[医学]第二章离子交换树脂
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：
离子交换树脂简介
4.3 海洋资源利用
利用离子交换树脂，可从许多海洋生物(例如海带)中提取碘、溴、镁 等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，用离子交换树脂以海水制取淡水 是十分经济和方便的.
3、离子交换树脂的分类
3.3 按基体的种类分类
苯乙烯树脂：
丙烯酸树脂：
4、离子交换树脂的应用
4.1 水处理
水处理包括水质的软化、 水的脱盐和高纯水的制备等。 水处理是离子交换树脂最基本 的用途之一。
4、离子交换树脂的应用
4.2 冶金工业
离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍等超铀元素、 稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、提纯和回收方面 均起着十分重要的作用。
? 大孔型离子交换树脂：外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。 即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起 离子交换和吸附作用。比表面积大，因此其吸附功能十分显著。
? 载体型离子交换树脂：一种特殊用途树脂，主要用作液相色谱的固定 相。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。它可经受 液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。
5、离子交换树脂的应用
5.8 环境保护
离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上 都有重要应用，已普遍用于电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活污水， 影片洗印废水、工业废气等的治理。
例如影片洗印废水中的银是以Ag(SO3)23-等阴离子形式存在的，使用Ⅰ 型强碱性离子交换树脂处理后，银的回收率可达90％以上，既节约了大量 的资金，又使废水达到了排放标准。
离子交换树脂及原理课件ppt
化学性能
对各种离子的交换能力是不同的。 易被交换的离子，解析就困难。 交换顺序：优先高化合价的，其次原子序数大的。
强酸性阳离子交换树脂： Fe2+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞H+
树脂的命名 (GB1631-1979)
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 螯合性 两性 氧化还原性
代号 0 1 2
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系
3
环氧系
4 乙烯吡啶系
5
脲醛系
6 氯乙烯系
二、离子交换树脂的性能
物理性能 外观(颜色、形状)、粒度、密度、 含水率、转型膨胀率、耐磨性
第二节 离子交换基本原理
1. 离子交换反应 可逆性 强型树脂的交换反应 弱型树脂的交换反应 2. 离子交换平衡和选择性系数 3. 离子交换速度 控制步骤 表达式 影响因素
物理性能
密度：单位体积树脂的质量。 1. 湿真密度：单位真体积（不包括树脂颗粒间空隙的体积）内湿态
离子交换树脂的质量，g/mL。 湿真密度=湿态树脂质量/湿态树脂的真体积 一般在1.04-1.30。阳离子大于阴离子的。 离子交换树脂的反洗强度、分层特性与其有关。 2. 湿视密度：单位体积内紧密无规律排列的湿态离子交换树脂的质
用寿命。 耐磨性 由于相互摩擦和胀缩作用，产生破裂现象。 一般年损耗应小于3-7%。
化学性能
酸碱性 不溶性的高分子电解质，可电离，使得水溶液具有酸碱性。 强型树脂不受溶液pH影响。 弱型树脂电离能力小。弱酸性树脂在碱性溶液中电离能力大，弱
第二章离子交换树脂
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
离子交换树脂的原理及应用重点阅读
如何筛分混合的阴阳离子交换树脂离子交换树脂的工作原理及优缺点分析将离子性官能基结合在树脂有机高分子上的材料,称之为“离子交换树脂”. 树脂表面带有磺酸 sulfonic acid 者,称为阳离子交换树脂,而带有四级氨离子的,则为阴离子交换树脂.由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子,所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中.见下图离子交换树脂上的官能基虽可去除原水 Feed water 中的离子,但随着使用一段时间之后,因官能基的饱和而导致去离子效率的降低,引发水质劣化的缺点.此外,离子交换树脂本身也是有机物质,使用中会受到氧化分解、机械性破裂、担体流出而造成有机物质的溶出.此外,带有电荷的有机物质也会受到离子交换树脂的吸附,使离子交换树脂很容易受到有机物质的污染 Fouling.而有些微生物由於菌体表面带着负电,也会被阳离子交换树脂所吸附,树脂表面因而成为微生物的繁殖场地,造成纯水的污染.