离子交换树脂的种类和性能
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
发展史
特殊基团
基本概念
离子交换树脂的构成
基本概念
离子交换树脂的制备
离子交换树脂骨架的制备
基本概念
离子交换树脂的制备
苯乙烯系阳离子交换树脂的制备（磺化反应）
基本概念
离子交换树脂的制备
固体球形颗粒，多孔网状 结构；不溶于水；具有离子交换 特性的有机高分子聚电解质。
苯乙烯(单体) +
二乙烯苯(交联剂)
基本概念
离子交换树脂的特性
物理性能 ：
(1)外观。
(2)颗粒度。
(3)含水量。
(4)密度。
1)湿真密度。
2)湿视密度。
（5)机械强度。
（6)耐热性
化学性能： (1)交换反应的可逆性 (2)酸、碱性 (3)选择性。 (4)交换容量。 1)全交换容量。 2)工作交换容量。
基本概念
离子交换树脂的特性
✓ 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 结构的功能高分子化合物.
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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：
离子交换树脂的原材料种类
离子交换树脂的原材料种类离子交换树脂是一种常见的用于水处理、化学分离和催化等领域的材料，其主要用途是通过交换树脂表面固定的正负离子来进行离子交换反应。
离子交换树脂的原材料种类主要包括聚合物基材料、交联剂和功能基团。
以下是关于离子交换树脂原材料的常见种类的详细介绍。
1.聚合物基材料：聚合物基材料是构成离子交换树脂的重要组成部分，常见的聚合物基材料有：聚苯乙烯（PS）：是制备阳离子交换树脂的常用基材料，具有高度的化学稳定性和机械强度。
聚丙烯（PP）：也是一种常用的络合基材料，具有良好的物理性能和化学稳定性。
聚砜（PSU）：是一种高温树脂，可以用于制备高温环境下的离子交换树脂。
聚氯乙烯（PVC）：适用于制备阴离子交换树脂，具有良好的化学稳定性和可塑性。
2.交联剂：交联剂是用于增加离子交换树脂结构稳定性和机械强度的一种物质，常用的交联剂包括：二氧化硫（SO2）：是一种常用的交联剂，可以与聚合物基材料中的双键反应，形成交联结构。
二氯甲烷（CH2Cl2）：是另一种常用的交联剂，可用于聚合物基材料的溶剂交联反应。
四甲基丙烯酰亚胺（TMPTA）：是一种常用的适用于UV光聚合的交联剂，可用于制备高度交联的离子交换树脂。
3.功能基团：功能基团是决定离子交换树脂特性和离子交换能力的关键组成部分，常用的功能基团有：强酸性基团：如磺酸基团（-SO3H），可用于制备阳离子交换树脂。
弱酸性基团：如胺基团（-NH2），可用于制备阴离子交换树脂。
功能化基团：如亲电基团、亲和基团、氧化还原基团等，可用于制备特殊功能的离子交换树脂，如亲水性、选择性吸附等。
总结：离子交换树脂的原材料种类主要包括聚合物基材料、交联剂和功能基团。
聚合物基材料常见的有聚苯乙烯、聚丙烯、聚砜和聚氯乙烯等；交联剂常见的有二氧化硫、二氯甲烷和四甲基丙烯酰亚胺等；功能基团主要包括强酸性基团、弱酸性基团和功能化基团。
这些原材料的不同组合和配比决定了离子交换树脂的特性和性能。
离子交换树脂的理化性能及使用指南
一、离子交换树脂的物理性能1.外观离子交换树脂的外观包括：颗粒的形状、颜色、完整性以及树脂中的异样颗粒和杂质等。
目前各种产品标准外观指标见表4-1。
表4-1水处理用离子交换树脂外观2.水溶性浸出物将新树脂样品浸泡在水中，经过一定时间以后，可以在水中发现从树脂中浸出许多水溶性杂质，最明显的是聚苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂。
一般只要有几天时间，浸泡树脂的水就呈棕色，时间越长颜色越深。
水的颜色一般是由生产中残留的低聚物和化工原料形成。
浸出物的性质一般表现如下：1）阴离子交换树脂的浸出物呈阳离子性质，其中主要有胺类和钠。
水溶性浸出物2）强酸性阳离子交换树脂的浸出物为低分子磺酸盐，这已为色谱法测定（浸出物的氧化物是硫酸根）所证明。
低分子硫酸盐可溶于水中，不断从阳树脂中释放出来，它会污染阴树脂，因此必须控制浸出物的含量。
