离子交换树脂1ppt课件

1、第三章第三章 离子交换树脂离子交换树脂 离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物。它具有普通聚合物所没有的新功能合物。它具有普通聚合物所没有的新功能离子离子交换功能，本质上属于反响性聚合物。交换功能，本质上属于反响性聚合物。 离子交换离子交换树脂是最早出现的功能高分子资料，其历史可追溯树脂是最早出现的功能高分子资料，其历史可追溯到上一世纪到上一世纪30年代。年代。1935年英国的年英国的dams和和Holmes发发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的任务报告，开创了离子交换树脂领域，同时也开的

2、任务报告，开创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子领域。创了功能高分子领域。 离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简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。因此根据便又节约能源。因此根据Adams和和Holmes的发明，带的发明，带有磺酸基和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化消费有磺酸基和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化消费并在水的脱盐中得到了运用。并在水的脱盐中得到了运用。 1944年年 DAlelio 合成了具有优良物理和化学性能合成了具有优良物理和化学性能的磺化苯乙烯的磺化苯乙烯-二乙烯苯共聚物离子交换树脂及交联聚二乙烯苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯酸树脂，奠定

3、了现代离子交换树脂的根底。丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的根底。 以后，以后，Dow化学公司的化学公司的 Bauman 等人开发了苯乙等人开发了苯乙烯系磺酸型强酸性离子交换树脂并实现了工业化；烯系磺酸型强酸性离子交换树脂并实现了工业化；Rohm & Hass公司的公司的Kunin等人那么进一步研制了强等人那么进一步研制了强碱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。这些离子交换树脂除运用于水的脱盐精制交换树脂。这些离子交换树脂除运用于水的脱盐精制外，还用于药物提取纯化、稀土元素的分别纯化、蔗外，还用于药物提取纯化、稀土元

4、素的分别纯化、蔗糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。 离子交换树脂开展史上的另一个艰苦成果是大孔离子交换树脂开展史上的另一个艰苦成果是大孔型树脂的开发。型树脂的开发。20世纪世纪50年代末，国内外包括我国的年代末，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脂。与凝胶型离子交换树脂相比，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有机械强度高、交换速度快和抗有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，因此很快得到广泛的运用。机污染的优点，因此很快得到广泛的运用

5、。 60年代后期，离子交换树脂除了在种类和性能等年代后期，离子交换树脂除了在种类和性能等方面得到了进一步的开展，更为突出的是运用得到迅方面得到了进一步的开展，更为突出的是运用得到迅速的开展。除了传统的水的脱盐、软化外，在分别、速的开展。除了传统的水的脱盐、软化外，在分别、纯化、脱色、催化等方面得到广泛的运用。纯化、脱色、催化等方面得到广泛的运用。 例如离子交换树脂在水处置以外的运用由例如离子交换树脂在水处置以外的运用由80年代年代以前占离子交换树脂总用量的缺乏以前占离子交换树脂总用量的缺乏10添加到目前的添加到目前的30左右。左右。3.2 离子交换树脂离子交换树脂3.2.1 离子交换树脂的构造

6、离子交换树脂的构造 离子交换树脂是一类带有可离子化基团的离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网三维网状高分子资料，其外形普通为颗粒状，不溶于状高分子资料，其外形普通为颗粒状，不溶于水和一水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，如乙般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙醇、丙酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为0.31.2nm。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径能。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径能够大够大于或小于这一范围。于或小于这一范围。 图图31 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的表示图聚苯乙烯型阳离子交换树脂的表示图 从图中可见，树脂由三部

7、分组成：三维空间构造从图中可见，树脂由三部分组成：三维空间构造的网络骨架；骨架上衔接的可离子化的功能基团；功的网络骨架；骨架上衔接的可离子化的功能基团；功能基团上吸附的可交换的离子。能基团上吸附的可交换的离子。 强酸型阳离子交换树脂的功能基团是强酸型阳离子交换树脂的功能基团是SO3-H+，它可解离出它可解离出H+，而，而H+可与周围的外来离子相互交换。可与周围的外来离子相互交换。功能基团是固定在网络骨架上的，不能自在挪动。由功能基团是固定在网络骨架上的，不能自在挪动。由它解离出的离子却能自在挪动，并与周围的其他离子它解离出的离子却能自在挪动，并与周围的其他离子相互交换。这种能自在挪动的离子称为

8、可交换离子。相互交换。这种能自在挪动的离子称为可交换离子。 经过改动浓度差、利用亲和力差别等，使可交换经过改动浓度差、利用亲和力差别等，使可交换离子与其他同类型离子进展反复的交换，到达浓缩、离子与其他同类型离子进展反复的交换，到达浓缩、分别、提纯、净化等目的。分别、提纯、净化等目的。 通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂称作阳离子交换树脂；而将能解离出阴行交换的树脂称作阳离子交换树脂；而将能解离出阴离子、并能与外来阴离子进展交换的树脂称作阴离子离子、并能与外来阴离子进展交换的树脂称作阴离子交换树脂。从无机化学的角度看，可以以为阳离子交

