离子交换树脂简介

1、离子交换树脂简介离子交换树脂简介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；根据年人工合成了离子交换树脂；根据AdamsAdams和和HolmesHolmes的发明，带有的发明，带有磺酸基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中得磺酸基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中得到了应用。到了应用。19401940年应用于

2、工业生产；年应用于工业生产；2020世纪世纪5050年代末，国内外诸多单位几乎同时合成出大孔型离子交换年代末，国内外诸多单位几乎同时合成出大孔型离子交换树脂。树脂。6060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。除了传统的水的脱盐、的发展，更为突出的是应用得到迅速的发展。除了传统的水的脱盐、软化外，在分离、纯化、脱色、催化等方面得到广泛的应用软化外，在分离、纯化、脱色、催化等方面得到广泛的应用2.12.1离子交换树脂离子交换树脂的定义的定义 离子交换树脂是一类带有离子交换树脂是一类带

3、有功能基功能基的的网状结构网状结构的高的高分子化合物，它由不溶性的分子化合物，它由不溶性的三维空间网状骨架三维空间网状骨架、连接、连接在骨架上的在骨架上的功能基团功能基团和功能基团上带有和功能基团上带有相反电荷的可相反电荷的可交换离子交换离子三部分构成。三部分构成。 离子交换树脂可分为离子交换树脂可分为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和和两性离子交换树脂两性离子交换树脂。2 2. .2 2 离子交换的原理离子交换的原理 离子交换过程是被分离组分（即被提取、被纯化的离子或分子）在水离子交换过程是被分离组分（即被提取、被纯化的离子或分子）在水溶液与固体交换剂之间发生的一种

4、化学计量分配过程溶液与固体交换剂之间发生的一种化学计量分配过程，该过程遵循固一液，该过程遵循固一液非均相扩散传质的普遍规律而又不同于传统分离过程。非均相扩散传质的普遍规律而又不同于传统分离过程。 当与溶液接触时，离子交换剂会与溶液中的特定离子进行交换，即离当与溶液接触时，离子交换剂会与溶液中的特定离子进行交换，即离子交换树脂上的可交换离子（阳离子或阴离子）被溶液中带同种电荷的特子交换树脂上的可交换离子（阳离子或阴离子）被溶液中带同种电荷的特定离子取代，而不溶性固体骨架在这一交换过程中不发生任何化学变化。定离子取代，而不溶性固体骨架在这一交换过程中不发生任何化学变化。 该过程一般可以用方程式表达

5、为该过程一般可以用方程式表达为:R-B+A+ R-A+B+（R代表树脂中代表树脂中除可交换除可交换离子以外的其它部分，即惰性骨架与圆定基团；离子以外的其它部分，即惰性骨架与圆定基团；B为可交换为可交换离离子；子；A+为为待分离组分待分离组分)。3.13.1按按交换基团的性质分类交换基团的性质分类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两性离子交换树脂两性离子交换树脂鳌合鳌合性离子交换树脂性离子交换树脂氧化还原树脂氧化还原树脂黄艳，净水技术 2010，29（5）：11-16，29单功能机多功能机强酸：-SO3H,-CH2SO3H中强酸：-PO(OH)2，-SeO2(OH)弱酸：-

6、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单功能机强碱第I型，季胺-(CH)3N+Cl-第II型，季胺-(CH)2N+(CH2CH2OH)Cl-弱碱第一胺：-NH2第二胺：-NRH第三胺：-NR2巯基：膦基:多功能机：兼带一、二、三胺和季胺v 阳离子交换树脂阳离子交换树脂大都含有磺酸基大都含有磺酸基(SO3H)、羧基、羧基(COOH)或苯酚基或苯酚基(C6H4OH)等酸性基团，其中的氢离子能等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。 例如例如,苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得

7、到强酸性阳苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为离子交换树脂，其结构式可简单表示为RSO3H，式中，式中R代表代表树脂母体，其交换原理为树脂母体，其交换原理为 ： 2R-SO3NaCa2+ (RSO3)2Ca2Na+ v 阴离子交换树脂阴离子交换树脂含有季胺基含有季胺基-N(CH3)3OH、胺基、胺基(NH2)或亚胺基或亚胺基(NH2)等碱性基团。它们在水中能生成等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为：与各种阴离子起交换作用，其交换原理为： R-N(CH3)3OHCl-R N(CH3)3ClOH- 硬水软

