离子交换树脂的种类

1、离子交换树脂的种类离子交换剂是指具有离子交换能力的固体物质，依其可交换离子的种类，可 分为阳离子剂和阴离子剂两大类。最主要的当属合成树脂。离子交换树脂可分别 按照功能、内部结构、聚合物单体种类和用途分类。其中，以功能和内部结构分 类为主流方式，故此处以这两种分类方式对离子交换树脂的种类作出说明。1按功能分类1.1阳离子交换树脂首先，离子交换树脂可分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与 溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。而阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两 类，阴离子树脂则可分为强碱性和弱碱性两类。人工合成的阳离子树脂的官能团 是有机酸，并按照酸性的强弱，分为强酸性和弱酸性两类。强酸性的

2、官能团是苯 磺酸，弱酸性的官能团则包括有机磷酸、羟基酸和酚等。酸主要以H+的形式与 其他阳离子进行交换。例如，用H+与金属离子交换会使树脂变成盐的形式。强 阳离子树脂除了酸形式R-OH外，生产厂家也会以钠盐R-ONa的形式出售，分别 称为氢型和钠型强阳离子交换树脂。强酸性阳离子树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基-so3h，容易在溶液 中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如-SOH，能 吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互 相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子 交换作用。树脂在使用一段时间后，要进行再生处理

3、，即使用化学药品使离子交 换反应向相反的方向进行，使树脂的官能基团恢复到原来的状态，以便重复利用。 例如，上述的阳离子树脂一般使用强酸进行再生处理，此时树脂释放出被吸附的 阳离子并与H+结合，进而恢复到原来的组成。弱酸性阳离子树脂含有弱酸性基团，如羧基-COOH，能在水中离解出H+而 呈酸性，但因其解离程度不高，因此一般仅程弱酸性，故而属于弱酸性阳离子树 脂。树脂离解后余下的负电基团，如R COO-（R为碳氢链基团），可与溶液中 的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。如上所述，此类树脂的酸性 即离解性较弱，在低pH下难以离解进而进行离子交换，只能在碱性、中性或微 酸性溶液中（如pH值为

4、514）起作用。这类树脂也是用酸进行再生，其再生性较 强阳离子交换树脂更好。1.2阴离子交换树脂阴离子交换树脂的官能团包括有各种胺类，强碱性的官能团是季胺；弱碱性 的官能团则有伯胺、仲胺和叔胺等。季胺一般为氯盐和氢氧根型，即r-n（ch3）3ci， R-N（CH3）3OH，其中R代表碳链骨架。强碱性阴离子树脂含有强碱性基团，如季胺基（亦称四级胺基）-NR3OH（R 为碳氢基团），能在水中离解出OH而呈强碱性。这种树脂的正电基团可以同溶 液中的阴离子吸附并结合，从而发生阴离子交换作用。这种树脂的离解性非常强， 在不同pH下均能正常工作。它用强碱（如NaOH进行再生。弱碱性阴离子树脂含有弱碱性基团

5、，如伯胺基（亦称一级胺基）-nh2、仲胺基 （二级胺基）-质和叔胺基（三级胺基）-NR2，它们在水中能离解出OH而呈弱碱性。 这种树脂的正电基团也能与溶液中的阴离子吸附结合，从而发生阴离子交换作用。 在大多数情况下，此类树脂是将溶液中的整个其他酸分子吸附并结合。一般只能 在中性或酸性条件（如pH值为19）下工作。它可以用Na2CO3、NH4OH等弱碱进 行再生。1.3氧化还原树脂有的树脂不只离子交换，而且传递电子，甚至是只传递电子，即参加氧化还 原反应，这类树脂被称为氧化还原树脂。氧化还原树脂的最大特征是具有接受或 给予电子的能力，故这类树脂可以同与其反应的离子或分子发生氧化一还原反应。 此类

6、树脂中，最常见的是以对苯二酚为官能团的树脂，它们可以给出一对电子被 氧化成对苯二醍。反过来，对苯二醍可以得到电子被还原成对苯二酚，反应式如 下所示：唾形乂:H0巯基树脂的氧化还原反应:化+ :川 1 + 2 -在过氧化氢生产工艺中，有一种使用氧化还原树脂的高效工艺技术。即在水 溶液中用氧气使对苯二酚树脂氧化，生成的对苯二醍则能够使水氧化成过氧化氢， 其转化率可达到80%以上，且产品的纯度很高。当交换负载到树脂上的金属离子具有较强的氧化还原性，该树脂就会变成氧 化还原剂。例如，负载有Cu +的一般酸性树脂，会保有Cu +的还原能力，能够把 溶于水的氧还原，并可除至0.1吗/L以下。负载有MnO-

7、的强碱性树脂具有氧化性，而负载有SO2-、HSO一的强碱性树脂 具有还原性，能够分别作为氧化剂或还原剂参与反应，而后可还原或氧化再生并 反复使用。1.4两性树脂有时为了调节交换树脂的性能，合成时在同一种骨架上接上不同的官能团， 如同时有强碱和弱碱的官能团，甚至把阳离子与阴离子功能团联结在同一种骨架 上，这样就产生了双功能团树脂，甚至是多功能团树脂。目前应用最广泛的是双 功能团树脂，即阴阳两性树脂。两性树脂可简单的分为两大类：其一是不能形成内盐键的，性能与阴阳离子 交换树脂的混合物接近。只是由于阴阳基团分布于同一树脂颗粒内，因此可以提 高交换反应的速度并改善离子交换平衡性质；其二是能形成内盐键，