9、交换树脂。从无机化学的角度看，可以以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。该当指出，离子交换树脂除了离子交高分子多元碱。该当指出，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，这与无机酸碱是换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸碱是截然不同的。截然不同的。3.3 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类3.3.1 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类 离子交换树脂的分类方法有很多种，最常离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和最用和最重要的分类方法有以下两种。重要的分类方法有以下两种。1按交换基团的性质分类按

10、交换基团的性质分类 按交换基团性质的不同，可将离子交换树按交换基团性质的不同，可将离子交换树脂分为脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。 阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和弱酸型三种。如弱酸型三种。如RSO3H为强酸型，为强酸型，RPO(OH)2为为中酸型，中酸型，RCOOH为弱酸型。习惯上，普通将中酸为弱酸型。习惯上，普通将中酸型和弱酸型统称为弱酸型。型和弱酸型统称为弱酸型。 阴离子交换树脂又可分为强碱型和弱碱型两种。阴离子交换树脂又可分为强碱型和弱碱型两种。如如R3NCl为强碱型，为强碱型，RNH

11、2、RNRH和，和，RNR2为弱碱型。为弱碱型。2按树脂的物理构造分类按树脂的物理构造分类 按其物理构造的不同，可将离子交换树脂分为凝按其物理构造的不同，可将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。图胶型、大孔型和载体型三类。图32是这些树脂构造是这些树脂构造的表示图。的表示图。图图32 不同物理构造离子交换树脂的模型不同物理构造离子交换树脂的模型1凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂 凡外观透明、具有均相高分子凝胶构造的离子交凡外观透明、具有均相高分子凝胶构造的离子交换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂外表光换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂外表光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在

12、水中会溶胀成凝胶滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔。大分子链之间的间隙状，并呈现大分子链的间隙孔。大分子链之间的间隙约为约为24nm。普通无机小分子的半径在。普通无机小分子的半径在1nm以下，因以下，因此可自在地经过离子交换树脂内大分子链的间隙。在此可自在地经过离子交换树脂内大分子链的间隙。在无水形状下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体无水形状下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体积减少，无机小分子无法经过。所以，这类离子交换积减少，无机小分子无法经过。所以，这类离子交换树脂在枯燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。树脂在枯燥条件下或油类中将丧失离子交换功

13、能。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陷，研制了大孔型针对凝胶型离子交换树脂的缺陷，研制了大孔型离子交换树脂。大孔型离子交换树脂外观不透明，表离子交换树脂。大孔型离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶构造。即使在枯燥形状，内部面粗糙，为非均相凝胶构造。即使在枯燥形状，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起离也存在不同尺寸的毛细孔，因此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普通子交换和吸附作用。大孔型离子交换树脂的孔径普通为几纳米至几百纳米，比外表积可达每克树脂几百平为几纳米至几百纳米，比外表积可达每克树脂几百平方米，因此其

14、吸附功能非常显著。方米，因此其吸附功能非常显著。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。普通是将离子交换树脂包覆用作液相色谱的固定相。普通是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃珠等外表上制成。它可经受液相色谱中在硅胶或玻璃珠等外表上制成。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。流动介质的高压，又具有离子交换功能。 此外，为了特殊的需求，已研制成多种具有特殊此外，为了特殊的需求，已研制成多种具有特殊功能的离子交换树脂。如螯合树脂、氧化复原树脂、功能的离子交换树脂。如螯合树脂、氧化复原

15、树脂、两性树脂等。两性树脂等。3.4 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日正式日正式公布公布了离子交换树脂的部颁规范了离子交换树脂的部颁规范HG2-884-886-76。 这套规范中规定，离子交换树脂的全名由这套规范中规定，离子交换树脂的全名由分类名分类名称、骨架或基团称号和根本称号陈列组成。称、骨架或基团称号和根本称号陈列组成。 离子交换树脂的根本称号为离子交换树脂。凡分离子交换树脂的根本称号为离子交换树脂。凡分类中属酸性的，在根本称号前加类中属酸性的，在根本称号前加“阳字；凡分类中属阳字；凡分类中属碱性的，在根本称号前加碱

16、性的，在根本称号前加“阴字。此外，为了区分别阴字。此外，为了区分别子交换树脂产品中同一类中的不同种类，在全名前必子交换树脂产品中同一类中的不同种类，在全名前必须加型号。须加型号。 离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。第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构造；一位数字代表产品分类；第二位数字代表骨架构造；第三位数字为顺序号，用于区分别子交换树脂树脂中第三位数字为顺序号，用于区分别子交换树脂树脂中基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各消费厂自行掌基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各消费厂自行掌握和制定。对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面握和制定。对凝