在此同时,微生物所产生的代谢产物也会成为有机物质的污染来源.这些都是使用离子交换树脂时,引发水质劣化而不可不注意的地方.通常失去离子去除能力饱和的离子交换树脂,虽然可以经由酸碱药剂的作用来再生,达到重复使用的目的,但若因为有机物质的吸附污染而造成效率不好时,树脂的去除性能就会降低.此外,依再生用化学药剂的品质不同也会有离子交换树脂本身被污染的风险.因此,超纯水系统所使用的离子交换树脂几乎是不能进行再生处理的.离子交换树脂的原理及应用是什么原理离子交换树脂是一种聚合物,带有相应的功能基团.一般情况下,常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子.当水中的钙镁离子含量高时,离子交换树脂可以释放出钠离子,功能基团与钙镁离子结合,这样水中的钙镁离子含量降低,水的硬度下降.硬水就变为软水,这是软化水设备的工作过程.当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后,树脂的软化能力下降,可以用氯化钠溶液流过树脂,此时溶液中的钠离子含量高,功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合,这样树脂就恢复了交换能力,这个过程叫作“再生”.由于实际工作的需要,软化水设备的标准工作流程主要包括：工作有时叫做产水,下同、反洗、吸盐再生、慢冲洗置换、快冲洗五个过程.不同软化水设备的所有工序非常接近,只是由于实际工艺的不同或控制的需要,可能会有一些附加的流程.任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的其中,全自动软化水设备会增加盐水重注过程.反洗：工作一段时间后的设备,会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物,把这些污物除去后,离子交换树脂才能完全曝露出来,再生的效果才能得到保证.反洗过程就是水从树脂的底部洗入,从顶部流出,这样可以把顶部拦截下来的污物冲走.这个过程一般需要5-15分钟左右.吸盐再生：即将盐水注入树脂罐体的过程,传统设备是采用盐泵将盐水注入,全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入只要进水有一定的压力即可.在实际工作过程中,盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好,所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生,这个过程一般需要30分钟左右,实际时间受用盐量的影响.慢冲洗置换：在用盐水流过树脂以后,用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗,由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换,根据实际经验,这个过程中是再生的主要过程,所以很多人将这个过程称作置换.这个过程一般与吸盐的时间相同,即30分钟左右.快冲洗：为了将残留的盐彻底冲洗干净,要采用与实际工作接近的流速,用原水对树脂进行冲洗,这个过程的最后出水应为达标的软水.一般情况下,快冲洗过程为5-15分钟. 应用1水处理水处理领域离子交换树脂的需求量很大,约占离子交换树脂产量的90%,用于水中的各种阴阳离子的去除.目前,离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上,其次是原子能、半导体、电子工业等.2食品工业离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上.例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后,再经水解反应,产生葡萄糖与果糖,而后经离子交换处理,可以生成高果糖浆.离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理.3制药行业制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用.链霉素的开发成功即是突出的例子.近年还在中药提成等方面有所研究.4合成化学和石油化学工业在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、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.甲基叔丁基醚MTBE的制备,就是用大孔型离子交换树脂作催化剂,由异丁烯与甲醇反应而成,代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅.5环境保护离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上.目前,许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质,这些可用树脂进行回收使用.如去除电镀废液中的金属离子,回收电影制片废液里的有用物质等.6湿法冶金及其他离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属.