食品工业、核工业等对树脂的水溶性浸出物有一定的限制。
随着人们对水质的不断提高，对一般工业所使用的树脂的水溶性浸出物允许量也会有所限制。
近年来，人们愈来愈重视强酸性阳离子交换树脂水溶性浸出物的危害，并要求对其进行定量测定。
因此，在新树脂投入使用初期，最好先进行1至2周期的试运行，尽量清洗树脂中的水溶性浸出物，在使用一段时间后，可取出阳树脂，进行水溶性浸出物的测定，以了解对阴树脂的污染状况。
3.含水量指单位质量树脂所含的非游离水分的多少，一般用百分数表示。
一定离子型的离子交换树脂颗粒内的含水量是树脂产品固有的性质之一。
它用单位质量的、经一定方法除去外部水分后的湿树脂颗粒内所含水分的百分数来表示。
离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素有关。
树脂在使用中如果发生链的断裂、孔结构的变化、交换容量的下降等现象，其含水量也会随之发生变化。
因此，从树脂含水量的变化也可以反映出树脂内在质量的变化。
将干态的离子交换树脂颗粒放在水中，它就会不断地汲取水分，一定时间后，其吸收的水量达到稳定值，此时的含水量称为平衡含水量。
离子交换分离法(一)
离子交换分离法（一）离子交换分别(ionexchangeseparation)是利用离子交换剂与试液中的离子之间发生交换作用举行分别的办法，是分析化学中重要的分别办法之一。
离子交换分别法的分别效果很高，常用于富集微量的元素、除去干扰元素以及分别性质相近的元素等，还可以用来制备纯化去离子水。
但离子交换分别操作较棘手，周期较长。
离子交换剂的种类无数，主要分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类。
目前分析化学中应用较多的是有机离子交换剂，即离子交换树脂(ionexchangeresin)。
一、离子交换树脂及其性能 1．离子交换树脂的种类与结构 (1)离子交换树脂的种类离子交换树脂是一种具有网状结构的高分子聚合物，性质稳定，难溶于普通溶剂。
树脂网状结构的骨架上带有活性基团(交换基团)，可以与溶液中的离子发生交换。
依所含可交换的活性基团及其酸碱性强弱的不同，离子交换树脂可以分成以下四类：阳离子交换树脂{嚣篙藿嚣喜季萎曩藉誓阴离子交换树脂{雾蓑篆器霎季篓曩署鉴阳离子交换树脂带有酸性的活性基团，其中的阳离子可被溶液中的阳离子所交换，假如活性基团是强酸性的一S03H，则R—SO3H树脂为强酸性阳离子交换树脂；假如活性基团是一COOH和一OH等弱酸性基团，则RCOOH和ROH为弱酸性阳离子交换树脂。
阴离子交换树脂带有碱性的活性基团，其中的阴离子可被溶液中的阴离子所交换，假如碱性的活性基团是季铵基闭=N一，如R—N(CH3)3OH，则为强碱性阴离子交换树脂；假如活性基团是其他碱性较弱的氨基如R—NH2等，则为弱碱性阴离子交换树脂： (2)离子交换树脂的结构以常用的聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂为例。
这类树脂是一种由苯乙烯和二乙烯苯经聚合和磺化而成的带有一SO3H的高聚物。
从图20—3所示的结构可以看出，在高聚物中有无数长的碳链，而碳链之间又通过苯环相连，形成了网状结构。
其中的磺酸基一SO3H是离子交换树脂中的活性基团，溶液中的阳离子可以蔓延到网状结构的内部，同活性基团中的H+举行交换。
离子交换树脂工作温度
离子交换树脂工作温度离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、生物制药和食品饮料等领域的重要材料。
它通过将离子交换树脂与水中的杂质离子进行物理或化学吸附交换，从而实现水质的净化和纯化。
离子交换树脂的工作温度是影响其性能和应用范围的重要因素之一。
本文将从离子交换树脂的类型、结构和应用领域入手，探讨其工作温度对性能和应用的影响，并介绍常见的工作温度范围及其适用条件。
离子交换树脂根据其交换作用的性质可以分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂两大类。
阴离子交换树脂通常是弱碱性或强碱性树脂，它们能够吸附水中的酸性物质，如硝酸盐、氯化物等。