17、胶型离子交换树脂，往往在型号后面用用“和一个阿拉伯树脂相连，以表示树脂的交联度和一个阿拉伯树脂相连，以表示树脂的交联度质量百分数，而对大孔型树脂，那么在型号前冠质量百分数，而对大孔型树脂，那么在型号前冠以以字母字母“D。各类离子交换树脂的详细编号为：各类离子交换树脂的详细编号为： 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

18、交换树脂 600699 氧化复原型离子交换树脂氧化复原型离子交换树脂表表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树脂是水处置运用中用量很大的一种树脂是水处置运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树脂那么是指交联度树脂那么是指交联度为为10%的强酸型苯乙烯系

19、阳离子交换树脂。的强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂。 我国有些消费厂在部颁规范制定前已开场消费离我国有些消费厂在部颁规范制定前已开场消费离子交换树脂，它们本人有一套编号，曾经为人们所熟子交换树脂，它们本人有一套编号，曾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。3.5 离子交换树脂的制备方法离子交换树脂的制备方法3.5.1 凝

20、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凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部两大部分：合成一种三维网状构造的大分子和衔接上分：合成一种三维网状构造的大分子和衔接上离子交离子交换基团。换基团。 详细方法，可先合成网状构造大分子，然详细方法，可先合成网状构造大分子，然后使之后使之溶胀，经过化学反响将交换基团衔接到大分子溶胀，经过化学反响将交换基团衔接到大分子上。也上。也可先将交换基团衔接到单体上，或直接采用带可先将交换基团衔接到单体上，或直接采用带有交换有交换基团的单体聚合成网状构造大分子的方法。基团的单体聚合成网状构造大分子的方法。 1强酸型阳离子交换树脂的

21、制备强酸型阳离子交换树脂的制备 强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系骨强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系骨架，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交架，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。换基团。 由上述反响获得的球状共聚物称为由上述反响获得的球状共聚物称为“白球。将白球。将白白球洗净枯燥后，即可进展衔接交换基团的磺化反响。球洗净枯燥后，即可进展衔接交换基团的磺化反响。 将枯燥的白球用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等有将枯燥的白球用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等有机溶剂溶胀，然后用浓硫酸或氯磺酸等磺化。通常称机溶剂溶胀，然后用浓硫酸或氯磺酸等磺化。通常称磺化后的球状共聚物为磺

22、化后的球状共聚物为“黄球。黄球。H2SO4, C2H4Cl2HSO3Cl, C2H4Cl2SO2HSO3HH2O 含有含有SO3H交换基团的离子交换树脂称为氢型阳交换基团的离子交换树脂称为氢型阳离子交换树脂，其中离子交换树脂，其中H+为可自在活动的离子。由于它为可自在活动的离子。由于它们的储存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，因此常将们的储存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，因此常将它们与它们与NaOH反响而转化为反响而转化为Na型离子交换树脂。型离子交换树脂。Na型型树脂有较好的储存稳定性。树脂有较好的储存稳定性。强酸型阳离子交换树脂的制备实例：强酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将将1 g BPO溶

23、于溶于80 g苯乙烯与苯乙烯与20 g二乙烯基苯纯二乙烯基苯纯度度50的混合单体中。搅拌下参与含有的混合单体中。搅拌下参与含有5 g明胶的明胶的500 mL去离子水中，分散至所估计的粒度。从去离子水中，分散至所估计的粒度。从70逐逐步升温至步升温至95，反响，反响810 h，得球状共聚物。过滤、，得球状共聚物。过滤、水洗后于水洗后于100120下烘干。即成下烘干。即成“白球。白球。 将将100 g枯燥球状共聚物置于二氯乙烷中溶胀。加枯燥球状共聚物置于二氯乙烷中溶胀。加入入500 g浓硫酸浓硫酸98，于，于95100下加热磺化下加热磺化510 h。反响终了后，蒸去溶剂，过剩的硫酸用水渐渐。反响终

24、了后，蒸去溶剂，过剩的硫酸用水渐渐洗去。然后用氢氧化钠处置，使之转换成洗去。然后用氢氧化钠处置，使之转换成Na型树脂，型树脂，即得废品。即得废品。 这种树脂的交换容量约为这种树脂的交换容量约为5 mmol/g。 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聚丙烯酸系骨架，弱酸型阳离子交换树脂大多为聚丙烯酸系骨架，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。 丙烯酸的水溶性较大，聚合不易进展，故常采用丙

25、烯酸的水溶性较大，聚合不易进展，故常采用其酯类单体进展聚合后再进展水解的方法来制备。其酯类单体进展聚合后再进展水解的方法来制备。CH2CCOOCH3+CH2CH2CCH2CHCH2CH3COOCH3CH3CH2CCH2CHCH2COOHCH3NaOHH2O+ CH3OHCHCH2CHCHCH弱酸型阳离子交换树脂的制备实例：弱酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将将1 g BPO 溶于溶于90 g 丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯和10 g 二乙烯基二乙烯基苯的混合物中。搅拌下参与含有苯的混合物中。搅拌下参与含有0.050.1聚乙烯聚乙烯醇的醇的500 mL去离子水中，分散成所需的粒度。于去离子水中，分散成所