其他补充：离子交换技术有相当长的历史,某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂.但是,随着现代有机合成工业技术的迅速发展,研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂,并开发了多种新的应用方法,离子交换技术迅速发展,在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用.近年国内外生产的树脂品种达数百种,年产量数十万吨.在工业应用中,离子交换树脂的优点主要是处理能力大,脱色范围广,脱色容量高,能除去各种不同的离子,可以反复再生使用,工作寿命长,运行费用较低虽然一次投入费用较大.以离子交换树脂为基础的多种新技术,如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等,各具独特的功能,可以进行各种特殊的工作,是其他方法难以做到的.离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中.离子交换树脂的应用,是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题,是糖业现代化的重要标志.膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究.离子交换树脂都是用有机合成方法制成.常用的原料为苯乙烯或丙烯酸酯,通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架,再在骨架上导入不同类型的化学活性基团通常为酸性或碱性基团而制成.离子交换树脂不溶于水和一般溶剂.大多数制成颗粒状,也有一些制成纤维状或粉状.树脂颗粒的尺寸一般在～范围内,大部分在～之间.它们有较高的机械强度坚牢性,化学性质也很稳定,在正常情况下有较长的使用寿命.离子交换树脂中含有一种或几种化学活性基团,它即是交换官能团,在水溶液中能离解出某些阳离子如H+或Na+或阴离子如OH－或Cl－,同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子.即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换,从而将溶液中的离子分离出来.离子交换树脂的品种很多,因化学组成和结构不同而具有不同的功能和特性,适应于不同的用途.应用树脂要根据工艺要求和物料的性质选用适当的类型和品种.离子交换树脂的处理方法新购树脂常残存较多有机溶剂,低分子聚合物及有机杂质,使用前必须尽量除去,否则将影响树脂的使用寿命.1．将树脂放在一大桶内,先用清水漂洗干净,滤干.2．用80%~90%工业乙醇浸泡24小时,洗去树脂内的乙醇溶性有机物然后抽干滤液供回收乙醇.3．用40~50℃的热水浸泡2小时,洗涤几次后,再浮选或筛选出粒度合适的树脂.目的是洗去树脂内的水溶性杂质和乙醇味.然后抽干.4．用4倍于树脂量的2摩尔/升盐酸1：5溶液浸泡处理2小时要经常翻动,目的是洗去酸溶性杂质.用蒸馏水或自来水洗至中性,抽干.5．用4倍于树脂量的2摩尔/升8%氢氧化钠溶液浸泡2小时需经常翻动,目的是洗去碱溶性杂物.用蒸馏水或自来水洗至中性,抽干,备用.6．如果是阴离子树脂,可转型为C1型或OH型,用盐酸按上法处理一次即可；如是阳离子树脂,可转为H型或Na型,用氢氧化钠按上法处理一次即可.再生,用过的树脂.如希望阳离子树脂为H型、Na型或NH4型,则可分别用盐酸、氢氧化钠或氢氧化铵处理；要使阴离子树脂为C1型、OH型,则可用盐酸或氢氧化钠分别处理.树脂宜保存于阴凉处,但不宜深冻,因深冻会破坏树脂的内部结构.短期存放可置于1摩尔/升盐酸或氢氧化钠溶液中.长期存放可加入适量防腐剂封存.遇到树脂长霉,可用1%甲醛浸泡1小时后,再漂洗干净,然后进行再行处理.详见离子交换树脂的还原方式如果您是再生用于软化的阳树脂,即通过置换的方法使水的硬度降低的,则用工业盐进行再生Nacl,使用量依照树脂量的多少和树脂品牌来计算,再生周期和频率依树脂再生效果和处理水量来定,浓度一般在10%.用盐的原因是盐中的NA离子可以把水中的钙和镁置换出来,此时的树脂只是一个置换的载体,再生后,置换出来的高浓度氯化钙和氯化镁被排出,树脂中的无数看不见的小孔被纳塞满可置换出水中的钙和镁,游离到水中,当置换达到饱和后,就不能进行吸附了,此时再重复再生的步骤已达到软化水质的目的.如果是混床,即MB中使用,内装阴阳两种树脂则需要用盐酸及液碱分别或同时进行再生,废水从中排管中流出,通过交换,盐酸中的H+离子和液碱中的OH-将水中的其他阴阳离子置换而产出更高要求纯度的水,一般都在35%的浓度,同样再生量根据树脂量和再生方法不同而略有差异.再一种就是分床,和混床差不多,只是将两个床的树脂分开,有的用来去除水中固定的金属离子,比如汞,铜等,有的在两塔中加一个脱气塔,吹出CO2以降低水中的溶解二氧化碳以提高水的纯度,我们叫KDA,阳离子用盐酸或硫酸,根据脱除金属离子的不同而选择,如果是阴离子一般都用碱.软化再生时一般用自动再生头时间型或流量型混床一般用PLC编程控制气动或电动阀门来进行再生,也有一些老的设备是手动再生的,方法都差不多,只是人操作每次的再生药剂量和效果差异较大.