第三章吸附分离高分子

1、第三章第三章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子3.1 3.1 概述概述3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史 吸附分离功能高分子主要包括吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂离子交换树脂和和吸附树吸附树脂脂。从广义上讲，吸附分离功能高分子还应该包括。从广义上讲，吸附分离功能高分子还应该包括高分子高分子分离膜材料分离膜材料。但由于高分子分离膜在材料形式、分离原理。但由于高分子分离膜在材料形式、分离原理和应用领域有其特殊性，因此将在第四章中详细介绍。和应用领域有其特殊性，因此将在第四章中详细介绍。 离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物离子交换

2、树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物。它具有一般聚合物所没有的新功能它具有一般聚合物所没有的新功能离子交换功能，本质离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。上属于反应性聚合物。吸附树脂是指具有特殊吸附功能的一吸附树脂是指具有特殊吸附功能的一类树脂类树脂。 离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，其历史可离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，其历史可追溯到上一世纪追溯到上一世纪3030年代。年代。19351935年英国年英国adamsadams和和holmesholmes发表了发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，开创了离

3、子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子领域开创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子领域。3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史 离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简便又离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简便又节约能源。因此根据节约能源。因此根据adamsadams和和holmesholmes的发明，带有的发明，带有磺酸基磺酸基和氨基的酚醛树脂和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产并在水的脱盐很快就实现了工业化生产并在水的脱盐中得到了应用。中得到了应用。 1

4、9441944年年 dalelio dalelio 合成了具有优良物理和化学性合成了具有优良物理和化学性能的能的磺化苯乙烯磺化苯乙烯- -二乙烯苯共聚物离子交换树脂二乙烯苯共聚物离子交换树脂及及交联聚交联聚丙烯酸树脂丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的基础。，奠定了现代离子交换树脂的基础。 离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简便又离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简便又节约能源。因此根据节约能源。因此根据adamsadams和和holmesholmes的发明，带有的发明，带有磺酸基磺酸基和氨基的酚醛树脂和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产并在水的脱盐很快就实现了工业化生产并在水的

5、脱盐中得到了应用。中得到了应用。 19441944年年 dalelio dalelio 合成了具有优良物理和化学性合成了具有优良物理和化学性能的能的磺化苯乙烯磺化苯乙烯- -二乙烯苯共聚物离子交换树脂二乙烯苯共聚物离子交换树脂及及交联聚交联聚丙烯酸树脂丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的基础。，奠定了现代离子交换树脂的基础。 3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史 此后，此后，dowdow化学公司的化学公司的 bauman bauman 等人开发了等人开发了苯乙烯苯乙烯系磺酸型强酸性离子交换树脂系磺酸型强酸性离子交换树脂并实现了工业化；并实现了工业化；

6、rohm rohm & hass& hass公司的公司的kuninkunin等人则进一步研制了等人则进一步研制了强碱性苯乙烯强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂系阴离子交换树脂和和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。这些离子交换树脂除应用于水的脱盐精制外，还用于这些离子交换树脂除应用于水的脱盐精制外，还用于药物提取纯化、稀土元素的分离纯化、蔗糖及葡萄糖药物提取纯化、稀土元素的分离纯化、蔗糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。溶液的脱盐脱色等。3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子

7、的发展简史 离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大孔型树大孔型树脂脂的开发。的开发。2020世纪世纪5050年代末，国内外包括我国的南开大学年代末，国内外包括我国的南开大学化学系在内的诸多单位几乎同时合成出大孔型离子交换树化学系在内的诸多单位几乎同时合成出大孔型离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换树脂具脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点，因此很有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点，因此很快得到广泛的应用。快得到广泛的应用。 6060年代后期，离子交换树脂除了在品种和性能等方

8、面年代后期，离子交换树脂除了在品种和性能等方面得到了进一步的发展，更为突出的是应用得到迅速的发展。得到了进一步的发展，更为突出的是应用得到迅速的发展。除了传统的除了传统的水的脱盐、软化水的脱盐、软化外，在外，在分离、纯化、脱色、催分离、纯化、脱色、催化化等方面得到广泛的应用。等方面得到广泛的应用。 例如离子交换树脂在水处理以外的应用由例如离子交换树脂在水处理以外的应用由8080年代以前年代以前占离子交换树脂总用量的不足占离子交换树脂总用量的不足1010增加到目前的增加到目前的3030左右。左右。3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史 从离子交换树脂出发

9、，还引申发展了一些很重要的功从离子交换树脂出发，还引申发展了一些很重要的功能高分子材料。如能高分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。这一最传等。这一最传统的功能高分子材料正以崭新的姿态在统的功能高分子材料正以崭新的姿态在2121世纪发挥重要的世纪发挥重要的作用。作用。 离子交换纤维离子交换纤维是在离子交换树脂基础上发展起来的一是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型材料。其基本特点与离子交换树脂相同，但外观为类新型材料。其基本特点与离子交换树脂相同，但外观为纤维状，并还可以

10、不同的织物形式出现，如中空纤维、纱纤维状，并还可以不同的织物形式出现，如中空纤维、纱线、布、无纺布、毡、纸等。线、布、无纺布、毡、纸等。3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史 吸附树脂吸附树脂也是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新也是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型树脂，是指一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物，又型树脂，是指一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物，又称为高分子吸附剂。这类高分子材料具有较大的比表面积和称为高分子吸附剂。这类高分子材料具有较大的比表面积和适当的孔径，可从气相或溶液中吸附某些物质。适当的孔径，可从气相或溶液中吸附某些