26、需的粒度。于60下保温反响下保温反响510 h。反响终了后冷却至室温，过滤、。反响终了后冷却至室温，过滤、水洗，于水洗，于100下枯燥。下枯燥。 将经枯燥的树脂置于将经枯燥的树脂置于2 L浓度为浓度为 l mol/L 的氢氧化的氢氧化钠乙醇溶液中，加热回流约钠乙醇溶液中，加热回流约10 h，然后冷却过滤，用，然后冷却过滤，用水和稀盐酸洗涤，再用水洗涤数次，最后在水和稀盐酸洗涤，再用水洗涤数次，最后在100下下枯燥，即得废品。枯燥，即得废品。 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季胺基作为离子交强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基作为离子交换基团，以聚苯

27、乙烯作骨架。制备方法是：将聚苯乙换基团，以聚苯乙烯作骨架。制备方法是：将聚苯乙烯系白球进展氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲烯系白球进展氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进展胺基化反响。基的活泼氯，定量地与各种胺进展胺基化反响。 苯环可在路易氏酸如苯环可在路易氏酸如ZnCl2，AlCl3，SnCl4等催等催化化下，与氯甲醚氯甲基化。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 HZ nC 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“氯球。用氯球可

28、非氯球。用氯球可非常常容易地进展胺基化反响。容易地进展胺基化反响。CH2ClN(CH3)N(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的性质略有不同。型季胺类强碱树脂的性质略有不同。型的碱性很强，对型的碱性很强，对OH离子的亲合力小。当用离子的亲合力小。当用NaOH再生时，效率很低，但其耐氧化性和热稳定性较好。再生时，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

29、耐氧化性，降低了胺基的碱性，再生效率提高。但其耐氧化性和热稳定性相对较差。性和热稳定性相对较差。 由于氯甲基化毒性很大，故树脂的消费过程中的由于氯甲基化毒性很大，故树脂的消费过程中的劳动维护是一艰苦问题。劳动维护是一艰苦问题。强碱型阴离子交换树脂制备实例：强碱型阴离子交换树脂制备实例： 将将1 g BPO 溶于溶于85 g 苯乙烯与苯乙烯与15 g 二乙烯基苯的二乙烯基苯的混合单体中，在搅拌下参与含有混合单体中，在搅拌下参与含有0.050.1聚乙烯聚乙烯醇的醇的500 mL去离子水中，分散成所需的粒度。在去离子水中，分散成所需的粒度。在80下搅拌反响下搅拌反响510 h，得球粒聚合物。过滤洗涤

30、后，于，得球粒聚合物。过滤洗涤后，于100125下枯燥。下枯燥。 将所得聚合物在将所得聚合物在100 g二氯乙烷中加热溶胀，冷却二氯乙烷中加热溶胀，冷却后参与后参与200 g 氯甲醚，氯甲醚，50 g 无水无水ZnCl2，5055 下下加加热热5 h。冷却后投入水中，分解过剩的氯甲醚，然后过。冷却后投入水中，分解过剩的氯甲醚，然后过滤、水洗，并于滤、水洗，并于100下枯燥。下枯燥。 取上述氯甲基化树脂取上述氯甲基化树脂100 g，参与，参与500 mL 20二二甲基乙醇胺水溶液中，在甲基乙醇胺水溶液中，在60下胺化下胺化4h。冷却后，过。冷却后，过滤水洗数次，用稀盐酸洗涤一次，再用水洗涤数次，

31、滤水洗数次，用稀盐酸洗涤一次，再用水洗涤数次，枯燥后即得枯燥后即得型强碱型阴离子交换树脂。型强碱型阴离子交换树脂。 假设以三甲胺水溶液替代二甲基乙醇胺水溶液进假设以三甲胺水溶液替代二甲基乙醇胺水溶液进展展胺化，那么可得胺化，那么可得型强碱型阴离子交换树脂。型强碱型阴离子交换树脂。 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展胺化反用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进展胺化反应，可得弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程的应，可得弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程的毒性较大，如今消费中已较少采用这种方法。毒性较大，如今消费中已较少采用这种方法。 利用

32、羧酸类基团与胺类化合物进展酰胺化反响，利用羧酸类基团与胺类化合物进展酰胺化反响，可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。例如将可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。例如将交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，然后在然后在130150下与多乙烯多胺反响，构成多胺树下与多乙烯多胺反响，构成多胺树脂。再用甲醛或甲酸进展甲基化反响，可获得性能良脂。再用甲醛或甲酸进展甲基化反响，可获得性能良好的叔胺树脂。好的叔胺树脂。CH2CHCH2CH2CHCH2CHCH2CH2CHCHCHNH2(C2H4NH)nHCOOCH3CONH(C2H4NH)nH二乙苯