8、化硬水软化的原理的原理活性基团活性基团I 酚，多元酚与取代酚间苯二酚，苯三酚，水杨酸，二羟基苯甲酸，氨基苯酚，水杨酸缩胺，间苯二胺四乙酸，硝基苯酚II 氨基酸类乙二胺二乙酸，-氨基酸，-氨基酸，间苯二胺四乙酸，蛋白质等III -双酮及-酮酸乙酰丙酮，乙酰苯乙酮，-多酮等IV 磷酸，砷酸类磷酸，氨基磷酸，砷酸苯酚等V 硫酚，硫醇，硫脲硫酚，硫醇，硫二醇，硫脲等VI 羧酸及其衍生物柠檬酸，酒石酸等VII 乙二肟类乙二肟，乙二肟-苯酚VIII 卟啉类卟啉IX 其他乙二胺，吡啶醛缩胺，硝基二苯胺，硝基脲，双硫腙各种螯合及螯合性交换剂3.2 3.2 按树脂的物理结构分类按树脂的物理结构分类不同物理结构离

9、子交换树脂的模型不同物理结构离子交换树脂的模型凝胶型凝胶型大孔型大孔型载体型载体型v 凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂：外观透明、具有均相高分子凝胶结构。在水中：外观透明、具有均相高分子凝胶结构。在水中 会会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，可供无机小分子自由地溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，可供无机小分子自由地通通过离子。过离子。 凝胶型树脂的高分子骨架，在干燥的情况下内部没有毛细孔。凝胶型树脂的高分子骨架，在干燥的情况下内部没有毛细孔。它在吸水时润胀，在大分子链节间形成很它在吸水时润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙微细的孔隙，通常称为，通常称为显微显微孔孔。湿润树脂的平均孔

10、径为。湿润树脂的平均孔径为24nm(2106 4106mm)。 v 大孔型离子交换树脂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。：外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。 即使即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，大孔树脂内部的孔隙，大孔树脂内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快，离子交换速度又多又大，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快，离子交换速度也快很多，约比凝胶型树脂快约十倍。也快很多，约比凝胶型树脂快约十倍。v 载体型离子交换树脂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：一种特殊用

11、途树脂，主要用作液相色谱的固定 相相。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。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。它可经经受液受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。 凝胶型交换容量大，但孔径小、易污染堵塞，而大孔型具有抗有机物污染的能力。我国生产的离子交换树脂以凝胶型为主。离子交换树脂离子交换树脂按按基体基体的组成的组成 离子交换树脂的基体，制造原料主要有离子交换树脂的基体，制造原料主要有苯乙烯苯乙烯和和丙烯丙烯酸酸( (酯酯) )、环氧系环氧系、酚醛系及、酚醛系及脲醛系脲醛系。 苯乙烯系树脂是先苯乙烯系树

12、脂是先使用使用的，丙烯酸系树脂则用得较后。的，丙烯酸系树脂则用得较后。强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂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 离子交换树脂离子交换树脂不溶于水不溶于水和和一般溶剂一般溶剂。 大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。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树脂颗粒的尺寸一般在0.31.2mm m 范围内，大部分在范围内，大部分在0.40.6mmmm之间。之间。 它们有较高的它们有较高的机械强度机械强度( (坚牢性坚牢性) )，化学性质也很，化学性质也很稳定稳定，在正常情况下有，在正常情况下有较长

13、的使用寿命较长的使用寿命。 离子交换树脂的全名称由离子交换树脂的全名称由分类名称分类名称、骨架骨架（或基因）（或基因）名称名称、基本名称基本名称组成。组成。我国化工部规定，离子交换树脂的型号由三位阿拉伯我国化工部规定，离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。数字组成。 第一位数字代表第一位数字代表产品的分类产品的分类。 第二位数字代表不同的第二位数字代表不同的骨架结构骨架结构。 第三位数字为第三位数字为顺序顺序号号，用于区别功能基或交联剂，用于区别功能基或交联剂的差异的差异。 大孔树脂大孔树脂在型号前加在型号前加“D”D”。 凝胶型树脂凝胶型树脂的交联度值可在型号后用的交联度值可在型号后用“”

14、号连接号连接阿拉伯数字表示。阿拉伯数字表示。 D D 大孔树脂在名称前加大孔树脂在名称前加D 分类代号（阴、阳、酸、碱、强、弱）分类代号（阴、阳、酸、碱、强、弱） 骨架分类代号骨架分类代号 顺序号顺序号 凝胶型树脂后加凝胶型树脂后加*并注明交联度并注明交联度 代号代号0 01 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弱碱性螯合性螯合性两性两性氧化还原氧化还原表表 分类代号分类代号表表 骨架代号骨架代号代号代号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