11、物质。 在吸附树脂出现之前，用于吸附目的的吸附剂已广泛在吸附树脂出现之前，用于吸附目的的吸附剂已广泛使用，例如活性氧化铝、硅藻土、白土和硅胶、分子筛、活使用，例如活性氧化铝、硅藻土、白土和硅胶、分子筛、活性炭等。而性炭等。而吸附树脂是吸附剂中的一大分支，是吸附剂中品吸附树脂是吸附剂中的一大分支，是吸附剂中品种最多、应用最晚的一个类别种最多、应用最晚的一个类别。 3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史 吸附树脂出现于吸附树脂出现于上一世纪上一世纪6060年代年代，我国于，我国于19801980年年以后才开始有工业规模的生产和应用。目前吸附树脂以后才开始有

12、工业规模的生产和应用。目前吸附树脂的应用已遍及许多领域，形成一种独特的吸附分离技的应用已遍及许多领域，形成一种独特的吸附分离技术。由于结构上的多样性，吸附树脂可以根据实际用术。由于结构上的多样性，吸附树脂可以根据实际用途进行选择或设计，因此发展了许多有针对性用途的途进行选择或设计，因此发展了许多有针对性用途的特殊品种。这是其他吸附剂所无法比拟的。也正是由特殊品种。这是其他吸附剂所无法比拟的。也正是由于这种原因，吸附树脂的发展速度很快，新品种，新于这种原因，吸附树脂的发展速度很快，新品种，新用途不断出现。吸附树脂及其吸附分离技术在各个领用途不断出现。吸附树脂及其吸附分离技术在各个领域中的重要性越

13、来越突出。域中的重要性越来越突出。3.1.1 3.1.1 吸附分离功能高分子的发展简史吸附分离功能高分子的发展简史3.2.1.1 3.2.1.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状高离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料分子材料，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一般的酸、碱，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。常见也不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为的离子交换树脂的粒径为0.30.31.2nm1.2nm。一些特殊用途的离子。一些特殊用途的离

14、子交换树脂的粒径可能大于或小于这一范围。交换树脂的粒径可能大于或小于这一范围。 3.1.2 3.1.2 离子交换树脂和吸附树脂的结构离子交换树脂和吸附树脂的结构图图31 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图 3.2.1.1 3.2.1.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 从图中可见，树脂由三部从图中可见，树脂由三部分组成：分组成：三维空间结构的网络三维空间结构的网络骨架；骨架上连接的可离子化骨架；骨架上连接的可离子化的功能基团；功能基团上吸附的功能基团；功能基团上吸附的可交换的离子的可交换的离子。 强酸型阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂的功能基团是的功能基团

15、是soso3 3- -h h+ +，它可解，它可解离出离出h h+ +，而，而h h+ +可与周围的外来可与周围的外来离子互相交换。功能基团是固离子互相交换。功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由定在网络骨架上的，不能自由移动。由它解离出的离子却能移动。由它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离自由移动，并与周围的其他离子互相交换。这种能自由移动子互相交换。这种能自由移动的离子称为的离子称为可交换离子可交换离子。阳离子交换树脂的特点u强酸性阳离子交换树脂应用较广泛，（酸、强酸性阳离子交换树脂应用较广泛，（酸、中、碱介质均可用）中、碱介质均可用）u弱酸性阳离子交换树脂的弱酸性阳离子交换树脂的

16、h h+ +不易电离，所以不易电离，所以在酸性溶液中不能应用，但它的选择性较高在酸性溶液中不能应用，但它的选择性较高而且易于洗脱，可用酸洗脱。而且易于洗脱，可用酸洗脱。阳离子交换树脂制备方法苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚，可得到交联聚苯乙烯：苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚，可得到交联聚苯乙烯： ch=ch2ch=ch2ch=ch2+ch-ch2-ch-ch2 ch-ch2 ch-ch2nch-ch2 ch-ch2 ch-ch2ch-ch2 ch-ch2 ch-ch2交联苯乙烯 将交联聚苯乙烯制成微孔状小球，再在苯环上引入磺酸将交联聚苯乙烯制成微孔状小球，再在苯环上引入磺酸基、羧基、氨基等，可得到各种阳

17、离子交换树脂基、羧基、氨基等，可得到各种阳离子交换树脂： ppso3h+ h2so4(发烟)+ h2o交联苯乙烯强酸性阳离子交换树脂水处理剂、酸性催化剂 阳离子交换树脂能够交换阳离子。例如：阳离子交换树脂能够交换阳离子。例如： 2pso3pso3h + ca2+ 2h+ca2 阳离子交换树脂还能代替硫酸作催化剂，产率高，污染阳离子交换树脂还能代替硫酸作催化剂，产率高，污染少，便于分离少，便于分离。 阳离子交换树脂制备方法阴离子交换树脂的特点u阴离子交换树脂与阳离子交换树脂具有阴离子交换树脂与阳离子交换树脂具有同样的有机骨架，只是所联的活性基团同样的有机骨架，只是所联的活性基团为碱性基团。为碱性