33、CH2OCONH(C2H4N)nCH3CH3CH2CHCH2CH2CHCH弱碱型阴离子交换树脂制备实例：弱碱型阴离子交换树脂制备实例： 将将1 g BPO 溶于溶于88 g 丙烯酸乙酯和丙烯酸乙酯和12 g 二乙烯基二乙烯基苯纯度苯纯度55的混合单体中，在搅拌下参与含有的混合单体中，在搅拌下参与含有0.1聚乙烯醇的聚乙烯醇的240 g去离子水中，分散成所需的粒度。去离子水中，分散成所需的粒度。加热至加热至7580，搅拌聚合，搅拌聚合4 h，产物用水洗涤后，在，产物用水洗涤后，在110下枯燥下枯燥16 h。 将上述将上述l00 g球状树脂与球状树脂与300 g二乙撑三胺混合，在二乙撑三胺混合，在

34、157182下反响下反响5 h。冷却后用水充分洗涤、过滤、。冷却后用水充分洗涤、过滤、枯燥，得到交换容量为枯燥，得到交换容量为6.4 mmol/g的弱碱型阴离子交的弱碱型阴离子交换树脂。换树脂。3.5.2 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在树脂内部存在大大孔型离子交换树脂的特点是在树脂内部存在大量的毛细孔。无论树脂处于干态或湿态、收缩或溶胀量的毛细孔。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逝。凝胶型离子交换树脂中时，这种毛细孔都不会消逝。凝胶型离子交换树脂中的分子间隙为的分子间隙为24nm，而大孔型树脂中的毛细孔直径，而大孔型树脂中的毛细孔直径

35、可达几可达几nm至几千至几千nm。分子间隙为。分子间隙为2nm的离子交换树的离子交换树脂的比外表积约为脂的比外表积约为l m2/g，而，而20nm孔径的大孔型树脂孔径的大孔型树脂的比外表积高达几千的比外表积高达几千m2/g。假设在大孔骨架上衔接上。假设在大孔骨架上衔接上交交换功能基团，就成为大孔型离子交换树脂。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凝胶型离子交换树脂除了有在干态和非水系统中不能运用的缺陷外，还存在一个严重的缺陷，即使用不能运用的缺陷外，还存在一个严重的缺陷，即使用中会产生中会产生“中毒景象。所谓的中毒是指其在运用了中毒景象。所谓的中毒

36、是指其在运用了一一段时间后，会失去离子交换功能景象。研讨阐明，这段时间后，会失去离子交换功能景象。研讨阐明，这是由于苯乙烯与二乙烯基苯的共聚特性呵斥的。是由于苯乙烯与二乙烯基苯的共聚特性呵斥的。 在共聚过程中，二乙烯基苯的自聚速率大于与苯在共聚过程中，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高，而聚合后期，二乙烯基苯单体已基苯单元比例较高，而聚合后期，二乙烯基苯单体已基本耗费完，反响主要为苯乙烯的自聚。结果，球状树本耗费完，反响主要为苯乙烯的自聚。结果，球状树脂内部的交联密度不同，外疏内密。脂内部的交联

37、密度不同，外疏内密。 在离子交换树脂运用中，体积较大的离子分散进在离子交换树脂运用中，体积较大的离子分散进入树脂内部。而在再生时，由于外疏内密的构造，较入树脂内部。而在再生时，由于外疏内密的构造，较大离子会卡在分子间隙中，不易与可挪动离子发生交大离子会卡在分子间隙中，不易与可挪动离子发生交换，最终失去交换功能，呵斥树脂换，最终失去交换功能，呵斥树脂“中毒景象。大中毒景象。大孔孔型离子交换树脂不存在外疏内密的构造，从而抑制了型离子交换树脂不存在外疏内密的构造，从而抑制了中毒景象。中毒景象。 大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本一样。重要的大孔型树

38、脂仍以苯乙烯类为主。与离本一样。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：一子交换树脂相比，制备中有两个最大的不同之处：一是二乙烯基苯含量大大添加，普通达是二乙烯基苯含量大大添加，普通达85以上；二是以上；二是在制备中参与致孔剂。在制备中参与致孔剂。 致孔剂可分为两大类：一类为聚合物的良溶剂，致孔剂可分为两大类：一类为聚合物的良溶剂，又称溶胀剂；另一类为聚合物的不良溶剂，即单体的又称溶胀剂；另一类为聚合物的不良溶剂，即单体的溶剂，聚合物的沉淀剂。溶剂，聚合物的沉淀剂。 良溶剂如甲苯，共聚物的链节在甲苯中伸展。随良溶剂如甲苯，共聚物的链节在甲苯中伸展。随交

