ii. 孔度 P（孔容体积/树脂总体积）
ρa P = ρaVp = 1 ρT
孔体积 骨架体积
17
iii. 比表面积
S=
4 x 104Vp
(Vp 孔总体积，d 孔径）m2 /g
d
1.4 应用 ① 水的软化（去除水中Ca2+，Mg2+离子）
第二章 离子交换树脂及高 分子试剂
1. 离子交换树脂 2. 高分子试剂
1
1.1 概述 1）发展史 2）结构与分类 3）常用离子交换树脂的化学结构 1.2 合成 1）苯乙烯型 2）丙烯酸型 3）缩聚型 1.3 性能
2
1.4 应用
1）水的软化
2）水的脱盐 3）废水处理 4）食品工业 5）高分子催化剂 6）其他
苯乙烯强酸阳离子 120 ℃ 丙烯酸弱酸阳离子 200 ℃
⑦ 机械强度：耐压强度；滚磨强度；渗磨强度
(渗磨强度为交换渗透过程引起球的破碎率）用树脂 的渗磨圆球率 S描述
16
mHale Waihona Puke 1 S=m 1 +m 2 ⑧ 比表面；孔容（孔度）；孔径；孔径分布
i. 孔容（Vp)：1g物质中孔体积 Vp = 1 ρa 1 ρT
H C
水解
弱酸性阳离子交换
H 2C
C H C O C H 3 O
C H 2 C H 2
H C C O C H 3
C H 2
C H
B P O
自由基悬浮共聚
C H C H 2 H C C O H C H C H 2 O
C H
C H 2
1 .H /N aO H 2O + 水解 2 .H
C H 2 O
C H 2
, mmol/g
⑤ 离子交换选择性：
对不同离子的选择性，例
15
苯乙烯强酸阳离子型（对阳离子的选择性） Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Na+ 依价数高优先 Ba2+ > Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ …… > Mn2+ 同价位时，依半径大优先
⑥ 热稳定性，最高使用温度，如
C H C O O H 2 H C 2 N C H C O O H 2
+ ( N ( C H ) C O O H ) 3 3, (-CH 2 SH ) HO
对苯二酚基
骨架分类代号 0—苯乙烯，1—丙烯酸，2—酚醛，3—环氧，4—乙烯吡啶，5—脲醛，6—氯乙烯 6
1.2 离子交换树脂的合成
① 苯乙烯型
CH2
CH
C H 2C l
氧 HNO3 化
CH2 CH
再羧酸化：
COOH
10
季铵化：
CH2 CH
(CH3)3N
CH2 CH
三甲胺
CH2N+(CH3)3Cl-
叔胺
CH2 CH2Cl CH
(CH3)2NC2H5OH
N,N-二甲基乙醇胺
CH2N+(CH3)2ClCH2CH2OH
11
② 丙烯酸型
i. 丙烯酸酯 + DVB 共聚交联