18、基团。u阴离子交换树脂的化学稳定性及耐热性阴离子交换树脂的化学稳定性及耐热性能都不如阳离子交换树脂稳定。能都不如阳离子交换树脂稳定。u季胺季胺(-n(ch(-n(ch3 3) )3 3) ) 强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂u伯胺基伯胺基(-nh(-nh2 2) )、仲胺基、仲胺基(-nhch(-nhch3 3) )和叔胺和叔胺基基(-n(ch(-n(ch3 3) )2 2) )弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂u水化后分别形成水化后分别形成r-nhr-nh3 3ohoh、r-nhr-nh2 2chch3 3ohoh、r-nh(chr-nh(ch3 3) )2 2oh oh 和和

19、r-n(chr-n(ch3 3) )3 3ohoh等氢氧型等氢氧型阴离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂的类型 在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基，则得在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基，则得到阴离子交换树脂：到阴离子交换树脂： 阴离子交换树脂阴离子交换树脂能交换阴离子的离子交换树脂。能交换阴离子的离子交换树脂。阴离子交换树脂还能作为碱催化剂阴离子交换树脂还能作为碱催化剂水处理剂ppch2cl交联苯乙烯强碱性阴离子交换树脂hcho，hclzncl2pch2n+(ch3)3cl-pch2n+(ch3)3oh-n(ch3)3naoh阴离子交换树脂的制备水处理重水软化，污水去重金属离子，

20、海水脱盐，无离子水的制备阴离子交换树脂pch2n+(ch3)3oh-+ cl-pch2n+(ch3)3cl-+ oh-阴离子交换树脂水中水中pso3napso3h + na+ h+阳离子交换树脂水中水中阳离子交换树脂+ oh-h+h2o水中水中离子交换树脂的用途离子交换树脂的用途离子交换树脂的再生 使用过的阴、阳离子交换树脂可分别用使用过的阴、阳离子交换树脂可分别用naohnaoh、hclhcl溶液溶液再生，以便继续使用再生，以便继续使用naohpch2n+(ch3)3oh-+ cl-pch2n+(ch3)3cl-阴离子交换树脂再生阳离子交换树脂pso3napso3h + na+hcl再生 按

21、其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝胶型、凝胶型、大孔型和载体型大孔型和载体型三类。图三类。图3232是这些树脂结构的示意图。是这些树脂结构的示意图。图图 32 不同物理结构离子交换树脂的模型不同物理结构离子交换树脂的模型按树脂的物理结构分类按树脂的物理结构分类1）凝胶型离子交换树脂 凡凡外观透明、具有均相高分子凝胶结构外观透明、具有均相高分子凝胶结构的离子交换树脂的离子交换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光滑，球粒内部统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链没有大的毛细孔。在

22、水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔。大分子链之间的间隙约为的间隙孔。大分子链之间的间隙约为2 24nm4nm。一般无机小分。一般无机小分子的半径在子的半径在1nm1nm以下，因此可自由地通过离子交换树脂内大以下，因此可自由地通过离子交换树脂内大分子链的间隙。在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子分子链的间隙。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，链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。所以，这类离子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交换树脂在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。2 2）大孔型离子交换树脂）大孔型离子交换树脂

23、 针对凝胶型离子交换树脂的缺点，研制了大孔型离针对凝胶型离子交换树脂的缺点，研制了大孔型离子交换树脂。子交换树脂。大孔型离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，大孔型离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构为非均相凝胶结构。即使在干燥状态，内部也存在不同尺。即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此寸的毛细孔，因此可在非水体系中起离子交换和吸附作用可在非水体系中起离子交换和吸附作用。大孔型离子交换树脂的孔径一般为几纳米至几百纳米，比大孔型离子交换树脂的孔径一般为几纳米至几百纳米，比表面积可达每克树脂几百平方米，因此其吸附功能十分显表面积可达每克树脂几百平方米，因此其吸附功能十分显著。

24、著。3）载体型离子交换树脂 载体型离子交换树脂是一种特殊用途树脂，主要用作载体型离子交换树脂是一种特殊用途树脂，主要用作液相色谱的固定相液相色谱的固定相。一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或。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。压，又具有离子交换功能。 此外，为了特殊的需要，已研制成多种具有特殊功能此外，为了特殊的需要，已研制成多种具有特殊功能的离子交换树脂。如的离子交换树脂。如螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂等。等。 通过通过改变浓度差、利用亲和

25、力差别改变浓度差、利用亲和力差别等，使可交换离子与等，使可交换离子与其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、分离、提纯、其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、分离、提纯、净化等目的。净化等目的。 通常，将通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂称作阳离子交换树脂换的树脂称作阳离子交换树脂；而将；而将能解离出阴离子、并能能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子交换树脂与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子交换树脂。从无机。从无机化学的角度看，可以认为阳离子交换树脂相当于高分子多元化学的角度看，可以认为阳离子交换树脂相当于高分子多

26、元酸，阴离子交换树脂相当于高分子多元碱。应当指出，离子酸，阴离子交换树脂相当于高分子多元碱。应当指出，离子交换树脂除了离子交换功能外，还具有吸附等其他功能，这交换树脂除了离子交换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸碱是截然不同的。与无机酸碱是截然不同的。3.2.1.1 3.2.1.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构3.2.1.2 3.2.1.2 吸附树脂的结构吸附树脂的结构 吸附树脂的外观一般为直径为吸附树脂的外观一般为直径为0.30.31.0 mm1.0 mm的小圆球的小圆球，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白色、浅黄色或表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白色、浅黄色或深褐色