15、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。在在离子交换过程中，水中的离子交换过程中，水中的阳离子阳离子（如（如Na+Na+、Ca2+Ca2+、 K+K+、 Mg2+Mg2+、Fe3+Fe3+等）与阳等）与阳离子交换树脂上的离子交换树脂上的H+ 进行交换，水中阳离子被转

16、移到树脂上，而树脂上的进行交换，水中阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+H+交交换到水中。换到水中。 水中的水中的阴离子阴离子（如（如Cl-Cl-、HCOHCO3 3- -等）与阴离子交换树脂上的等）与阴离子交换树脂上的OH-进行交换，水进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH- OH- 交换到水中。而交换到水中。而H+ H+ 与与OH- OH- 相结合生成相结合生成水，从而达到脱盐的目的水，从而达到脱盐的目的( (见下页图见下页图) ) 。 该过程一般可以用方程式表达为:R-B+A+ R-A+B+（R代表树脂中除可交换离子以外的其它部分，即惰性骨架

17、与圆定基团；B为可交换离子；A+为待分离组分)。H2O 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H+ Na+ OH- Cl- NaCl H2O 离子交换原理示意图离子交换原理示意图 工艺流程及操作过程 工艺流程工艺流程 运行过程运行过程废水预处理交换离子交换离子排放去除影响交换的杂质去除影响交换的杂质:悬浮物、油类、胶悬浮物、油类、胶 体体吸附、过滤吸附、过滤去除阳离子、阴离子去除阳离子、阴离子反洗再生再生交换正洗正洗 (一) 外观u 形状：透明或半透明的球状珠体。形状：透明或半透明的球状珠体。u 颜色：白、浅黄、赤褐色。颜色：白、浅黄、赤褐色。 (二) 含水率 树脂孔隙内所含

18、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，与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高。含水率高。物理性能物理性能 (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 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(视密视密度度) 。 单位均为单位均为mg/L. (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

19、为7%10%。u 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的交联度越高，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。离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。 (五) 溶胀性 吸水后体积增大的现象。溶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：u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：

20、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。%100前前后溶胀率VVV（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。表表 各种类型树脂有效各种类型树脂有效pH值范围值范围树脂类型强酸性弱酸性强碱性弱碱性有效pH值范围01441401407化学性能化学性能 (二) 交换容量 单位体积湿树脂单位体积湿树脂(容量表示法容量表示法)或单位重量干树脂或单位重量干树脂(重量表示重量表示法法)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

21、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。 Ew = Ev 湿比重湿比重(1-含水率含水率) 全交换容量：全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。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：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。达到的平均交换容量。化学性能化学性能v（三）选择性v对水中各种离子的交换能力不同v一般选择性顺序分别为：强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂Fe3+Al3+ Ca2+ Mg2+ K

22、+ Na+ H+弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂H+ Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂SO42- NO3- Cl- OH- F- HCO3- HSiO3-弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂OH- SO42- NO3- Cl- HCO3- HSiO3-化学性能化学性能v离子交换速度离子交换速度 离子交换过程：离子交换过程： 离子从离子从溶液主体溶液主体向向颗粒表面颗粒表面扩散，穿过颗粒表面液膜。扩散，穿过颗粒表面液膜。 穿过液膜的离子继续在颗粒内穿过液膜的离子继续在颗粒内交联网孔交联网孔中扩散，直至达到中扩散，直至达到 某

23、一某一活性基团活性基团位置。位置。 目的离子和活性基团中的可交换离子发生目的离子和活性基团中的可交换离子发生交换反应交换反应。 被交换下来的离子沿着与目的离子运动被交换下来的离子沿着与目的离子运动相反相反的方向扩散，的方向扩散， 最后被主体水流带走。最后被主体水流带走。 上述几步中，交换反应速率与扩散相比要快得多。因此总上述几步中，交换反应速率与扩散相比要快得多。因此总 交换速度由扩散过程控制。由交换速度由扩散过程控制。由FickFick定律，扩散速度可写成：定律，扩散速度可写成：/21ccDdtdq 影响离子交换扩散速度的因素影响离子交换扩散速度的因素 1.1.树脂的树脂的交联度交联度越大，

24、越大，网孔网孔越小，则内扩散越慢。越小，则内扩散越慢。 2.2.树脂树脂颗粒颗粒越小，由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表越小，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。面积增大，使扩散速度越快。 3.3.溶液溶液离子浓度离子浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度越大，是影响扩散速度的重要因素，浓度越大，扩散速度越快。扩散速度越快。 4.4.提高提高水温水温能使离子的动能增加，水的粘度减小，液膜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。变薄，这些都有利于离子扩散。 5.5.交换过程中的交换过程中的搅拌或流速搅拌或流速提高，使液膜变薄，能加快提高，使液膜变薄，能加