水处理乃高深学问,几句话也没法表述清楚,还是建议找正规的厂家来处理比较合适.各类离子交换树脂的再生方法再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用,并适当地选择价格较低的酸、碱或盐.1、大孔吸附树脂简单再生的方法是用不同浓度的溶剂按极性从大到小剃度洗脱,再用2~3BV的稀酸、稀碱溶液浸泡洗脱,水洗至PH值中性即可使用.2、钠型强酸性阳树脂可用10%NaCl 溶液再生,用药量为其交换容量的2倍用NaCl量为117g/ l 树脂；氢型强酸性树脂用强酸再生,用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物.为此,宜先通入1～2%的稀硫酸再生.3、氯型强碱性树脂,主要以NaCl 溶液来再生,但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出,故通常使用含10%NaCl + %NaOH 的碱盐液再生,常规用量为每升树脂用150～200g NaCl ,及3～4g NaOH.OH型强碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生.4、一些脱色树脂特别是弱碱性树脂宜在微酸性下工作.此时可通入稀盐酸,使树脂 pH值下降至6左右,再用水正洗,反洗各一次.干的离子交换树脂如何溶胀,谢谢离子交换树脂是亲水性高分子化合物,当将干的离子交换树脂侵入水中时,其体积常常要变大,这种现象称为溶胀,使离子交换树脂含有水分.由于树脂具有这种性能,因而在其交换和再生过程中会发生胀缩现象,多次的胀缩就容易促使颗粒破裂.影响离子交换树脂溶胀的因素有：1交联度.高交联度树脂的溶胀能力较低.2活性基因.活性基因团易电离,即交换容量越高,树脂的溶胀性越大.3溶液浓度.溶液中电解质浓度越大,树脂内外溶液的渗透压反而减小,树脂的溶胀就小,所以对于“失水”的树脂,应将其先侵泡在饱和食盐水中,使树脂缓慢膨胀,不至破碎,就是基于上述道理.一般讲,强酸性阳离子交换树脂由Na型变成H 型,强碱阴离子交换树脂由CL型变成OH型,其体积均增加约5%.。
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。
离子交换树脂原理及使用方法
离子交换树脂原理及使用方法以离子交换树脂原理及使用方法为题，本文将介绍离子交换树脂的基本原理、分类、应用以及使用方法。
一、离子交换树脂的原理离子交换树脂是一种能够与溶液中的离子发生交换反应的高分子材料。
其原理基于离子交换反应，通过树脂中的功能基团与溶液中的离子发生化学反应，将溶液中的离子吸附到树脂上，并释放出与之相对应的离子。
离子交换树脂的功能基团可以是酸性基团或碱性基团，根据功能基团的不同，离子交换树脂可以分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
二、离子交换树脂的分类1. 阴离子交换树脂：阴离子交换树脂是具有具有碱性功能基团的树脂，能够吸附溶液中的阴离子。
常见的阴离子交换树脂有强碱性树脂和弱碱性树脂。
强碱性树脂通常是以季胺基或氨基作为功能基团，具有较高的离子交换容量和较强的吸附能力；弱碱性树脂则是以胺基或次胺基作为功能基团，离子交换容量和吸附能力较强碱性树脂较低。
2. 阳离子交换树脂：阳离子交换树脂是具有具有酸性功能基团的树脂，能够吸附溶液中的阳离子。
常见的阳离子交换树脂有强酸性树脂和弱酸性树脂。
强酸性树脂通常是以磺酸基或磷酸基作为功能基团，具有较高的离子交换容量和较强的吸附能力；弱酸性树脂则是以羧基或酚基作为功能基团，离子交换容量和吸附能力较强酸性树脂较低。
三、离子交换树脂的应用离子交换树脂在各个领域都有广泛的应用，主要包括水处理、制药、食品加工、环境保护等方面。
1. 水处理：离子交换树脂可用于去除水中的阳离子或阴离子，从而净化水质。
常见的应用包括软化水、去除重金属离子和放射性核素等。
2. 制药：离子交换树脂可用于药物的分离纯化、药物吸附和药物释放控制等方面。
在制药工业中，离子交换树脂广泛应用于药物的纯化和分离、药物固定化以及药物缓释等方面。
3. 食品加工：离子交换树脂可用于食品加工中的脱色、脱苦味、去除重金属离子等。
例如，可用于提取咖啡因、去除苦味物质和脱色等。
4. 环境保护：离子交换树脂可用于废水处理、废气治理和固体废物处理等方面。
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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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
3
1.1 概述
① 发展史
1935年英国Adams
C H
CH2
d. 苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂
H CH2 CH CH2 C
(CH3)2N CH2
C H
CH2
8
1.2 离子交换树脂的合成
① 苯乙烯型 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）
磺化：
CH2 CH
-N+
季铵基
CH2CH2OH
3
弱碱