39、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别。聚合完成后，抽提去除溶剂，那么在始出现相分别。聚合完成后，抽提去除溶剂，那么在聚聚合物骨架上留下多孔构造。合物骨架上留下多孔构造。 不良溶剂如脂肪醇，它们是单体的溶剂，聚合物不良溶剂如脂肪醇，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展逐渐卷缩，构成的沉淀剂。共聚物分子随聚合的进展逐渐卷缩，构成细小的分子圆球，圆球之间经过分子链相互缠结。因细小的分子圆球，圆球之间经过分子链相互缠结。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。普通

40、来说，由不良溶剂致孔的大孔型树脂比良溶剂致普通来说，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外表积。孔的大孔型树脂有较大的孔径和较小的比外表积。 经过对两种致孔剂的选择和配合，可以获得各种经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。将规格的大孔型树脂。例如。将100己烷作致孔剂，己烷作致孔剂，产物的比外表积为产物的比外表积为90m2/g，孔径为，孔径为43nm。而改为。而改为15甲苯和甲苯和85己烷混合物作致孔剂，孔径降至己烷混合物作致孔剂，孔径降至13.5nm，而产物的比外表积提高到而产物的比外表积提高到171m2/g 。 假设在上述树脂

41、中衔接上各种交换基团，就得到假设在上述树脂中衔接上各种交换基团，就得到各种规格的大孔型离子交换树脂。各种规格的大孔型离子交换树脂。3.7 离子交换树脂的功能离子交换树脂的功能 离子交换树脂最主要的功能是离子交换，离子交换树脂最主要的功能是离子交换，此外，此外，它还具有吸附、催化、脱水等功能。吸附树脂它还具有吸附、催化、脱水等功能。吸附树脂那么以其那么以其宏大的外表积而具有优良的吸附性为其主要功宏大的外表积而具有优良的吸附性为其主要功能。能。3.7.1 离子交换功能离子交换功能 离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，它离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，它们可发们可发生以下三种类型的离子交换反响。生以

42、下三种类型的离子交换反响。 中和反响：中和反响：RSO3H + NaOHRSO3Na + H2ORCOOH + NaOHRCOONa + H2ORN(CH3)3OH + HCl+ H2ORN(CH3)3ClNHOH + HClRNHClR+ H2O 复分解反响：复分解反响：RSO3Na + KClRSO3K + NaCl2RCOONa + CaCl2(RCOO)2CaNa + 2NaClRNCl + NaBrRNBr + NaCl2RNH3Cl + Na2SO4(RNH3)2SO4+ 2NaCl 中性盐反响：中性盐反响：RSO3H + NaClRSO3Na + HClNHOH + NaClRN

43、HClR+ NaOH 从上面的反响可见，一切的阳离子交换树脂和阴从上面的反响可见，一切的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可进展中和反响和复分解反响。仅由离子交换树脂均可进展中和反响和复分解反响。仅由于交换功能基团的性质不同，交换才干有所不同。中于交换功能基团的性质不同，交换才干有所不同。中性盐反响那么仅在强酸型阳离子交换树脂和强碱型离性盐反响那么仅在强酸型阳离子交换树脂和强碱型离子子交换树脂的反响中发生。交换树脂的反响中发生。 一切上述反响均是平衡可逆反响，这正是离子交一切上述反响均是平衡可逆反响，这正是离子交换树脂可以再生的本质。只需控制溶液的换树脂可以再生的本质。只需控制溶液的pH值、离值

44、、离子子浓度和温度等要素，就可使反响向逆向进展，到达再浓度和温度等要素，就可使反响向逆向进展，到达再生的目的。生的目的。3.7.3 脱水功能脱水功能 强酸型阳离子交换树脂中的强酸型阳离子交换树脂中的SO3H基团是强极基团是强极性基团，相当于浓硫酸，有很强的吸水性。枯燥的强性基团，相当于浓硫酸，有很强的吸水性。枯燥的强酸型阳离子交换树脂可用作有机溶剂的脱水剂。图酸型阳离子交换树脂可用作有机溶剂的脱水剂。图35是以强酸型阳离子交换树脂作为脱水剂，对各种是以强酸型阳离子交换树脂作为脱水剂，对各种有机溶剂进展脱水的实验曲线。有机溶剂进展脱水的实验曲线。图图35 离子交换树脂对不同溶剂的脱水作用离子交换

45、树脂对不同溶剂的脱水作用0.0010.10.01树脂中的水分溶剂中残留水分ppm1101001000克水/克树脂4321 1 氯仿 2 苯 3 三氯乙烯 4 二氯乙烷3.7.4 催化功能催化功能 小分子酸和碱是许多有机化学反响和聚合反响的小分子酸和碱是许多有机化学反响和聚合反响的催化剂。离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，也可催化剂。离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，也可对许多化学反响起催化作用。与低分子酸碱相比，离对许多化学反响起催化作用。与低分子酸碱相比，离子交换树脂催化剂具有易于分别、不腐蚀设备、不污子交换树脂催化剂具有易于分别、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处置简单等优点。如用强