25、快液膜扩散，但不影响内孔扩散。液膜扩散，但不影响内孔扩散。 6.6.被交换离子的被交换离子的电荷数和水合离子的半径电荷数和水合离子的半径越大，内孔扩越大，内孔扩散速度越慢。散速度越慢。7.1 水处理水处理 水处理包括水质的软化、水处理包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。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水处理是离子交换树脂最基本的用途之一。的用途之一。7 7. .2 2 冶金工业冶金工业 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、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、提纯和回收方面稀土

26、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。均起着十分重要的作用。 离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选性和选矿效率。性和选矿效率。7 7. .3 3 海洋资源利用海洋资源利用 利用离子交换树脂，可从许多海洋生物利用离子交换树脂，可从许多海洋生物( (例如海带例如海带) )中提取碘、溴、镁中提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，用离子交

27、换树脂以海水制取淡水等重要化工原料。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是十分经济和方便的. .7 7.2 .2 冶金工业冶金工业1. 铀 过去是将贫铀矿溶于硫酸形成UO2(SO4)2-,既以强碱离子交换树脂提取,现已改用弱碱性阴离子交换树脂交换(XE-270),这对洗脱交换有利。目前不少国家研究海水提铀，因海水铀量达40亿吨，较地上铀量大1千倍，但海水铀浓度是4ppb，浓度很低。目前专家认为，用离子交换树脂提铀是最有前途的方法，其中最有效的树脂是带偕胺肟基的树脂稀土 据文献报道，用RMgBr与交联聚苯乙烯二氯化磷制得膦氧化物对稀土有跟高的选择性2. 金 过去回收

28、矿渣里少量金，是将其全溶于过量的氰化钠后，通入强碱性阴离子交换树脂然后用盐酸和硫脲洗脱得到。A含硫脲基树脂：这种树脂在pH=13时, 对 Pt族金属离子Pt2+，Os，Pd2+和Au3+可进行选择吸附性，吸附量随酸浓度而 异。对金的最大吸附量为5.58mmol/g，洗脱液可用8%硫脲盐酸溶液，8%KCN溶液，20%KClO4溶液。B聚二烯丙基胺树脂：PH=8.5时，对Au(CN)2-的吸附量达5mmol/g，其他离子的存在不影响吸附量，可用0.5%的硫脲及2M的HCl脱洗或800灼烧。C.Fritz合成了两种树脂和它们在0.1M HCl中对Au(II),Hg(II),Ag(I),均具有强烈的吸

29、附作用，通过分级淋洗与其他离子分离。D. 江川博明以丙烯酸环氧丙烷合成含巯基树脂：在PH=2和4时，该树脂对Au(II)的吸附量分别是5.87mmol/g和0.95mmol/gE.肟树脂：一种含羟氨基树脂，对金有较大的吸附量，当PH=1是，对Au(II)的吸附量达到4mmol/g，它虽也能吸附一些其他的金属离子，但能通过控制PH分离。3.钯 聚乙烯苄基二次三乙胺能将浓度800mg/L的溶液通过5mg树脂时，吸着300mg的钯，以15ml的28%氨水淋洗，能解析出87%的钯。 将聚苯乙烯吡啶聚铵盐与0.942g/L的H2PdCl4水溶液作用，83%以上的钯被吸附。4.铜 乙二醛与三氨基酚缩合物，

30、可从海水中提取铜至1ppb5. 镍 交联糠酸用于分离钴、镍可得到很好的效果7 7.2 .2 冶金工业冶金工业7 7. .4 4 化学工业化学工业 离子交换树脂在化学实验、化工生产上已经和蒸馏、结晶、萃取和过离子交换树脂在化学实验、化工生产上已经和蒸馏、结晶、萃取和过滤一样，成为重要的单元操作，普遍用于多种无机、有机化合物的分离、滤一样，成为重要的单元操作，普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收等。提纯，浓缩和回收等。7.5 食品工业食品工业 离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛的应用。中

31、都有广泛的应用。 在酒类生产中，利用离子交换树脂改进水质、进行酒的脱色、去浑、在酒类生产中，利用离子交换树脂改进水质、进行酒的脱色、去浑、去除酒中的酒石酸、水杨酸等杂质，提高酒的质量。酒类经过离子交换树去除酒中的酒石酸、水杨酸等杂质，提高酒的质量。酒类经过离子交换树脂的去铜、锰、铁等离子，可以增加贮存稳定性。脂的去铜、锰、铁等离子，可以增加贮存稳定性。 7.6 7.6 医药医药卫生卫生 离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。如在药物生产中用于药离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。如在药物生产中用于药剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱色、中和及中草药有效成分的提取等。剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱

32、色、中和及中草药有效成分的提取等。 离子交换树脂本身可作为药剂内服，具有解毒、缓泻、去酸等功效，离子交换树脂本身可作为药剂内服，具有解毒、缓泻、去酸等功效，可用于治疗胃溃疡、促进食欲、去除肠道放射物质等。对于外敷药剂，用可用于治疗胃溃疡、促进食欲、去除肠道放射物质等。对于外敷药剂，用离子交换树脂粉末可配制软膏、粉剂及婴儿护肤用品，用以吸除伤口毒物离子交换树脂粉末可配制软膏、粉剂及婴儿护肤用品，用以吸除伤口毒物和作为解毒药剂。和作为解毒药剂。 将各种药物吸附在离子交换树脂上，可有效地控制药物释放速率，延将各种药物吸附在离子交换树脂上，可有效地控制药物释放速率，延长药效，减少服药次数。利用离子交换

33、树脂吸水后体积迅速膨胀的特点，长药效，减少服药次数。利用离子交换树脂吸水后体积迅速膨胀的特点，将其与药剂混合制成药片，服后可迅速胀大崩解，更快更好地发挥药物的将其与药剂混合制成药片，服后可迅速胀大崩解，更快更好地发挥药物的作用。作用。 离子交换树脂还是医疗诊断、药物分析检定的重要药剂，如血液成分离子交换树脂还是医疗诊断、药物分析检定的重要药剂，如血液成分分析、胃液检定、药物成分分析等。具有检测速度快、干扰少等优点。分析、胃液检定、药物成分分析等。具有检测速度快、干扰少等优点。7.7 7.7 环境保护环境保护 离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上离子交换树脂在废水，废气的

34、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，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。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例如影片洗印废水中的银是以Ag(SOAg(SO3 3) )2 23-3-等阴离子形式存在的，使用等阴离子形式存在的，使用型强碱性离子交换树脂处理后，银的回收率可达型强碱性离子交换树脂处理后，银的回收率可达9090以上，既节约了大量以上，既节约了大量的资金，又使废水达到了排放标准。的资金，又使废水达到了排放标准。 又如电镀废水中含有大量有毒的金属

35、氰化物，如又如电镀废水中含有大量有毒的金属氰化物，如Fe(CN)Fe(CN)6 63-3-，Fe(CN)Fe(CN)6 64-4-等，用抗有机污染力强的聚丙烯酰胺系阴离子交换树脂处理后，可使金属等，用抗有机污染力强的聚丙烯酰胺系阴离子交换树脂处理后，可使金属氰化物的含量降至氰化物的含量降至10ppm10ppm以下。以下。7.7 7.7 环境保护环境保护1. 汞 废水中除汞,可以使用含硫的低分子化合物(硫化氢),也可以使用线型或者体型的含硫高聚物.根据文献报道,下列聚合物对汞的吸附有较好的发展a.硫脲、甲醛、二硫化碳及氢氧化钠的缩合物。分子式为：含汞废水通过这个树脂后，流出废水。汞的浓度可降至0

36、.009mg/Lb.巯基苄基聚苯乙烯，分子式为进水汞浓度为64.0mg/L，除水汞浓度小于0.05mg/Lc.聚氯乙烯、乙二胺，二硫化碳及请氰化钠的缩合物，分子式为：这个树脂的特点是在78%硫酸溶液中去除汞：d. 巯基腐植酸能去除有机汞。7.7 7.7 环境保护环境保护2.铬 废水中的铬，过去使用强碱阴离子交换树脂（I型）交换，然后用氢氧化钠及氯化钠溶液再生，回收铬酸。也有用氢氧化钠再生一半的铬酸，这样再生效率高（只需理论量的氢氧化钠），缺点是树脂的交换量只利用了一半。反应式如下：近年来，已有使用弱碱叔胺树脂（370）代替强碱树脂，反应式入下：使用这种树脂的有点事交换量较高，同时易于再生，缺点

37、是上述的反应存在可逆反应，所以在处理三废中，难免泄露的问题。同时叔胺树脂在强氧化剂的存在下，可能渐被氧化成3. 镉 废水中的镉，毒性很大，有致癌作用。据文献报道，下列树脂能出去废水中的镉1) 下面结构的树脂，对镉的交换量为2.4mg eq/g树脂7.7 7.7 环境保护环境保护2)含硫的氨基树脂(右图)同样可以除去废水中的镉，实验操作如下：以三升内有9.9ppm镉（PH8.8）的废液通过70mg的树脂，漏出液的镉浓度低于0.01mg/L3)氨基乙酸结构的螯合树脂同样能消除废水中的镉，交换容量为1.7mg/g4)硝化腐殖酸去除废水中的镉也很有效果4.氟 水里若含有过量的氟离子,对人牙齿及骨都有不