27、。吸附树脂的颗粒的大小对性能影响很大。粒径越深褐色。吸附树脂的颗粒的大小对性能影响很大。粒径越小、越均匀，树脂的吸附性能越好。但是粒径太小，使用小、越均匀，树脂的吸附性能越好。但是粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易流失。粒径均时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易流失。粒径均一的吸附树脂在生产中尚难以做到，故目前吸附树脂一般一的吸附树脂在生产中尚难以做到，故目前吸附树脂一般具有较宽的粒径分布。具有较宽的粒径分布。 吸附树脂手感坚硬，有较高的强度。密度略大于水，吸附树脂手感坚硬，有较高的强度。密度略大于水，在有机溶剂中有一定溶胀性。但干燥后重新收缩。而且往在有机溶剂中有一定溶胀

28、性。但干燥后重新收缩。而且往往溶胀越大时，干燥后收缩越厉害。使用中为了避免吸附往溶胀越大时，干燥后收缩越厉害。使用中为了避免吸附树脂过度溶胀，常采用对吸附树脂溶胀性较小的乙醇、甲树脂过度溶胀，常采用对吸附树脂溶胀性较小的乙醇、甲醇等进行置换，再过渡到水。吸附树脂必须在含水的条件醇等进行置换，再过渡到水。吸附树脂必须在含水的条件下保存，以免树脂收缩而使孔径变小。因此下保存，以免树脂收缩而使孔径变小。因此吸附树脂一般吸附树脂一般都是含水出售的都是含水出售的。3.2.1.2 3.2.1.2 吸附树脂的结构吸附树脂的结构3.3.2 吸附树脂的分类 吸附树脂有许多品种，吸附能力和所吸附物质的种类吸附树脂

29、有许多品种，吸附能力和所吸附物质的种类也有区别。但其共同之处是具有多孔性，并具有较大的表也有区别。但其共同之处是具有多孔性，并具有较大的表面积。吸附树脂目前尚无统一的分类方法，通常按其化学面积。吸附树脂目前尚无统一的分类方法，通常按其化学结构分为以下几类。结构分为以下几类。（1 1）非极性吸附树脂）非极性吸附树脂 指树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在正负电荷指树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极性基团的树脂。代表性产品为由苯乙烯和二相对集中的极性基团的树脂。代表性产品为由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。乙烯苯聚合而成的吸附树脂。（2 2）中极性吸附树脂）中极性吸附

30、树脂 这类树脂的分子结构中存在酯基等极性基团，这类树脂的分子结构中存在酯基等极性基团，树脂具有一定的极性。树脂具有一定的极性。（3 3）极性吸附树脂）极性吸附树脂 分子结构中含有酰胺基、亚砜基、腈基等极性分子结构中含有酰胺基、亚砜基、腈基等极性基团，这些基团的极性大于酯基。基团，这些基团的极性大于酯基。（4 4）强极性吸附树脂）强极性吸附树脂 强极性吸附树脂含有极性很强的基团，如吡啶、强极性吸附树脂含有极性很强的基团，如吡啶、氨基等。氨基等。3.3.2 吸附树脂的分类3.1.4 离子交换树脂的命名 我国前石油化学工业部于我国前石油化学工业部于1977年年7月月l日正式颁日正式颁布了离子交换树脂

31、的部颁标准布了离子交换树脂的部颁标准hg2-884-886-76离子交换树脂产品分类、命名及型号离子交换树脂产品分类、命名及型号。 这套标准中规定，离子交换树脂的全名由这套标准中规定，离子交换树脂的全名由分名分名称、骨架（或基团）名称和基本名称称、骨架（或基团）名称和基本名称排列组成。排列组成。 离子交换树脂的离子交换树脂的基本名称为离子交换树脂基本名称为离子交换树脂。凡分类中。凡分类中属酸属酸性的，在基本名称前加性的，在基本名称前加“阳阳”字字；凡分类中；凡分类中属碱性的，在基属碱性的，在基本名称前加本名称前加“阴阴”字字。此外，为了区别离子交换树脂产品中。此外，为了区别离子交换树脂产品中同

32、一类中的不同品种，在同一类中的不同品种，在全名前必须加型号全名前必须加型号。 离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。第一位数字离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。第一位数字代表产品分类；第二位数字代表骨架结构；第三位数字为顺代表产品分类；第二位数字代表骨架结构；第三位数字为顺序号，用于区别离子交换树脂树脂中基团、交联剂、致孔剂序号，用于区别离子交换树脂树脂中基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各生产厂自行掌握和制定。对凝胶型离子交换等的不同，由各生产厂自行掌握和制定。对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面用树脂，往往在型号后面用“”和一个阿拉伯树脂相连，以表和一个阿拉伯树脂相连，以表示树脂的交

33、联度（质量百分数），而对大孔型树脂，则在型示树脂的交联度（质量百分数），而对大孔型树脂，则在型号前冠以字母号前冠以字母“d”。3.1.4 离子交换树脂的命名各类离子交换树脂的具体编号为：各类离子交换树脂的具体编号为： 001099 强酸型阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂 100199 弱酸型阳离子交换树脂弱酸型阳离子交换树脂 200299 强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 300399 弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂 400499 螯合型离子交换树脂螯合型离子交换树脂 500599 两性型离子交换树脂两性型离子交换树脂 600699 氧化还原型离子交换树脂氧化还原型离子交换