而阳离子交换树脂则是弱酸性或强酸性树脂，能够吸附水中的碱性物质，如钙离子、镁离子等。
这两种类型的树脂在不同的工作温度下表现出不同的吸附性能和稳定性。
一般来说，离子交换树脂的工作温度范围在5°C~60°C之间，但不同的类型和品牌的树脂可能会有所不同。
离子交换树脂的结构对其工作温度有着重要的影响。
通常来说，树脂的稳定性和吸附性能与其交联程度、孔隙结构和表面化学性质有关。
较为粗糙的孔隙结构和丰富的活性表面使得树脂在较高温度下有更好的吸附能力，而高度交联的树脂在较高温度下能够更好地保持其结构稳定性。
在选择离子交换树脂时，需要考虑其适用的工作温度范围，以充分发挥其吸附和分离功能。
在水处理领域，离子交换树脂主要被应用于软化水、去除重金属离子等方面。
对于软化水而言，一般的工作温度范围为25°C~50°C之间。
在此温度范围内，离子交换树脂能够有效地去除水中的硬度离子，提高水质。
而在去除重金属离子的应用中，由于重金属离子通常在高温下更容易被吸附，因此部分应用需要在较高温度下进行，一般工作温度范围为40°C~60°C。
不同的场景和具体要求会有所不同，需要根据实际情况做出相应调整。
在化工和生物制药领域，离子交换树脂通常用于离子交换色谱、蛋白质纯化等方面。
离子交换分离树脂
离子交换树脂概述离子交换树脂有多种类型，其分类方法也没有统一的规定，主要有：按树脂骨架的主要成分可分为聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂、环氧氯丙烷型多乙烯多胺型树脂、酚一醛型树脂等；按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；按骨架的物理结构常分为凝胶型树脂即微孔树脂、大网格树脂即大孔树脂，有的还有均孔树脂；按活性基团分为阳郭交换树脂和阴离子交换树脂等等。
其中常见是是按活性基团及骨架的物理结构的方法分类，因活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别；而骨架的物理结构在树脂的交换使用中影响较大。
按不同活性基团的种类进行分烃，主要的是阳离子和阴离子交换树指，其次也还有一些其他种类的树脂。
1、阳离子交换树脂阳离子交换树脂的活性基团能解离出阳离子，而其作为交换的离子可与溶液中的其他阳离子发生交换。
阳离子交换剂，相当于高分子的多元酸。
因活性基团的电离程度强弱不同又有强酸性和弱酸性阳离子交换树脂的区别。
强酸性阳离子交换树脂磺酸基团和次甲基磺酸基团都是强酸性基团，它们容易在溶液中离解出氢离子，故呈强酸性，且离解后的负电基团，能吸附结合溶液中的其他阳离子而发生交换反应。
这类树脂对酸、碱和各种溶剂都比较稳定，离子交换不受溶液PH值变化的影响，适用面广泛。
常用强酸进行再生处理，但强酸性树脂与氢离子的结合力较弱故再生成氢型树脂时比较困难且耗酸量较大。
强绝不能性树脂主要用于水处理和制药工业中。
弱酸性阳离子交换树脂带有羧酸基、氧乙酸基团的交换树脂，是常见的弱酸性阳离子交换树脂。
这种树脂的离解性即酸性较弱，在低PH下难以离解和进行离子交换，只在碱性、中性或微酸性溶液中发生交换反应。
其交换容量大，容易再生成氢型，但其交换能力弱，速度慢；化学和热稳定性差。
这类树脂亦是用酸进行再生，在制药工业中使用较多。
2、阴离子交换树脂阴离子交换树脂的活性基团能解离出阴离子，而其作为交换离子可与溶液中的其他阴离子发生交换。
阴离子交换剂，相当于高分子的多元碱。
离子交换除盐课件
4-4离子交换设备
• 阴（阳）离子交换床主体 结构图：
• • • • • • • • 1）进水装置（布水器） 均匀分布进水，收集反洗水。 2）中排装置 均匀排出再生液，防止树脂 乱层，流失。 3）出水装置 均匀收集处理好的水，均匀 分布反洗水。 4）压脂层 截留水中的悬浮物质，防止 树脂在逆流再生过程中乱层。
• •
• • • •
4.3影响再生效果的因素
• 1 再生剂 • 2 再生方式 • 3 再生剂的用量
再生剂用量不足,树脂的再生度低,交换容量小,制水周期缩短,自 耗水量增大.再生剂用量越多,树脂的再生程度越高,再生交换容 量越接近于全交换容量.但当再生剂的比耗增大到约4 倍理论量 后,再生程度不会再有明显提高.再生剂的利用率越来越低.所以 采用过高的的再生剂的比耗是不经济的.