38、良影响,因它能与钙起结合作用.文献报导,除可用的絮凝剂,尚可用含锑的树脂及强碱阴离子交换树脂除去。含锑树脂与氟作用是怎样的机理及洗着量多少，文献没有报导。锑树脂的合成方法如下：在三氯化铝的存在下，三苯基锑与氯甲基化交联聚苯乙烯作用，所得产物再以过氧化氢或元素碘氧化即得。反应如下：7.7 7.7 环境保护环境保护5. 氰 氰化钠有剧毒是大家所共知的，因此废水中含有约0.5ppmCN-不能排放。过去用氯或过锰酸钾氧化法将其破坏。据文献报导，可在含氰废水中加入一定量的亚铁，使其形成Fe(CN)4络合物，过滤，然后倒入盐型弱碱阴离子交换树脂，反应如下：树脂失效后，可用稀Na(OH)(1-10%)再生，

39、效果良好，淋洗出的Na4Fe(CN)4易于处理，最后将处置转化为硫酸盐，可重复使用聚苯乙烯高分子骨架制备苯乙烯阳树脂的制备磺化反应：苯乙烯阴树脂的制备氯甲基化反应胺化反应1. 丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂的合成 丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与二乙烯苯进行自由基悬浮共聚合，然后在强酸或强碱条件下使酯基水解，可得到丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂。由丙烯酸甲酯制得的弱酸性阳离子交换树脂有较高的交换容量，因此应由也较广。2. 丙烯酸系碱性阴离子交换树脂的合成聚丙烯酸甲酯与多胺反应，形成含有氨基的弱碱性阴离子交换树脂。多乙烯多胺中的任何一个氨基都有可能与酯基反应。一个多乙烯多胺分子中也可能有多于一个的氨基参

40、与反应，结果产生附加交联。由于附加交联的形成，由丙烯酸甲酯与二乙烯苯形成的共聚物与多乙烯多胺反应，仍可形成机械强度高的弱碱性阴离子交换树脂。酚醛树脂合成脲醛树脂合成8.1离子交换树脂的预处理离子交换树脂的预处理8.2离子交换树脂的再生离子交换树脂的再生8 8. .1 1离子交换树脂的预处理离子交换树脂的预处理 在离子交换树脂的工业产品中，常含有少量的在离子交换树脂的工业产品中，常含有少量的有机低有机低聚物聚物及一些及一些无机杂质无机杂质。在使用初期会逐渐溶解释放，影响。在使用初期会逐渐溶解释放，影响出水水质或产品质量。出水水质或产品质量。 因此，新树脂在使用前必须进行因此，新树脂在使用前必须进

41、行预处理预处理。8 8. .1.11.1动态预处理动态预处理 v 树脂装入交换器后，用去离子水树脂装入交换器后，用去离子水反洗阴、阳树脂层反洗阴、阳树脂层，直至，直至出水清澈、无气味、无细碎树脂为止。出水清澈、无气味、无细碎树脂为止。v阳树脂预处理：阳树脂预处理： 将树脂装柱后，先用将树脂装柱后，先用饱和食盐水饱和食盐水浸泡，用去离子水冲洗至出浸泡，用去离子水冲洗至出水清澈，检测水清澈，检测PHPH值为值为7 7。 再用再用2%4%的的NaOHNaOH溶液溶液进行处理，再用进行处理，再用2%4% %的的HClHCl溶液溶液进行处理，并以该酸液浸泡，排去酸液，用去离子水冲洗至出进行处理，并以该酸

42、液浸泡，排去酸液，用去离子水冲洗至出水呈中性。水呈中性。v阴树脂预处理：阴树脂预处理： 将树脂装柱后，先用将树脂装柱后，先用饱和食盐水饱和食盐水浸泡，用去离子水冲洗至出浸泡，用去离子水冲洗至出水清澈，检测水清澈，检测PHPH值为值为7 7。 再用再用2%4%的的HCl溶液进行处理，再用溶液进行处理，再用2%4%NaOH进进行行处理，处理，全部通入后，浸泡，排去碱液，用去离子水冲洗至出全部通入后，浸泡，排去碱液，用去离子水冲洗至出水呈中性。水呈中性。8 8. .1.21.2静态预处理静态预处理 v阳树脂的处理：阳树脂的处理： 将树脂用水洗至清水后，用将树脂用水洗至清水后，用2%4%NaOH浸泡浸

