离子交换树脂

Байду номын сангаас 选择性的因素
离子价数 离子价数越高，其与树脂功能基的静电 吸引力越大，亲和力越大，如 Ca2+ Mg2+ 易于树脂上的Na+ H+ 交换。
离子半径
在水中离子会水化而使树脂膨胀，对于 同价离子，当原子序数增加，其水合离 子的半径减小，其选择性增大，如Ca2+ 的选择性大于Mg 2+ 。
树脂交联度 交联度越高，对树脂的选择性影响越大。 这是由于交联网形成的筛网作用造成。
总结：可根据以上因素选择离子交换树 脂和被交换的离子。
离子交换动力学
离子交换动力学：离子交换反应的历程和达 到平衡的时间。
离子交换的效果取决于离子交换速度，而离 子交换速度主要受离子→ 从溶剂进入到树脂表 面和树脂内部的扩散过程的影响。
以Na型树脂与溶液中Ca2+ 进行交换反应为 例，实际离子交换过程是由如下的相对速率 组成：
离子交换树脂的应用
离子交换树脂可用于物质的精化，浓缩，分离，物 质离子组成的转变，有机物质的脱色以及作催化剂 等，在许多工业生产和科技领域中得到应用。
离子交换器
（一）水处理 这是离子交换树脂应用最多的领 域，包括硬水软化，无离子水，高纯水制备等。 锅炉用水常先用强酸性离子交换树脂将水中的 Ca2+ 和Mg2+交换掉 ：
一般交换反应的平衡关系
K
B A

RB Z A RA ZB
A ZB B ZA

A
ZB
/
B
ZA
RA RB
式中 aA和aB——溶液中离子A和B的活度
aRnA和a RB——树脂中离子A和B 的活度 KBA——选择性系数，其值越大离子交换树 脂对B离子的交换能力就越大，就越易吸 附B离子。
（四）作催化剂 离子交换树脂含有酸性或碱性 基团，它可以代替无机酸碱在适当的条件下对水 解、缩合、加成、水合、酯化、脱水、醇解等多 种反应起催化作用。可用作烯烃的水合反应制备 醇、低分子醇与烯烃的醚及醚的裂解反应、酯的 水解等反应的催化剂和气体吸附剂。 用离子交换树脂作催化剂的优点：
为非均相催化反应，经过滤即能与产物分离；滤 出的催化剂可回收再用；可进行连续化生产；副 反应少；设备无需耐腐蚀；无污染。
Ca2+从溶液通过液膜扩散到树脂表面（膜扩散） → Ca2+ 从树脂表面向孔内扩散（粒内扩散） → Ca2+ 与Na+ 进行交换→ Na+ 从孔内扩散到 树脂表面→ Na+ 通过液膜扩散到溶液中。
其中膜扩散和粒内扩散速度是影响离子交换速 度的主要因素。而影响膜扩散和粒内扩散速度 是影响离子交换速度的主要因素。
内容
离子交换树脂 的基本理论
离子交换平衡 离子交换动力学
离子交换树脂的应用
离子交换平衡
离子交换热力学：离子交换反应在一定条 件下的反应方向和反应限度。
离子交换反应是可逆反应，其反应是在固态的 树脂和水溶液接触的界面间发生的。
阳离子交换反应可表述为：
An++n（R—SO3 -）B+≒nB++（R—SO3-)nA n+
（三）医药、食品等的分离与提纯
从发酵液中提取抗生素，过去用活性炭吸附，回 收率低，残留杂质多，成本高，现均改用离子交 换法。如从发酵菌丝中分离链霉素，方法是先使 发酵液通过钠式羧基型阳离子交换树脂，使链霉 素与Na+交换：
R—COONa + 链霉素盐→R—COO链霉素盐 +Na
然后用清水洗去柱中残留的发酵液，用0.5mol/L H2SO4 洗提，得到链霉素硫酸盐。再用交联度较 高的强酸性阳离子交换柱将少量无机盐杂质分离 掉，最后使链霉素硫酸盐溶液通过弱碱性阴离子 交换树脂，即可得纯度较高的中性链霉素溶液。
影响膜扩散和粒内扩散的主要因素： 溶液流速：增大搅拌速度或柱流速，可增加膜扩散速度； 树脂颗粒大小：减小树脂的粒度，可同时提高膜扩散和粒
内扩散速度；
溶液浓度： 溶液浓度较低时，膜扩散是影响交换速度的 主要因素，溶液浓度较高时，粒内扩散则成 为影响交换速度的主要因素；
树脂交联度
总结：在水的离子软化和水的强酸强碱脱盐过程中，交换 过程为液膜所控制，再生则多属受粒内扩散控制。弱酸弱 碱的离子交换过程一般也受粒内扩散控制。
（五）分析 在分析化学方面常用离子交换 树脂来分离性质相近的离子、浓缩稀溶液、 稀有元素色谱分离以及除去干捞离子等。
（六）医药 离子交换树脂可用于治疗胃溃 疡、肾脏病，消除腐败食物的毒素等。
（七）工业废水处理 离子交换树脂可用于 含铬、汞、铜、金、银废水的处理及回收等。
使用过的强酸性阳离子交换树脂或强碱性阴 离子交换树脂可分别用1％~10％的HCl、 H2SO4、NaCl或NaOH等进行再生处理，使 树脂恢复原来的化学组成而反复使用。
（二）铀、贵金属、稀土金属的分离提取
如从铀矿中提取铀的方法是先用硫酸或纯碱处理 铀矿，同时加入MnO2、KClO3等氧化剂，使铀 变成6价，并生成硫酸铀酰或碳酸铀酰络合阴离 子：
U(OH)4+3SO42-→[UO2(SO4)3]4然后与氯型强碱性阴离子交换树脂进行交换：
[UO2(SO4)3]4-+4RCl→R4 [UO2(SO4)3]+4Cl再用酸性（或中性）的NaCl或NaNO3溶液洗提
2R—SO3H++Ca2+ (或Mg2+) →（RSO3）2Ca[或 （RSO3）2Mg]+2H+ (R—树脂基体) 然后再使处理后的水通过一个强碱型或弱碱型的 离子交换柱，将阴离子Cl-等交换掉。也有使用阴、 阳离子交换混合柱的：
（R—SO3H+R4NOH）+NaCl→（R—SO3+R4NCl） +H2O(纯水)