8、并因此而产 生一些新的特性，此类树脂的选择性、膨胀性及吸附容量等性质，在一定范围内 都会随着溶液中电解质浓度的提高而提高，故而适用于浓电解质的分离提纯工艺。 这类能形成内盐键的树脂，一般可通过共聚法或互贯法合成。两性树脂还可以按照阴阳两种基团的强弱分为：强碱-弱酸型、强酸-弱碱型 和弱酸-弱碱型。上面提到的用于浓电解质分离提纯工艺的两性树脂，一般是强 碱-弱酸型。1.5螯合树脂螯合树脂是指能与金属离子形成多配位络合物的交联功能高分子化合物。螯 合树脂的工作机理是该类树脂上的功能原子和金属离子发生配位反应，进而形成 类似小分子螯合物的稳定结构，相比于普通离子交换树脂的吸附机理（静电作用） 有很大

9、的优势。螯合树脂一般以交联聚合物（如苯乙烯/二乙烯苯树脂）为骨架，再连接特殊 功能团构成。此类树脂属于功能高分子，可通过高分子化学反应制得，也可将含 有配位基的单体经共聚反应或聚合反应制得。螯合树脂的选择性具有很高的专属性，可以完成其他分离方法难以达到的目 的。例如，使用化学沉淀法甚至溶剂萃取法都难以从钻中除去镍，美国AMAX 港镍精炼厂采用亚胺二醋酸螯合树脂从钻电解液中成功除去了镍和铜，在这之后 有其他企业采用相同的树脂和工艺，再次成功的从钻电解液中除去了镍和铜。螯 合树脂主要用于分析化学。除作为金属离子螯合剂外，还可以用于氨基酸或肽的 的外消旋体的拆分，以及作为水解、氧化、还原、烯类加成聚

10、合、氧化耦合聚合 等反应的催化剂使用。商业化的产品以胺基羧酸和含硫基团为主。2按内部结构分类2.1凝胶型树脂凝胶型树脂是指经由纯单体混合物聚合或缩合而成，外观呈透明状的均相凝 胶结构离子交换树脂。凝胶树脂的骨架结构为微孔状。离子通过由交联大分子链 间距离而形成的微孔（孔隙）扩散到交换基团附近而进行离子交换反应。凝胶树 脂中只有很小的化学结构孔而不存在物理孔（毛细孔），平均孔径约12nm，且 大小不一，是连续无间隔的产胶结构。这里的微孔会随着交联度的提高而减小， 随着凝胶体的溶胀而增大。极端的来看，处于干燥状态的树脂实际上是没有孔隙 的。凝胶树脂的主要优点有交换容量高于大孔型树脂，合成工艺也更简

11、单。缺点 是易于受到有机物的污染，这是因为孔径小不利于离子运动，直径较大的分子通 过时容易堵塞网孔，再生时也不易洗脱。常用合成方法是先采用悬浮共聚合或共 缩聚工艺合成球状基体，再经化学反应活化处理之，最后导入离子交换基团。目 前，除高速流水处理系统外，一般的水处理大多采用凝胶型离子交换树脂。2.2大孔型树脂大孔树脂是指由单体聚合制造树脂时，因掺入溶剂或其他致孔剂，聚合后又 脱去溶剂或致孔剂，进而使骨架中留下许多永久性孔道的一类树脂。因使用的溶 剂或致孔剂不同，有的树脂比表面积大，孔径却较小；反之，有的树脂孔径大， 比表面积却较小。这类树脂与定义有差异，但一般不做严格的区分，统称为大孔 树脂。大

12、孔树脂的孔径一般能达到20500nm，外观呈半透明或不透明状。提供了 良好的通道，易于进行磺化或结合其他官能团，也允许较大的离子进入孔道。如 在冶金过程中，会遇到聚合的大离子，此时相较于凝胶树脂，大孔树脂的交换速 度和容量都高很多。大孔树脂的比表面积可达100m2/g，相较于凝胶树脂的1 m2 / g大了很多。这使得大孔型交换树脂的交换速度明显高于凝胶型，且其耐渗 透压冲击能力也大得多。因大孔型的交联度比凝胶型高，故其理化性质也较好， 在耐有机物的污染、耐温度冲击甚至耐磨方面都优于凝胶型。下图为大孔型树脂 的合成工艺流程图：图1.大孔型树脂合成工艺流程图3离子交换树脂的品种3.1离子交换树脂的

13、产品系列离子交换树脂在国内外有很多生产厂商制，也有很多品种。国内生产厂商有 数十家，主要包括上海树脂厂、天津波鸿树脂科技有限公司、晨光化工研究院树 脂厂和南京树脂厂等。国外较著名的如美国Rohm&Hass公司生产的Amberlite 系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国的Duolite系列和Asmit系列、日本的 Diaion系列等。3.2离子交换树脂的牌号树脂的牌号多由各生产厂商或所在国自行规定。国外一般用字母C代表阳 离子树脂（C为cation的第一个字母），A代表阴离子树脂（A为Anion的第一个字 母），如美国Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂。我国规定 （HG2-884-76），离子交换树脂的型号由三位阿