43、泡4-84-8小时，小时，再用水洗至中性，再用再用水洗至中性，再用5%的的HCl浸泡浸泡4-84-8小时后，用水洗小时后，用水洗至中性，待用。至中性，待用。v阴树脂的处理：阴树脂的处理： 将树脂用水洗至清水后，用将树脂用水洗至清水后，用5%的的HCl浸泡浸泡4-84-8小时，再小时，再用水洗至中性，再用用水洗至中性，再用2%4%NaOH浸泡浸泡4-84-8小时后，用水小时后，用水洗至中性，待用。洗至中性，待用。8 8. .2 2离子交换树脂的再生离子交换树脂的再生8 8. .2.12.1阳离子交换器再生阳离子交换器再生 v采用顺流和逆流方式均可，最好采用采用顺流和逆流方式均可，最好采用逆流法逆

44、流法 。v反洗：反洗：目的是松动树脂层，当出水澄清透明时止。目的是松动树脂层，当出水澄清透明时止。v配酸液（配酸液（HClHCl）：）：再生液的用量为树脂体积的再生液的用量为树脂体积的5倍，再生液浓倍，再生液浓度为度为4%-6%。进酸时间为。进酸时间为1小时。小时。v正洗：正洗：目的是洗净再生物和残余酸液。打开进水和上进目的是洗净再生物和残余酸液。打开进水和上进 水阀水阀门，打开下排阀门，当排水门，打开下排阀门，当排水pH =pH =6.5左右时，正洗结束，再生完左右时，正洗结束，再生完毕。毕。8 8. .2.22.2阴离子交换器再生阴离子交换器再生 v采用顺流和逆流方式均可，最好采用采用顺流

45、和逆流方式均可，最好采用逆流法逆流法 。v反洗：反洗：先打开进水和下进阀门，打开排气阀门，水自下而上通先打开进水和下进阀门，打开排气阀门，水自下而上通过树脂层，（用阳床的水）目的是松动树脂，当出水澄清透明为过树脂层，（用阳床的水）目的是松动树脂，当出水澄清透明为止。止。v配碱液（配碱液（NaOHNaOH）：）：再生液的用量为树脂体积的再生液的用量为树脂体积的5倍，再生液的倍，再生液的浓度为浓度为4-6%。进碱时间为。进碱时间为1.5小时。小时。v正洗：正洗：水自上而下通过树脂层，目的是洗净再生产物和残余碱水自上而下通过树脂层，目的是洗净再生产物和残余碱液。打开进水和上进阀门，打开下排阀门，当排

46、水液。打开进水和上进阀门，打开下排阀门，当排水pH=pH=7.5左右时左右时正洗结束，再生完毕。正洗结束，再生完毕。离离子子交交换换树树脂脂再再生生示示意意图图8 8. .2.32.3离子交换树脂再生离子交换树脂再生 的注意事项的注意事项v 进完酸或碱时一定要把酸碱经过的进完酸或碱时一定要把酸碱经过的管道管道冲洗干净，以防冲洗干净，以防存酸存碱，影响电导率。存酸存碱，影响电导率。v 把把再生泵再生泵冲洗干净，以备下次使用。冲洗干净，以备下次使用。 10.1悬浮物污堵的处理及预防悬浮物污堵的处理及预防 10.2铁中毒的处理及预防铁中毒的处理及预防 10.3油污染的处理及油污染的处理及预防预防 在

47、化学水处理系统中在化学水处理系统中, ,由于多种原因由于多种原因, ,阴、阳离子阴、阳离子交换树脂都存在着被污染的问题交换树脂都存在着被污染的问题, ,尤其是钙、铁、有尤其是钙、铁、有机物的污染。污染后的树脂机物的污染。污染后的树脂性能下降、工作交换容性能下降、工作交换容量降低、离子泄露量增加量降低、离子泄露量增加, ,影响出水质量。影响出水质量。 由于树脂的结构未遭到破坏由于树脂的结构未遭到破坏, ,可以通过适当的处可以通过适当的处理理, ,恢复其交换性能恢复其交换性能. .同时应对树脂在使用过程中易同时应对树脂在使用过程中易出现污染的情况进行分析出现污染的情况进行分析, ,采取合理的措施。

48、采取合理的措施。 10.10.1 1 悬浮物污堵的处理及预防悬浮物污堵的处理及预防 n现象：现象：原水中的悬浮物会原水中的悬浮物会堵塞堵塞树脂层中的树脂层中的孔隙孔隙，从，从而增大其水流阻力，增大运行压降，也会覆盖在树而增大其水流阻力，增大运行压降，也会覆盖在树脂颗粒的表面，因而脂颗粒的表面，因而降低降低树脂的工作树脂的工作交换容量交换容量。n处理：处理：为清除积聚在树脂层中的悬浮物，可采用为清除积聚在树脂层中的悬浮物，可采用增增加反洗次数和时间加反洗次数和时间或或使用压缩空气擦洗使用压缩空气擦洗等方法。等方法。n预防：预防：为防止悬浮物的污堵，主要是加强对为防止悬浮物的污堵，主要是加强对原水