46、酸染环境、产品纯度高、后处置简单等优点。如用强酸型阳离于交换树脂可作为酯化反响的催化剂。型阳离于交换树脂可作为酯化反响的催化剂。 利用大孔型树脂的强吸附功能，将易于分解失效利用大孔型树脂的强吸附功能，将易于分解失效的催化剂从的催化剂从AlC13等吸附在微孔中。在反响过程中那等吸附在微孔中。在反响过程中那么么逐渐释放出来以提高催化剂的效率。这也归属于树脂逐渐释放出来以提高催化剂的效率。这也归属于树脂的催化功能。的催化功能。 除了上述几个功能外，离子交换树脂和大孔型吸除了上述几个功能外，离子交换树脂和大孔型吸附树脂还具有脱色、作载体等功能。附树脂还具有脱色、作载体等功能。3.8 离子交换树脂的质量

47、控制离子交换树脂的质量控制 1交换容量交换容量 离子交换树脂的交换容量是指单位质离子交换树脂的交换容量是指单位质量或单位体量或单位体积树脂可交换的离子基团的数量的才干。积树脂可交换的离子基团的数量的才干。 树脂的交换容量与其实践所含的离子树脂的交换容量与其实践所含的离子基团的数量基团的数量并不一定一致，由于树脂上的离子集团并并不一定一致，由于树脂上的离子集团并不一定会全不一定会全部进展离子交换，可交换的基团的比例根部进展离子交换，可交换的基团的比例根据测试条件据测试条件不同而异。根据测定方法不同，有湿基全不同而异。根据测定方法不同，有湿基全交换容量、交换容量、全交换容量、任务交换容量模拟实践运

48、全交换容量、任务交换容量模拟实践运用条件测得用条件测得的柱交换容量等。的柱交换容量等。 2强度强度 交换树脂的强度用磨后圆球率来考核。树脂验收交换树脂的强度用磨后圆球率来考核。树脂验收规范规定磨后圆球率大于等于规范规定磨后圆球率大于等于90为合格的目的。为合格的目的。 3溶出物溶出物 溶出物是指树脂中的低聚物以及残留反响物，通溶出物是指树脂中的低聚物以及残留反响物，通常是一些可溶性的有机物。在运用中，这些有机物会常是一些可溶性的有机物。在运用中，这些有机物会逐渐溶出，影响水质并污染树脂。对于溶出物应力求逐渐溶出，影响水质并污染树脂。对于溶出物应力求在消费过程中得四处置，而不应只经过运用前预处置

49、在消费过程中得四处置，而不应只经过运用前预处置来减少。来减少。 4粒径粒径 离子交换树脂的颗粒大小可用粒径表示。我国通离子交换树脂的颗粒大小可用粒径表示。我国通用工业离子交换树脂的粒径范围为用工业离子交换树脂的粒径范围为0.3151.2 mm。 除了用粒径范围表示粒度外，还常用有效粒径和除了用粒径范围表示粒度外，还常用有效粒径和均一系数来描画离子交换树脂的粒径。有效粒径为保均一系数来描画离子交换树脂的粒径。有效粒径为保留留90树脂样品湿态的筛孔孔径，以树脂样品湿态的筛孔孔径，以mm表示；表示；均一系数为保管均一系数为保管40树脂样品湿态的筛孔孔径与树脂样品湿态的筛孔孔径与有效粒径之比值。均一系

50、数为表示粒径均一程度的参有效粒径之比值。均一系数为表示粒径均一程度的参数，其数值愈小，那么表示颗粒大小愈均匀。数，其数值愈小，那么表示颗粒大小愈均匀。 5树脂的含水量树脂的含水量 离子交换树脂的运用绝大部分是在水溶液中进展离子交换树脂的运用绝大部分是在水溶液中进展的。水分子一方面可使树脂上的离子化基团和欲交换的。水分子一方面可使树脂上的离子化基团和欲交换的化合物分子离子化，以便进展交换；另一方面水使的化合物分子离子化，以便进展交换；另一方面水使树脂溶胀，使凝胶树脂或大孔树脂的凝胶部分产生凝树脂溶胀，使凝胶树脂或大孔树脂的凝胶部分产生凝胶孔，以便离子能以适当的速度在其中分散。所以离胶孔，以便离子

51、能以适当的速度在其中分散。所以离子交换树脂必需具有良好的吸水性。但树脂在储存过子交换树脂必需具有良好的吸水性。但树脂在储存过程的含水量不能太大，否那么会降低其机械强度和体程的含水量不能太大，否那么会降低其机械强度和体积积交换容量。离子交换树脂的含水量普通为交换容量。离子交换树脂的含水量普通为3080，随树脂的种类和用途而变。，随树脂的种类和用途而变。 6比外表积、孔容、孔度、孔径和孔径分布比外表积、孔容、孔度、孔径和孔径分布 比外表积主要指大孔树脂的内外表积。大孔树脂比外表积主要指大孔树脂的内外表积。大孔树脂的比外表积常在的比外表积常在11000m2/g之间。相比之下，树脂之间。相比之下，树脂

