阴离子交换树脂

凝胶结构 (透明)
SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO3H SO H 3 SO3H SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
均匀的微孔分布 均匀的官能团分布 便于均相离子交换 典型交联度: 4 - 10%
大孔结构
大孔型树脂粒子 不透明 内表面积 800 m2/g 微孔孔径 2 nm 大孔孔径 100 nm 外表面积 200 - 400 cm2/g
- NR3+ - NH2 / - NR2
溶液中的离子交换动力学
完全电离 SAC, SBA H+ H+ H+ H+
H+
H+
H+ H+
Na+ Na+ Na+ Na+ Na+
强酸型 SO3- H+完全电离
H+ H+ H+ + H H+ H+ H+ H+ + + + H H H H+ H+ H+ + + H H + + + H H H + + H H H+
SO 3H SO 3H
树脂形态 基体: 二乙烯基苯交联聚苯乙烯
结构
凝胶微孔结构
微孔: < 2 nm 孔径 ( 凝胶型 ) 中等孔: 2-50 nm 孔径 大孔: > 50 nm 1nm =10-9 m
局部凝胶整体大孔结构
凝胶结构
凝胶型树脂粒子 透明 无内表面 微孔孔径 3 nm 外表面积 200 - 400 cm2/g
NHCH 2 PO 3 H 2
强碱
NR 3 + X -
螯合树脂Байду номын сангаас
S 2
NH - C - NH
弱碱
NR 2
钯掺杂
Resin group
结构
离子交换树脂的离子基团键和在高聚物基体上:
阳离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 - SO3- COO -
强碱性阴离子交换树脂 弱碱性阴离子交换树脂
H+
+ Na Na+
Ca2+ Al3+
进水
什么是离子?
阳极
通直流电
阴极
+
盐: ( NaCl )
-
阳离子 Na+ K+ NH4+ Ca2+ Mg2+
Cl-
Na+
阴离子 ClNO3SO42HCO3SiO2
当酸，碱，盐 (电解质 ) 溶于水中时, 它们以等摩尔量的正电荷粒子与负电荷粒子的形式进入水中（电离）。 电解质在水中不会以分子状态存在。 带电粒子在水中无规分布并可以自由移动。这些带电粒子被称为离子 。
氧化剂: 双氧水, 液氯，三价铁，氧气 氧化剂使交联键断裂
解交联机理
SO 3H SO SO 3H SO 3H 3H
H
SO SO SO 3H 3H SO 3H 3H
O
O H OH
SO 3H
SO 3H
HO - OH O 2 . + . OH HO
SO 3H SO 3H SO 3H SO 3H
SO 3H SO 3H
离子交换树脂
什么是离子交换树脂? • 离子: 带有负电荷可水解的物质
• 交换:
• 树脂:
化学反应过程
高聚物
可以发生化学反应的功能高分子
离子交换树脂
离子交换树脂的分类
•有机合成高聚物, 如. 苯乙烯-丁二烯
•粒子结构：凝胶型，大孔型
•粒径分布：单分散，多分散
•官能团：酸性（强或弱），碱性（强或弱）
交联度
大孔， 空穴使得水或反应物 在粒子内的扩散更加迅速
凝胶相有大的表面积
大孔结构 (不透明)
聚合反应时存在惰性溶剂 (致孔剂)，反应结束后使溶剂挥发，大孔便形成了 典型交联度: 12 - 20%
树脂官能化
强酸
SO 3 H
CH 2 CO 2 H 螯合树脂 N
CH 2 CO 2 H
弱酸
CO 2 H
螯合树脂
再生 ( 强酸性 ):
2R - CO2H + CaSO4
R - SO3Na + HCl
reversible
R - SO3H + NaCl
强酸型阳离子交换树脂的选择性
Al3+ > Ba2+ > Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ > Cd2+ > Cu2+ > Co2+ > Zn2+ > Fe2+ > Mg2+ > Mn2+ > Ag+ > K+ > NH4+ > Na+ > Li+ > H+
失效 ( 弱酸性 ):
2R - CO2H + CaSO4
2R - CO2H + CaHCO3 R - CO2H + NaOH
2R - CO2Ca + H2SO4
2R - CO2Ca + HOH + CO2 R - CO2Na + HOH
结构
阳离子交换树脂的再生
再生 ( 弱酸性 ):
2R - CO2Ca + H2SO4
选择性 Na > H
穿过带电荷的膜快速扩散
H+
H+
耐斯特层 (快速膜渗透动力学)
溶液中的离子交换动力学
完全电离 SAC, SBA H+ H+ H+
H+
H+
H+ Na+
H+ H+ H+ H+
H+ H+ H+ + + H H Na+ H+ H+ H+ + + H H Na+ H+ H+ H+ + + H H Na+ + + H+ H H+ H Na+ + + H H
产品
Selectivity Coefficient DVB 4% 8% 12% 16% H+ Na+ NH4+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ 1 1,3 1,6 2,4 3,4 3,85 6,15 1 1,5 1,95 2,5 3,9 4,95 8,7 1 1,7 2,3 2,6 4,6 6,25 11,6 1 1,9 2,5 2,8 5,8 8,1 16,5
H+ H+
H+
H+
H+
Na+ H+
H+
H+ H+ H+
Na+
+ H+ H
达到工作交换量后发生离子泄漏
耐斯特层 (快速膜渗透动力学)
结构
阳离子交换树脂的电解:
解离 ( 弱酸性 ):
R - COOH
解离 ( 强酸性 ):
R - COO
-
+
H
+
R - SO3H
R - SO3
-
+
H
+
结构
弱酸性阳离子交换树脂的反应:
SO 3H SO 3H
SO 3H SO 3H
交联度 = 二乙烯基苯在基体中的摩尔分数 其它交联剂
O
O
SO 3H
交联度范围: 0.5 - 80% 典型值: 4 - 20% 交联使得树脂能够保持稳定的形态 在非氧化性介质中树脂不溶解 在不同极性的溶剂中树脂或溶胀或收缩
SO 3H SO 3H SO 3H SO 3H
快速的离子交换
H+
耐斯特层 (快速膜渗透动力学)
溶液中的离子交换动力学
完全电离 SAC, SBA
H+ H+ H+ H+ H+ Na+ H+
H+
H+ H+ H+
粒子内部达到平衡状态
H+ H+ Na+ H+ H+
Na 泄漏发生 当 粒子内平衡速率(H+ 扩散到表面) 小于 Na+ 穿过膜扩散速率
H+ Na+