34、树脂3.1.4 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名表表33 离子交换树脂骨架分类编号离子交换树脂骨架分类编号 编号编号骨架分类骨架分类0聚苯乙烯系聚苯乙烯系1聚丙烯酸系聚丙烯酸系2酚醛树脂系酚醛树脂系3环氧树脂系环氧树脂系4聚乙烯吡啶系聚乙烯吡啶系5脲醛树脂系脲醛树脂系6聚氯乙稀系聚氯乙稀系 例如，例如，d113树脂是水处理应用中用量很大的一种树脂是水处理应用中用量很大的一种树脂。从命名规定可知，这是树脂。从命名规定可知，这是种大孔型弱酸型丙烯种大孔型弱酸型丙烯酸系阳离子交换树脂；而酸系阳离子交换树脂；而00110树脂则是指交联度树脂则是指交联度为为10%的强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂。的强

35、酸型苯乙烯系阳离子交换树脂。 我国有些生产厂在部颁标准制定前已开始生产离我国有些生产厂在部颁标准制定前已开始生产离子交换树脂，它们自己有一套编号，已经为人们所熟子交换树脂，它们自己有一套编号，已经为人们所熟悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海树脂厂的悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海树脂厂的735树脂，相当于命名规定中的树脂，相当于命名规定中的001树脂；树脂；724树脂相树脂相当于命名规定中的当于命名规定中的110树脂；树脂；717树脂相当于命名规定树脂相当于命名规定中的中的201树脂等等。树脂等等。3.1.4 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名3.2 离子交换树脂的制备方法离子交换

36、树脂的制备方法3.5.1 凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂 凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部分：凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部分：合合成一种三维网状结构的大分子和连接上离子交换基团成一种三维网状结构的大分子和连接上离子交换基团。 具体方法，可先合成网状结构大分子，然后使之溶胀，具体方法，可先合成网状结构大分子，然后使之溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上。也可先将交换基通过化学反应将交换基团连接到大分子上。也可先将交换基团连接到单体上，或直接采用带有交换基团的单体聚合成网团连接到单体上，或直接采用带有交换基团的单体聚合成网状结构大分子的方法。状结构大分子的方法。

37、 强酸型阳离子交换树脂绝大多数为强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯聚苯乙烯系骨架系骨架，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。化接上交换基团。 由上述反应获得的球状共聚物称为由上述反应获得的球状共聚物称为“白球白球”。将白球洗净干燥后，即可进行连接交换基团的磺将白球洗净干燥后，即可进行连接交换基团的磺化反应。化反应。（1）强酸型阳离子交换树脂的制备）强酸型阳离子交换树脂的制备 含有含有so3h交换基团的离子交换树脂称为交换基团的离子交换树脂称为氢氢型阳离子交换树脂型阳离子交换树脂，其中，其中h+为可自由活动的离子。为可自由活动的离子。由于它们

38、的贮存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，由于它们的贮存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，因此常将它们与因此常将它们与naoh反应而转化为反应而转化为na型离子交型离子交换树脂换树脂。na型树脂有较好的贮存稳定性。型树脂有较好的贮存稳定性。 （2）弱酸型阳离子交换树脂的制备）弱酸型阳离子交换树脂的制备 弱酸型阳离子交换树脂大多为弱酸型阳离子交换树脂大多为聚丙烯酸系骨架聚丙烯酸系骨架，因此可用带有功能基的单体直接聚合而成。因此可用带有功能基的单体直接聚合而成。ch2chchcooh+ch2ch2chch2chch2coohchch2ch其中，其中，cooh即为交换基团。即为交换基团。 丙烯酸丙烯酸的水溶性

39、较大，聚合不易进行，故常采用的水溶性较大，聚合不易进行，故常采用其其酯类单体酯类单体进行聚合后再进行水解的方法来制备。进行聚合后再进行水解的方法来制备。ch2ccooch3+ch2ch2cch2chch2ch3cooch3ch3ch2cch2chch2coohch3naohh2o+ ch3ohchch2chchch （3）强碱型阴离子交换树脂的制备）强碱型阴离子交换树脂的制备 强碱型阴离子交换树脂主要以强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基季胺基作为离子交换基团，作为离子交换基团，以以聚苯乙烯作骨架聚苯乙烯作骨架。制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行。制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行氯氯甲基化甲基化，然

40、后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与，然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应。苯环可在各种胺进行胺基化反应。苯环可在路易氏酸如路易氏酸如zncl2，alcl3，sncl4等催化下，与氯甲醚氯甲基化。等催化下，与氯甲醚氯甲基化。ch2chch2ch2chch3och2clch2chch2ch2chch2cl+ ch3ohzncl2chch 所得的中间产品通常称为所得的中间产品通常称为“氯球氯球”。用氯球可十分容易地。用氯球可十分容易地进行胺基化反应。进行胺基化反应。ch2cln(ch3)n(ch3)c2h4ohch2n+(ch3)3cl-ch2n+(ch3)2(c