-N H 2,-N H R ,-N R 2
伯，仲，叔 氨基
4
螯合
H2C
CH2COOH N
CH2COOH
胺羧酸
5
两性
(-N + (C H 3 )3, -C O O H ) 强碱弱酸型
6
氧化还原
(-CH2SH)
HO
OH
硫醇基 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
C a 2 +
2 N a H C O 3
2 R S O 3 -N a + + M g 2 +
S O 4 2 2 C l-
2 R S O 3 M g 2 +
N a 2 S O 4 2 N a C l
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）
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）
ρT（骨架密度）=干态质量/干态体积,g/ml
（骨架）
单位体积的离子基团的量
④ 交换容量：QT = 单位质量£(体积)树脂 , mmol/g
⑤ 离子交换选择性：
对不同离子的选择性，例
P = ρaVp = 1 -
ρa 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）
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。
C a 2 + 2 H C O 3 -
③ 常用离子交换树脂的化学结构
a. 苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂
H CH2 C
H CH2 C
SO3-Na+
C H
CH2
强酸与阳离子交换，交联
b. 丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂
H
H
CH2 C CH2 C
COOH
CH CH2
7
c. 苯乙烯系强碱性I型阴离子交换树脂
H CH2 CH CH2 C
Cl-(CH3)3N+ CH2
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
代号
表1 离子交换树脂的种类
分类名称
功能基
说明
0
强酸
-SO3H
磺酸基
1
弱酸
-C O O H ,-PO 3H 3
膦酸基
(CH3)2
2
强碱
-N+(CH3)3 ,
(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
S=
m1
m1+m2 （m1正常圆球质量， m2破损粒子质量）
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
（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）
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
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
H2SHale Waihona Puke 4CH2 CHSO3H
9
氯甲基化： （作前体）
CH2 CH
ClCH2OCH3 ZnCl2
再羧酸化：
CH2 CH
CH2Cl
氧 化
HNO3
CH2 CH
COOH 10
季铵化：
CH2 CH
叔胺
(CH3)3N
三甲胺
CH2Cl
(CH3)2NC2H5OH
N,N-二甲基乙醇胺
CH2 CH
CH2N+(CH3)3ClCH2 CH
缩 聚
甲 醛 + 苯 酚
离 子 交 换 树 脂
O H
H 2SO 4
O H
H C H O C 6H 5O H
O H
O H
H 2C
C H 2
C H 2
S O 3H
S O 3H
C H 2
特点：i. 带有可离子化的基团SO3-
ii. 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。
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） 反应式：
19
CH2N+(CH3)2ClCH2CH2OH 11
② 丙烯酸型
i. 丙烯酸酯 + DVB 共聚交联 水解 弱酸性阳离子交换
H2C CH
CO OCH3
HC CH2
BPO 自由基悬浮共聚
CH CH2
H CH2 C CH2 CH
OC
OCH3
CH CH2
1.H2O/NaOH 2.H+水解
H CH2 C CH2 CH
OC
OH
CH CH2
（弱酸性阳离子型）
12
ii. 弱碱阴离子型交换树脂
C H 2 C H
C
O
H 2 N (C H 2 C H 2 N H )n H
多胺
O C H 3
③ 缩聚型
i. 阳离子型
C H 2 C H CO N H (C H 2 C H 2 N H )H
苯酚 磺化
醛 磺化酚醛缩合物（1935）
交联
ii. 阴离子型（芳胺+醛）
13
NH2
NH2
HCHO NH2
间苯二胺
H N CH2
CH2
NH CH2
（醛与苯环、氨基均可缩合成交联结构）
NH CH2
iii. 弱酸阳离子型
含COOH，酚 + 甲醛
CH2
HO
OH
CH2 COOH
14
1.3 离子交换树脂的性能
① 粒度（珠状颗粒型）：0.315-1.2mm