再生剂的单耗.是指恢复交换剂1摩尔的交换容量,所消耗 再生剂的克数.用食盐再生时称为盐耗,用盐酸再生称 为酸耗. 符号W. W= G/(Cj-Cc)V g/moL G-再生一次所用纯再生剂的质量 Cj-进水离子浓度 Cc-出水离子浓度 比耗.是指恢复树脂1摩尔的交换容量,实际用纯再生剂的 量与理论量之比.也即再生剂用量为树脂工作交换容量 理论量的倍数.符号R R = W/M M-再生剂的摩尔质量g/moL 再生剂的比耗总是大于1.
4-2. 离子交换器的再生步骤
• • • • • • • • • 无顶压逆流再生操作 1小反洗 大反洗(一般连续运行10-20周期进行一次) 清除树脂上层沉积的悬浮物,破碎树脂颗粒.反洗排出水中不应含有效树脂颗 粒,反洗至水质澄清为止. 2.放水 让树脂借助重力自然沉降,使树脂表面平坦. 3.进再生液 用较高浓度的再生剂对失效树脂进行还原.(大反洗周期再生剂用量加倍) 要求控制进口、出口阀门流量平衡,不允许排出液流量大于进再生液的流量. 以免再生液发生偏流.严格控制进再生液的百分浓度.采用现场取样打比重,或 在线浓度计进行分析.控制进再生液时间不能低于30分钟.(不包括小型钠离 子自动交换器) 4.置换(逆洗) 停止进再生液,但保持进水流量不便,继续进水15-30分钟.让交换器内再生液 继续进行交换反应, 5.小正洗 冲洗树脂上层残留再生液 6.大正洗 加大进水与排水流量,将残余的再生液和反应产物排出交换器. 正洗至出水硬度合格.(钠型树脂硬度小于0.03毫摩尔⁄ 每升.氢型树脂不含 硬度)
离子纯化树脂选择
离子纯化树脂选择
离子纯化树脂是一种用于分离和纯化蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的工具。
根据不同的分子结构和性质，可以选择不同种类的离子纯化树脂来实现分离和纯化。
以下是一些常用的离子纯化树脂及其适用范围：
1. 阴离子交换树脂：适用于分离带有阳离子的大分子，如酶、蛋白质等。
2. 阳离子交换树脂：适用于分离带有阴离子的大分子，如DNA、RNA、核蛋白等。
3. 层析树脂：适用于分离和纯化多种不同性质的大分子，如离子交换作用、亲和作用、分子筛作用等。
4. 亲和树脂：适用于分离和纯化具有特异性结合关系的大分子，如抗体、蛋白质等。
在选择离子纯化树脂时，需要考虑样品的性质和分离的目的。
同时，还需要注意树脂的物理性质和操作方法，以确保分离和纯化的效果和稳定性。
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hco-3饱和的阴离子交换树脂
hco-3饱和的阴离子交换树脂HCO-3饱和的阴离子交换树脂是一种常用于水处理和化学工艺中的材料。
本文将介绍阴离子交换树脂的性质、应用以及操作注意事项。
阴离子交换树脂是一种具有良好吸附能力的材料，可以吸附溶液中的阴离子。
HCO-3饱和的阴离子交换树脂特指饱和了碳酸氢根离子（HCO-3）的阴离子交换树脂。
碳酸氢根离子是一种常见的阴离子，存在于许多水体和溶液中。
阴离子交换树脂的应用十分广泛。
在水处理领域，它可以用于去除水中的阴离子污染物，如硝酸盐、硫酸盐、氯离子等。
在化学工艺中，阴离子交换树脂可以用于分离和纯化溶液中的阴离子物质。