41、2h4oh)cl-型强碱型阴离子交换树脂型强碱型阴离子交换树脂 型与型与型季胺类强碱树脂型季胺类强碱树脂的性质略有不同。的性质略有不同。型的型的碱性很强，对碱性很强，对oh离子的亲合力小。当用离子的亲合力小。当用naoh再生时，再生时，效率很低，但其耐氧化性和热稳定性较好。效率很低，但其耐氧化性和热稳定性较好。 型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子的特性，降型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子的特性，降低了胺基的碱性，再生效率提高。但其耐氧化性和热稳定低了胺基的碱性，再生效率提高。但其耐氧化性和热稳定性相对较差。性相对较差。 由于氯甲基化毒性很大，故树脂的生产过程中的劳动保由于氯甲基化毒性很大

42、，故树脂的生产过程中的劳动保护是一重大问题。护是一重大问题。（4）弱碱型阴离子交换树脂的制备）弱碱型阴离子交换树脂的制备 用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反应，用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反应，可得弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程的毒性较大，可得弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程的毒性较大，现在生产中已较少采用这种方法。现在生产中已较少采用这种方法。 利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。例如将交联的例如将交联的聚丙聚丙烯酸甲酯烯酸甲酯在在二乙

43、烯基苯或苯乙酮二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，然后在中溶胀，然后在130150下与下与多乙烯多胺多乙烯多胺反应，形成多胺树脂。再用反应，形成多胺树脂。再用甲醛或甲醛或甲酸甲酸进行甲基化反应，可获得性能良好的叔胺树脂。进行甲基化反应，可获得性能良好的叔胺树脂。ch2chch2ch2chch2chch2ch2chchchnh2(c2h4nh)nhcooch3conh(c2h4nh)nh二乙苯ch2oconh(c2h4n)nch3ch3ch2chch2ch2chch3.5.2 大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂 大孔型离子交换树脂的特点是大孔型离子交换树脂的特点是在树脂内部存在大量的毛在树脂内部存在大量

44、的毛细孔细孔。无论树脂处于干态或湿态、收缩或溶胀时，这种毛细。无论树脂处于干态或湿态、收缩或溶胀时，这种毛细孔都不会消失。凝胶型离子交换树脂中的分子间隙为孔都不会消失。凝胶型离子交换树脂中的分子间隙为2 24nm4nm，而大孔型树脂中的毛细孔直径可达而大孔型树脂中的毛细孔直径可达几几nmnm至几千至几千nmnm。分子间。分子间隙为隙为2nm2nm的离子交换树脂的比表面积约为的离子交换树脂的比表面积约为l ml m2 2/g/g，而，而20nm20nm孔孔径的大孔型树脂的比表面积高达几千径的大孔型树脂的比表面积高达几千m m2 2/g/g。若在大孔骨架上。若在大孔骨架上连接上交换功能基团，就成为

45、大孔型离子交换树脂。连接上交换功能基团，就成为大孔型离子交换树脂。 凝胶型离子交换树脂除了有在干态和非水系统中不能凝胶型离子交换树脂除了有在干态和非水系统中不能使用的缺点外，还存在一个严重的缺点，即使用中会产生使用的缺点外，还存在一个严重的缺点，即使用中会产生“中毒中毒”现象。所谓的中毒是指其在使用了一段时间后，现象。所谓的中毒是指其在使用了一段时间后，会失去离子交换功能现象。研究表明，这是由于苯乙烯与会失去离子交换功能现象。研究表明，这是由于苯乙烯与二乙烯基苯的共聚特性造成的。二乙烯基苯的共聚特性造成的。 在共聚过程中，二乙烯基苯的自聚速率大于与苯乙烯共在共聚过程中，二乙烯基苯的自聚速率大于

46、与苯乙烯共聚，因此在聚合初期，进入共聚物的二乙烯基苯单元比例较聚，因此在聚合初期，进入共聚物的二乙烯基苯单元比例较高，而聚合后期，二乙烯基苯单体已基本消耗完，反应主要高，而聚合后期，二乙烯基苯单体已基本消耗完，反应主要为苯乙烯的自聚。结果，球状树脂为苯乙烯的自聚。结果，球状树脂内部的交联密度不同内部的交联密度不同，外外疏内密疏内密。在离子交换树脂使用中，体积较大的离子扩散进入。在离子交换树脂使用中，体积较大的离子扩散进入树脂内部。而在再生时，由于外疏内密的结构，较大离子会树脂内部。而在再生时，由于外疏内密的结构，较大离子会卡在分子间隙中，不易与可移动离子发生交换，最终失去交卡在分子间隙中，不易

47、与可移动离子发生交换，最终失去交换功能，造成树脂换功能，造成树脂“中毒中毒”现象。大孔型离子交换树脂不存现象。大孔型离子交换树脂不存在外疏内密的结构，从而克服了中毒现象。在外疏内密的结构，从而克服了中毒现象。 大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相同。重要的大孔型树脂仍以苯乙烯类为主。与离子交换树同。重要的大孔型树脂仍以苯乙烯类为主。与离子交换树脂相比，制备中有两个最大的不同之处：脂相比，制备中有两个最大的不同之处：一是二乙烯基苯一是二乙烯基苯含量大大增加，一般达含量大大增加，一般达8585以上；二是在制备中加入致孔以上；二是在制备中加入致

