离子交换树脂概述

1、离子交换树脂概述 概念：利用概念：利用离子交换树脂作为吸附剂离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的，将溶液中的待分离组分，依据其待分离组分，依据其电荷差异电荷差异，依靠，依靠库仑力库仑力吸附在吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的洗脱下来，达到分离的目的。 和其它吸附过程相比：和其它吸附过程相比： 主要吸附水中离子态物质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交换剂的离子和水中离子进行等当量的交换基本概念概念概念基本概念发展史发展史 18051805年英国科学家发现了土壤中年英国科学家发现了土壤中

2、CaCa2+2+和和NHNH4 4+ +的交换现象；的交换现象； 18761876年年Lemberg Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系； 19351935年人工合成了离子交换树脂；年人工合成了离子交换树脂； 19401940年应用于工业生产；年应用于工业生产； 19511951年我国开始合成树脂。年我国开始合成树脂。离子交换树脂的构成离子交换树脂的构成基本概念 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结构的功能高分子化合物. 具有三维空间离体结构的网络具有三维空间离体

3、结构的网络骨架骨架 联接在骨架上的联接在骨架上的活性基团活性基团 活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）基本概念离子交换树脂的结构带有活性基团的网状高分子聚合物骨架活性基团酚醛树脂聚乙烯树脂OH + CH2OCH=CH2+CH=CH2CH=CH2交联剂酸性基团碱性基团SO3HCOOHN+R3NR2特殊基团离子交换树脂的构成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的制备基本概念离子交换树脂骨架的制备离子交换树脂骨架的制备离子交换树脂的制备离子交换树脂的制备基本概念苯乙烯系阳离子交换树脂的制备（磺化反应）苯乙烯系阳离子交换树脂的制

4、备（磺化反应）离子交换树脂的制备离子交换树脂的制备基本概念苯乙烯苯乙烯( (单体单体) )+ +二乙烯苯二乙烯苯( (交联剂交联剂) )母体母体共聚共聚H2SO4功功能能基基反反应应R SO3 H固定离子固定离子 可交换离子可交换离子母体母体 固体球形颗粒，多孔网状固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。特性的有机高分子聚电解质。离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类基本概念离子交离子交换树脂换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂 RNH3OH强碱性阴离子交换树脂强碱性

5、阴离子交换树脂 R NOH弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂 RCOOH强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂 RSO3H按选择性按选择性离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类基本概念按结构按结构离子交离子交换树脂换树脂凝胶型凝胶型等孔型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型大孔型基本概念离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名基本概念离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名分类代号分类代号0 0

6、1 12 23 34 45 56 6功能基功能基强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性螯合性螯合性两性两性氧化还原氧化还原骨架代号骨架代号0 01 12 23 34 45 56 6骨架类型骨架类型 苯乙烯系苯乙烯系 丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系 乙烯吡啶系乙烯吡啶系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系例如：例如：0010017 7( (凝胶型凝胶型) )苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 7 。 1101104 4( (凝胶型凝胶型) )丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4 4。 D201D201大孔型苯

7、乙稀系强碱性阴离子交换树脂。大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。离子交换树脂的特性离子交换树脂的特性基本概念物理性能物理性能 ： (1)(1)外观。外观。 (2)(2)颗粒度。颗粒度。 (3)(3)含水量。含水量。 (4)(4)密度。密度。 1)1)湿真密度。湿真密度。 2)2)湿视密度。湿视密度。（5)5)机械强度。机械强度。（6)6)耐热性耐热性化学性能：化学性能： (1)(1)交换反应的可逆性交换反应的可逆性 (2)(2)酸、碱性酸、碱性 (3)(3)选择性。选择性。 (4)(4)交换容量。交换容量。 1 1) )全交换容量。全交换容量。 2 2) )工作交换容量。工作交换容量。离子交换

8、树脂的特性离子交换树脂的特性基本概念 (一) 外观u 形状：透明或半透明的球状形状：透明或半透明的球状珠体。珠体。u 颜色：白、浅黄、赤褐色。颜色：白、浅黄、赤褐色。离子交换树脂的离子交换树脂的特性特性基本概念 (二) 含水率树脂孔隙内所含的水分，一般在树脂孔隙内所含的水分，一般在40%69%。u与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高。 (三) 密度u 干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。u 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。u

9、 表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度(视密度视密度) 。 单位均为单位均为mg/L.离子交换树脂的离子交换树脂的特性特性基本概念 (四) 交联度 交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为7%10%。u 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。u 在水中浸泡，形变小，较稳定。在水中浸泡，形变小，较稳定。离子交换树脂的离子交换树脂的特性特性基本概念 (五) 溶胀性吸水后体积增大的现象。溶

10、胀程度用溶胀率表示：吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：%100前前后溶胀率VVVu溶胀的原因溶胀的原因 水扩散到树脂交联网孔发生溶胀；水扩散到树脂交联网孔发生溶胀； 活性基团离解形成水合离子活性基团离解形成水合离子。u影响因素影响因素 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；活性基团：离解程度越大，溶胀率越大； 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。离子交换树脂的离子交换树脂的特性特性基本概念 (六)交换容量 单位单位体积湿树脂体积湿树脂(容量表示法容量表示法)或单位重量干树脂

11、或单位重量干树脂(重量表示法重量表示法)可发生交换的活性基团数量。可发生交换的活性基团数量。 容量表示法容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW 湿比重湿比重(1-含水率含水率)全交换容量全交换容量 工作交换容量工作交换容量离子交换反应离子交换反应基本概念特点：特点： 符合质量作用定律符合质量作用定律; 等当量进行的同性离子的互换反应等当量进行的同性离子的互换反应; 具有饱和性具有饱和性; 树脂母体和固定离子不发生变化。树脂母体和固定离子不发生变化。 b(RA)a+aBb+ a(RB)b+bAa+基本概念 颗粒

12、大小：愈小越快 交联度：交联度小，交换速度快 温度：越高越快 离子化合价：化合价与高，交换越快 离子大小：越小越快 搅拌速度：在一定程度上，越大越快 溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时， 浓度越大，交换速度越快影响交换速度的因素影响交换速度的因素基本概念水质软化水质软化Na离子交换软化系统离子交换软化系统 2 RNa+Ca (HCO3)2=R2Ca+ 2NaHCO3 2RNa+CaSO4= R2Ca + Na2SO4 2 RNa+MgCl2 = R2Mg + 2NaCl2蛋白质提取实验室分离用实验室分离用蛋白质提取 平衡 上样吸附 洗脱 再生+-anion exchange beadEquil

13、ibration蛋白质提取Sample applicationand wash-+-蛋白质提取Elution-+-蛋白质提取Regeneration-+蛋白质提取Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+anionexchangerbead-蛋白质提取软水机我司现有软水机我司现有软水机软水机MS114树脂特性树脂特性 性能参数测试方法测试方法树脂树脂体积LMS114-0.8T0MS114-1.5T 10.8L MS114-2T 18L因树脂工作后膨胀，需测量再生三次后测量树脂磨后圆球率95%GB T 12598-2001离子交换树脂渗磨圆球率 磨后圆球率测定树脂体积全交换容量(e