49、的原水的预处理预处理，以降低水中悬浮物的含量。，以降低水中悬浮物的含量。1010. .2 2铁中毒的处理及预防铁中毒的处理及预防 n现象现象：阳、阴树脂都可能发生铁的污染。阳、阴树脂都可能发生铁的污染。 被污染树脂的外观为被污染树脂的外观为深棕色深棕色，严重时可以，严重时可以变为变为黑色黑色。一般情况下，每。一般情况下，每100g g树脂中的含铁树脂中的含铁量超过量超过150mgmg时，就应进行处理。铁的存在会时，就应进行处理。铁的存在会加速阴树脂的降解。加速阴树脂的降解。铁中毒后的离子交换树脂铁中毒后的离子交换树脂n处理：处理：常用的清洗方法是用常用的清洗方法是用10%HCl%HCl溶液溶液

50、，在进行此方，在进行此方法前，必须检查交换器设备的耐腐蚀性能，否则须用加抑制法前，必须检查交换器设备的耐腐蚀性能，否则须用加抑制剂的盐酸。剂的盐酸。n防止树脂发生铁污染的措施有：防止树脂发生铁污染的措施有： 1、减少阳离子进水的含铁量。减少阳离子进水的含铁量。对含铁量高的地下对含铁量高的地下水应先经过曝气处理及锰砂过滤除铁。对含铁量高的地表水水应先经过曝气处理及锰砂过滤除铁。对含铁量高的地表水或使用铁盐作为凝聚剂时，应添加碱性药剂，如或使用铁盐作为凝聚剂时，应添加碱性药剂，如NaOHNaOH，提，提高水的高水的pHpH值，防止铁离子带入阳床。值，防止铁离子带入阳床。2、对输送高含铁量原水的对输

51、送高含铁量原水的管道及贮槽管道及贮槽应考虑采取必应考虑采取必要的要的防腐措施防腐措施，以减少原水的铁含量。，以减少原水的铁含量。1010. .2 2 铁中毒的处理及预防铁中毒的处理及预防 n现象：现象：矿物油对树脂的污染主要是吸附于骨架上或被覆于树脂矿物油对树脂的污染主要是吸附于骨架上或被覆于树脂颗粒的表面，造成颗粒的表面，造成树脂微孔的污堵树脂微孔的污堵，致使树脂交换容量降低，致使树脂交换容量降低，周期制水量明显减少。周期制水量明显减少。1010. .3 3 油的污染及处理油的污染及处理 油污染后的离子交换树脂油污染后的离子交换树脂n处理：处理： 1 1、用、用NaOHNaOH溶液循环清洗溶

52、液循环清洗使用使用38-40C C的的8%-9%NaOH溶液，从碱箱（约溶液，从碱箱（约10m310m3）经过阴床、阳床后，再回到碱箱循环清洗（具体时间由小型经过阴床、阳床后，再回到碱箱循环清洗（具体时间由小型试验确定），并补充试验确定），并补充NaOHNaOH溶液，保持溶液浓度，利用溶液，保持溶液浓度，利用NaOHNaOH对矿物油的乳化作用，清除油污。对矿物油的乳化作用，清除油污。2 2、用溶剂清洗、用溶剂清洗可以使用可以使用石油醚石油醚或或200号溶剂汽油号溶剂汽油对树脂进行清洗，清对树脂进行清洗，清洗过程中要严密防火。洗过程中要严密防火。n预防矿物油的来源主要要做好以下几各方面：预防矿物油的来源主要要做好以下几各方面：1 1、防止、防止渗入地下的矿物油渗入地下的矿物油随原水带入交换器。随原水带入交换器。 2 2、燃油锅炉使用蒸汽雾化燃油，当油压高于蒸汽压力、燃油锅炉使用蒸汽雾化燃油，当油压高于蒸汽压力时，防止时，防止重油重油（或原油）（或原油）漏入蒸汽漏入蒸汽，经过凝气器进入凝结水，经过凝气器进入凝结水除盐系统。除盐系统。1010. .3 3 油的污染及处理油的污染及处理 l 离子交换树脂含有一定水份，离子交换树脂含有一定水份，不宜露天存放不宜露天存放，储运过，储运过程中应程中