48、孔剂剂。 致孔剂可分为两大类：一类为致孔剂可分为两大类：一类为聚合物的良溶剂聚合物的良溶剂，又称，又称溶溶胀剂胀剂；另一类为；另一类为聚合物的不良溶剂聚合物的不良溶剂，即，即单体的溶剂，聚合单体的溶剂，聚合物的沉淀剂物的沉淀剂。 3.5.2 大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂 良溶剂如良溶剂如甲苯甲苯，共聚物的链节在甲苯中伸展。随，共聚物的链节在甲苯中伸展。随交联程度提高，共聚物逐渐固化，聚合物和良溶剂开交联程度提高，共聚物逐渐固化，聚合物和良溶剂开始出现相分离。聚合完成后，抽提去除溶剂，则在聚始出现相分离。聚合完成后，抽提去除溶剂，则在聚合物骨架上留下多孔结构。合物骨架上留下多孔结构。 不

49、良溶剂如不良溶剂如脂肪醇脂肪醇，它们是单体的溶剂，聚合物，它们是单体的溶剂，聚合物的沉淀剂。共聚物分子随聚合的进行逐渐卷缩，形成的沉淀剂。共聚物分子随聚合的进行逐渐卷缩，形成细小的分子圆球，圆球之间通过分子链相互缠结。因细小的分子圆球，圆球之间通过分子链相互缠结。因此，这种大孔型树脂仿佛是由一簇葡萄状小球组成。此，这种大孔型树脂仿佛是由一簇葡萄状小球组成。一般来说，由不良溶剂致孔的大孔型树脂比良溶剂致一般来说，由不良溶剂致孔的大孔型树脂比良溶剂致孔的大孔型树脂有较大的孔径和较小的比表面积。孔的大孔型树脂有较大的孔径和较小的比表面积。3.5.2 大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂 通过对两种致

50、孔剂的选择和配合，可以获得各通过对两种致孔剂的选择和配合，可以获得各种规格的大孔型树脂。例如。将种规格的大孔型树脂。例如。将100己烷己烷作致孔作致孔剂，产物的比表面积为剂，产物的比表面积为90m2/g，孔径为，孔径为43nm。而。而改为改为15甲苯和甲苯和85己烷己烷混合物作致孔剂，孔径混合物作致孔剂，孔径降至降至13.5nm，而产物的比表面积提高到，而产物的比表面积提高到171m2/g 。 如果在上述树脂中连接上各种交换基团，就得如果在上述树脂中连接上各种交换基团，就得到各种规格的大孔型离子交换树脂。到各种规格的大孔型离子交换树脂。3.5.2 大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂3.6 其

51、它类型的离子交换树脂其它类型的离子交换树脂3.6.1 氧化还原树脂氧化还原树脂 氧化还原树脂也称氧化还原树脂也称电子交换树脂电子交换树脂，指带有能与周围活性物质进行电，指带有能与周围活性物质进行电子交换、发生氧化还原反应的一类树脂。子交换、发生氧化还原反应的一类树脂。 在交换过程中，树脂失去电子，由原来的还原形式转变为氧化形式，在交换过程中，树脂失去电子，由原来的还原形式转变为氧化形式，而周围的物质被还原。典型例子而周围的物质被还原。典型例子如下：如下： ohhooo氧化还原+ 2h+ + 2esh2ss+ 2h+ + 2e3.6.1 氧化还原树脂氧化还原树脂 氧化还原树脂的制备方法与其他离子

52、交换树脂类似，氧化还原树脂的制备方法与其他离子交换树脂类似，可以将带有氧化还原基团的单体通过连锁聚合或逐步可以将带有氧化还原基团的单体通过连锁聚合或逐步聚合制得，也可将一些单体先制成高分子骨架，然后聚合制得，也可将一些单体先制成高分子骨架，然后通过高分子的基团反应，引入氧化还原基团来制取。通过高分子的基团反应，引入氧化还原基团来制取。当然也可通过天然高分子改性获得。当然也可通过天然高分子改性获得。 重要的氧化还原树脂包括重要的氧化还原树脂包括氢醌类、琉基类、吡啶类、氢醌类、琉基类、吡啶类、二茂铁类、吩噻嗪类二茂铁类、吩噻嗪类等多种类型。等多种类型。3.6.1 氧化还原树脂氧化还原树脂 （1）氢

53、醌类）氢醌类 氢醌、萘醌、葸醌氢醌、萘醌、葸醌等都可通过与醛类化合物进行聚合而得等都可通过与醛类化合物进行聚合而得到氧化还原树脂，也可通过本身带酚基的乙烯基化合物聚合到氧化还原树脂，也可通过本身带酚基的乙烯基化合物聚合得到氧化还原树脂。得到氧化还原树脂。ohohch2chohohch2chnohoh ch2o酸或碱ohohch2ch2ohohch2ch2ohohohoh+ （2 2）巯基类）巯基类 巯基类氧化还原树脂一般是以巯基类氧化还原树脂一般是以苯乙烯苯乙烯-二乙烯基苯二乙烯基苯共聚物为骨架共聚物为骨架，通过化学反应引入琉基得到的。，通过化学反应引入琉基得到的。ch2chch3och2cl

54、ch2cl+ nashch2sh+ naclch2chch2clch2chch2ch（4 4）二茂铁类）二茂铁类 二茂铁类化合物是良好的氧化还原剂。在二茂铁类化合物是良好的氧化还原剂。在乙烯乙烯基单体中引入二茂铁基单体中引入二茂铁，再通过自由基聚合，即可，再通过自由基聚合，即可得到氧化还原树脂。得到氧化还原树脂。ch2chfech2chfe氧化还原 fe+a- nch2chn+ h+ + e3.6.2 两性树脂两性树脂 将阴、阳两种离子交换树脂配合，可以除去溶液中的阴、将阴、阳两种离子交换树脂配合，可以除去溶液中的阴、阳离子，达到去盐的目的。但在再生时，也需要将两种树脂阳离子，达到去盐的目的。