52、的外外表积是非常小的的外外表积是非常小的(约约0.1m2/g)，且变化不大。，且变化不大。 孔容是指单位质量树脂的孔体积。孔容是指单位质量树脂的孔体积。 孔度为树脂的孔容占树脂总体积的百分比。孔度为树脂的孔容占树脂总体积的百分比。 孔径是将树脂内孔穴近似看作圆柱形时的直径。孔径是将树脂内孔穴近似看作圆柱形时的直径。 上述参数之间的相互关系如下：上述参数之间的相互关系如下：Ta11VpTaaP1VpdSp4V104313233式中，式中，Vp为孔容为孔容(mL/g)，a和和T为树脂的表观密度为树脂的表观密度和骨架密度和骨架密度(g/mL)，P为孔度；为孔度；S为比外表积为比外表积(m2/g)，d

53、为平均孔径为平均孔径(nm)。 树脂的比外表积常采用低温氮吸附树脂的比外表积常采用低温氮吸附脱附等温线脱附等温线法法BET法和压汞法测定。丈量范围为法和压汞法测定。丈量范围为11500 m2/g。压汞法同时还可测定孔容、平均孔径和孔径分。压汞法同时还可测定孔容、平均孔径和孔径分布等参布等参 数，运用较为方便。此外，孔容还可经过毛细数，运用较为方便。此外，孔容还可经过毛细管凝聚法、湿态树脂枯燥法等测定；孔径分布还可通管凝聚法、湿态树脂枯燥法等测定；孔径分布还可通过过X射线小角散射法、热孔计法、反相体积排阻色谱射线小角散射法、热孔计法、反相体积排阻色谱法等方法测定。法等方法测定。3.9 离子交换树

54、脂的运用离子交换树脂的运用3.9.1 离子交换树脂的运用离子交换树脂的运用 1水处置水处置 水处置包括水质的软化、水的脱盐和高纯水处置包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制水的制备等。水处置是离子交换树脂最根本的用途之备等。水处置是离子交换树脂最根本的用途之一。如一。如下面是去离子水的制备安装。下面是去离子水的制备安装。 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别、提纯和回收方面，离子交换金属和过渡金属的分别、提纯和回收方面，离

55、子交换树脂均起着非常重要的作用。树脂均起着非常重要的作用。 离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中参与离子离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中参与离子交换树脂可改动矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有交换树脂可改动矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需求的金属，提高浮选剂的选择性和选矿利于吸附所需求的金属，提高浮选剂的选择性和选矿效率。效率。 3原子能工业原子能工业 离子交换树脂在原子能工业上的运用包括核燃离子交换树脂在原子能工业上的运用包括核燃料的分别、提纯、精制、回收等。用离子交换树脂制料的分别、提纯、精制、回收等。用离子交换树脂制备高纯水，是核动力用循环、冷却、补给水供应的唯备高纯水，是核动

56、力用循环、冷却、补给水供应的唯一手段。离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射一手段。离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处置的主要方法。性污染处置的主要方法。 4 海洋资源利用海洋资源利用 利用离子交换树脂，可从许多海洋生物例如海利用离子交换树脂，可从许多海洋生物例如海带中提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海洋航行带中提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，用离子交换树脂以海水制取淡水是非常经和海岛上，用离子交换树脂以海水制取淡水是非常经济和方便的。济和方便的。第三章第三章 吸附分别功能高分子资吸附分别功能高分子资料料 5化学工业化学工业 离子交换树脂在化学实验、化工消费上曾经

57、和蒸离子交换树脂在化学实验、化工消费上曾经和蒸馏、结晶、萃取和过滤一样，成为重要的单元操作，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、有机化合物的分别、提纯，浓缩普遍用于多种无机、有机化合物的分别、提纯，浓缩和回收等。和回收等。 离子交换树脂用作化学反响催化剂，可大大提高离子交换树脂用作化学反响催化剂，可大大提高催化效率，简化后处置操作，防止设备的腐蚀。催化效率，简化后处置操作，防止设备的腐蚀。 离子交换树脂的功能基衔接上作为试剂的基团离子交换树脂的功能基衔接上作为试剂的基团后，可以当作有机合成的试剂，成为高分子试剂，用后，可以当作有机合成的试剂，成为高分子试剂，用来制备许多新的化合物。这种方法具有控制及分别容来制备许多新的化合物。这种方法具有控制及分别容易、副产物少、纯度高等特点。目前在有机化合物的易、副产物少、纯度高等特点。目前在有机化合物的酰化、过氧化、溴化二硫化物的复原、大环化合物的酰化、过氧化、溴化二硫化物的复原、大环化合物的合成