第2章吸附分离功能高分子2-22.3节上

1、2.3 离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂的概念离子交换树脂的概念2.3.1.12.3.1.1 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。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大于或小于这一范围。交换树脂

2、的粒径可能大于或小于这一范围。 2 2. .3.1 3.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构和和分类分类图图21 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 2.3.1.12.3.1.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 从图中可见，树脂由三部分从图中可见，树脂由三部分组成：组成：三维空间结构的网络骨三维空间结构的网络骨架；骨架上连接的可离子化的架；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可交换的离子。 强酸型阳离子交换树脂的功强酸型阳离子交换树脂的功能基团是能基团是SO3-H+，它可解离，它可解离出出H+，而，而H+

3、可与周围的外来离可与周围的外来离子互相交换。功能基团是固定子互相交换。功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移在网络骨架上的，不能自由移动。由它解离出的离子却能自动。由它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子由移动，并与周围的其他离子互相交换。这种能自由移动的互相交换。这种能自由移动的离子称为离子称为可交换离子可交换离子。 通过通过改变浓度差、改变浓度差、离子离子强度、强度、pHpH、利用亲和力差别、利用亲和力差别等，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、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、净化等目的。分离、提纯、净化等目的。 通常，将通

4、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，

5、这与无机酸碱是截然不同的。与无机酸碱是截然不同的。2.3.1.12.3.1.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 按其物理结构的不同，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2 222是这些树脂结构的示意图。是这些树脂结构的示意图。图图 22 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（2）按树脂骨架的物理结构分类）按树脂骨架的物理结构分类1 1）凝胶型离子交换树脂）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

6、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。

7、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 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

8、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。著。3 3）载体型离子交换树脂）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

9、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。2.3.2 离子交换树脂的制备方法离子交换树脂的制备方法2.3.2.1 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

10、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。 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

11、制备）强酸型阳离子交换树脂的制备方法方法1 1：合成苯乙烯与二乙烯苯小球，溶胀下进行磺化反应：合成苯乙烯与二乙烯苯小球，溶胀下进行磺化反应 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。强酸性阳离子交换树脂制备方法强酸性阳离子交换树脂制备方法1第一

12、步：苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚，可得到交联聚苯乙烯：第一步：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交联苯乙烯第二步：第二步： 交联聚苯乙烯制成微孔状小球，再在苯环上引入磺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，可得到各种阳离子交换树脂酸基、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

13、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。 强酸性阳离子交换树脂制备方法强酸性阳离子交换树脂制备方法1强酸性阳离子交换树脂制备方法强酸性阳离子交换树脂制备方法2方法方法2 2：用苯酚和甲醛缩聚得到交联的酚醛，再磺化制备强：用苯酚和甲醛缩聚得到交联的酚醛，再磺化制备强酸性阳离子交换树脂酸性阳离子交换树脂 具体见课本具体见课本P21P21反应式反应式2-9.2-9.（2）弱酸性阳离子交换树脂的制备）弱酸性阳离

14、子交换树脂的制备带有的离子交换基团：带有的离子交换基团：羧酸基羧酸基-COOH：如丙烯酸型（直接聚合或：如丙烯酸型（直接聚合或聚合后水解得到）聚合后水解得到）磷酸基磷酸基-PO3H2：如磷酸型（苯的取代反应：如磷酸型（苯的取代反应得到）得到）砷酸基砷酸基-AsO3H2酚基酚基 （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

15、交换基团。即为交换基团。 丙烯酸丙烯酸的水溶性较大，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阳离子交换树脂阳离子交换树脂的特点的特点u强酸性阳离子交换树脂应用较广泛（酸、中、强酸性阳离子交换树脂应用较广泛（酸、中、碱介质均可用）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H H+ +不易电离，所以不易电离，所以在

16、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。阴阴离子交换树脂离子交换树脂的特点的特点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

17、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阴离子交换树脂离子交换树脂的类型的类型 （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

18、，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。C H2C HC H2C H2C HC H3O C H2C lC H2C HC H2C H2C HC H2C l+ C H3O HZnC l2C HC H 所得的中间产品通常称为所得的中间产品通常称为“

19、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。 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（3）强碱性阴）强碱性阴离子交换树脂离子交换树脂的制备的制备CH2ClN(CH3)N(

20、CH3)C2H4OHCH2N+(CH3)3Cl-CH2N+(CH3)2(C2H4OH)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

21、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，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

22、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)nCH3CH3CH2CHCH2CH2CHCH2.3.2.2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

23、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

24、 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

25、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

26、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

27、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。 2.3.2.2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

28、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

29、较小的比表面积。2.3.2.2 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

30、格的大孔型离子交换树脂。2.3.2.2 大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂2.3.2.3 其它类型的离子交换树脂其它类型的离子交换树脂（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

31、+ 2H+ + 2e（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

32、茂铁类、吩噻嗪类等多种类型。等多种类型。（1） 氧化还原树脂氧化还原树脂 （a）氢醌类）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+ （b b）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

33、化学反应引入琉基得到的。，通过化学反应引入琉基得到的。CH2CHCH3OCH2ClCH2Cl+ NaSHCH2SH+ NaClCH2CHCH2ClCH2CHCH2CH（c c）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+ + e（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

34、、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。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

35、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） 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

36、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

37、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

38、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Cl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） 热再生树脂热再生树脂2.3.3离子交换树脂的命名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