55、但在再生时，也需要将两种树脂分别用酸、碱处理，手续较繁琐。为了克服这些缺点，研制分别用酸、碱处理，手续较繁琐。为了克服这些缺点，研制了了将阴、阳交换基团连接在同一树脂骨架上的两性树脂将阴、阳交换基团连接在同一树脂骨架上的两性树脂。 两性树脂中的两种功能基团是以共价键连接在树脂骨架两性树脂中的两种功能基团是以共价键连接在树脂骨架上的，互相靠得较近，呈中和状态。但遇到溶液中的离子时，上的，互相靠得较近，呈中和状态。但遇到溶液中的离子时，却能起交换作用。树脂使用后，只需大量的水淋洗即可再生，却能起交换作用。树脂使用后，只需大量的水淋洗即可再生，恢复到树脂原来的形式。恢复到树脂原来的形式。 两性树脂不

56、仅可用于分离溶液中的盐类和有机物，还可作两性树脂不仅可用于分离溶液中的盐类和有机物，还可作为为缓冲剂缓冲剂，调节溶液的酸碱性。，调节溶液的酸碱性。3.6.3 热再生树脂热再生树脂 离子交换树脂的最大不足是需要用酸碱再生。为了克服这离子交换树脂的最大不足是需要用酸碱再生。为了克服这种缺点，已经发明了两性树脂。但普通的两性树脂再生时需用种缺点，已经发明了两性树脂。但普通的两性树脂再生时需用大量的水淋洗，仍觉不够方便。为此，澳大利亚的科学家发明大量的水淋洗，仍觉不够方便。为此，澳大利亚的科学家发明了能用了能用热水简单再生热水简单再生的热再生树脂。的热再生树脂。 热再生树脂实际上也是一种两性树脂，在同

57、一树脂骨架中热再生树脂实际上也是一种两性树脂，在同一树脂骨架中带有弱酸性和弱碱性离子交换基团。这种树脂在室温下能够吸带有弱酸性和弱碱性离子交换基团。这种树脂在室温下能够吸附附nacl等盐类，而在等盐类，而在7080下可以把盐重新脱附下来，从下可以把盐重新脱附下来，从而达到脱盐和再生的目的。而达到脱盐和再生的目的。 热再生树脂的工作原理如下：热再生树脂的工作原理如下： 这种由弱酸和弱碱构成的盐的平衡对热十分敏感。这种由弱酸和弱碱构成的盐的平衡对热十分敏感。当加当加热到热到80左右时，水的解离大约比在左右时，水的解离大约比在25时高时高30倍倍。大量生。大量生成的成的h+和和oh离子抑制了树脂原来

58、的解离，使树脂中交换离子抑制了树脂原来的解离，使树脂中交换基团构成的盐的水解，从而平衡向左移动，好像外加了酸或基团构成的盐的水解，从而平衡向左移动，好像外加了酸或碱一样，达到了再生的目的。碱一样，达到了再生的目的。 2025 r cooh + rnr2 + nacl 7080 r coona + rnr2hcl 在室温下，树脂与盐溶液接触，反应向右进行，羧酸基中的在室温下，树脂与盐溶液接触，反应向右进行，羧酸基中的h+转移到弱碱性的胺基上，形成铵盐。羧酸根离子起了阳离子交转移到弱碱性的胺基上，形成铵盐。羧酸根离子起了阳离子交换基团的作用，弱碱性基团则与水中的换基团的作用，弱碱性基团则与水中的c

59、l及羧酸基转移来的及羧酸基转移来的h+构成盐。构成盐。 热再生树脂的工作原理并不复杂，但对树脂及有热再生树脂的工作原理并不复杂，但对树脂及有关操作要求却是很严格的。关操作要求却是很严格的。树脂的骨架结构、交换树脂的骨架结构、交换基团种类、数量、分布情况、离子的亲和力、体系基团种类、数量、分布情况、离子的亲和力、体系的的ph值以及使用温度值以及使用温度等，都是成败的关键。因此，等，都是成败的关键。因此，目前制备的热再生树脂交换容量较小，仅目前制备的热再生树脂交换容量较小，仅0.10.3 mmol/g，有待于进，有待于进步研究改善。步研究改善。3.6.3 热再生树脂热再生树脂3.6.4 螯合树脂螯

60、合树脂 为适应各行各业的特殊需要，发展了各种具有特殊功能为适应各行各业的特殊需要，发展了各种具有特殊功能基团的离子交换树脂，基团的离子交换树脂，螯合树脂就是对分离重金属、贵金螯合树脂就是对分离重金属、贵金属应运而生的树脂属应运而生的树脂。 在分析化学中，常利用络合物既有离子键又有配价键的在分析化学中，常利用络合物既有离子键又有配价键的特点，来鉴定特定的金属离子。将这些络合物以基团的形特点，来鉴定特定的金属离子。将这些络合物以基团的形式连接到高分子链上，就得到螯合树脂。式连接到高分子链上，就得到螯合树脂。 从结构上分类，螯合树脂可分为从结构上分类，螯合树脂可分为侧链型侧链型和和主链型主链型两类。