此外，阴离子交换树脂还可以用于制备高纯度的化学品和药物。
使用HCO-3饱和的阴离子交换树脂进行离子交换操作时，需要注意以下几点。
首先，要选择适当的树脂类型和粒径，以满足不同溶液中阴离子的吸附需求。
其次，树脂的饱和度需要控制在适当范围内，避免树脂的过度吸附或失效。
此外，操作过程中要控制溶液的流速和pH值，以提高吸附效率和树脂的使用寿命。
最后，在树脂饱和后，需要进行树脂的再生或更换，以保证其长期稳定的吸附性能。
阴离子交换树脂的性能和应用受到多种因素的影响。
其中，树脂的孔隙结构和化学组成是影响树脂吸附性能的重要因素之一。
此外，溶液的温度、浓度和pH值等因素也会对树脂的吸附性能产生影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的阴离子交换树脂材料和操作条件。
HCO-3饱和的阴离子交换树脂是一种重要的水处理和化学工艺材料。
它具有良好的吸附能力，可以去除水中的阴离子污染物，并用于分离和纯化溶液中的阴离子物质。
在使用阴离子交换树脂时，需要注意选择适当的树脂类型和粒径，控制树脂的饱和度和操作条件，以保证其有效的吸附性能。
通过合理应用阴离子交换树脂，可以改善水质和提高化工产品的纯度，具有重要的实际应用价值。
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离子交换树脂的种类和性能
1.阴离子交换树脂：
阴离子交换树脂能吸附溶液中的阴离子。
常用的阴离子交换树脂有三种类型：强酸型、强碱型和弱碱型。
-强酸型树脂，如固体硫酸和聚苯乙烯磺酸型树脂，能够在酸性条件下吸附和释放阴离子，具有较高的吸附容量和离子选择性。
-强碱型树脂，如四乙基溴化铵凝胶型树脂和胺基聚合物树脂，能够在碱性条件下吸附和释放阴离子，具有较高的吸附容量和离子选择性。
-弱碱型树脂，如丙烯酸型树脂和聚乙烯亚胺树脂，对酸性和碱性条件下的阴离子都有吸附能力，但相对选择性较弱。
2.阳离子交换树脂：
阳离子交换树脂能吸附溶液中的阳离子。
常用的阳离子交换树脂有两种类型：强酸型和强碱型。
-强酸型树脂，如聚苯乙烯磺酸型树脂和马来酸酯型树脂，能够在酸性条件下吸附和释放阳离子，具有较高的吸附容量和离子选择性。
-强碱型树脂，如四乙基溴化铵凝胶型树脂和胺基聚合物树脂，能够在碱性条件下吸附和释放阳离子，具有较高的吸附容量和离子选择性。
- 吸附容量：树脂能够吸附的离子量，一般以等效氢离子交换量（eq/L）来表示。
吸附容量越大，说明树脂能够处理的溶液浓度越高。
-选择性：树脂在吸附离子时的选择性，即特定离子与树脂的相对亲和力。
选择性越高，树脂对特定离子的吸附能力越强。
-交换速度：树脂对离子的吸附和释放速度，一般与树脂的孔径和内部扩散有关。
交换速度越快，树脂的处理效率越高。
-耐热性：树脂在高温条件下的稳定性。
一些特殊用途的树脂需要能够耐受较高温度的操作和再生条件。
-耐化学性：树脂对酸碱溶液和有机溶剂等的稳定性。
树脂需能够在不同的化学环境中稳定工作，而不受化学物质的破坏。
-再生性：树脂吸附的离子可以通过适当的方法进行释放，使树脂得以再生和重复使用。
再生性能越好，树脂的经济性越高。
总之，离子交换树脂的种类和性能多种多样，可以根据不同需求选择合适的树脂应用于各种领域，广泛提高工业生产和环境水质的处理效率。