离子交换树脂干货

时间：2021-12-15

做为一枚十余年树脂领域从业人员，近期有许多好朋友跟我说离子交换树脂是什么东西，这儿做一个简易梳理，算得上基本科谱，新手入门掌握得话充足了，可是要想用好树脂，大量的也是必须融合生产制造和加工工艺，保证举一反三，不可以彻底借助基础理论，大伙儿还可以加关心一同沟通交流互动交流。下一次有时间再给各位讲一讲无互换官能团的孔眼吸附树脂。

空话很少，逐渐主题！！！

一、离子交换树脂基本详细介绍

　　离子交换树脂的全名字由归类名字、框架（或dna）名字、基本上名字构成。孔隙度构造分疑胶型和大板孔二种，凡具备物理学孔构造的称大板孔树脂，在全名字前面“孔眼”。归类属酸性的应在名字前面“阳”，归类属偏碱的，在名字前面“阴”。如：孔眼强酸性丁二烯系阳离子交换树脂。

　　离子交换树脂还能够按照其基材的类别分为丁二烯系树脂和丙烯酸酯系树脂。树脂中生物活力官能团的类型决策了树脂的关键特性和类型。较先区别为正离子树脂和阳离子树脂两类，他们可各自与饱和溶液中的羧基和阳离子开展离子交换。正离子树脂又分成强酸性和弱酸性两大类，阳离子树脂又分成强偏碱和弱碱性两大类 (或再分离出来中强酸与立强偏碱类)。

　　离子交换树脂的取名方法：

　　离子交换商品的型号规格以三位 ** 数据构成，**位数据代表商品的归类，*二位数据代表框架的差别，*三位数据为序号用于差别dna、偶联剂等的差别。**、*二位数字的意义，见表8-1。

　　表8-1 树脂型号规格中的一、二位数字的意义

　　编号 0 1 2 3 4 5 6

　　归类名字强酸性弱酸性强偏碱弱碱性螫合性两性关系空气氧化氧化性

　　框架名字丁二烯系亚克力系冰醋酸系环氧树脂系丁二烯吡啶系尿醛系苯乙烯系

　　孔眼树脂在型号规格前面“D”，疑胶型树脂的化学交联度值可在型号规格后用“×”号联接 ** 数字表示。如D011×7，表明孔眼强酸性丁二烯系阳离子交换树脂，其化学交联为7。

　　树脂的型号大部分由各生产厂或该国自主要求。海外一些商品用英文字母C代表正离子树脂(C为cation的**个英文字母)，A代表阳离子树脂(A为Anion的**个英文字母)，如Amberlite的IRC和IRA各自为阳树脂和阴树脂，亦各自代表阳树脂和阴树脂。在我国化工部要求(HG2-884-76)，离子交换树脂的型号规格由三位 ** 数据构成。**位数据代表商品的归类：0 代表强酸性，1代表弱酸性，2代表强偏碱，3代表弱碱性，4代表鳌合性，5代表两性关系，6代表氧化还原反应。*二位数据代表不一样的框架构造：0代表丁二烯系，1代表亚克力系，2代表酚醛树脂系，3代表环氧树脂系等。*三位数据为序号，用于差别基材、交联基等的差别。除此之外大板孔树脂在数据前面英文字母D。因而，D001是大孔强酸性丁二烯系树脂。

可是近些年，伴随着技术水平的持续更新，许多树脂生产厂家研制开发出了大量质量更好、有特殊除去功能的特殊离交树脂，比如除氟离交树脂、除砷离交树脂、鳌合树脂这些，这在其中尤以西安市蓝晓的商品较有代表性，做为中国较高的特殊离交、吸附树脂制造业企业，蓝晓科技的特殊离交树脂早已在食品类、药业、化工厂、化学工艺等众多行业充分发挥着愈来愈关键的功效，公司依次2次得到我国科技创新二等奖，伴随着均粒喷出技术性的提升，国外高端人才的引入，蓝晓科技早已在世界市场上获得了丰硕的成效，在高档树脂行业，是现阶段一可以和国际性树脂**。

二、离子交换树脂的基本上种类

(1) 强酸性正离子树脂

　　这类树脂带有大量的的强酸性官能团，如磺酸基－SO3H，非常容易在饱和溶液中电离度出H ，故呈强酸性。树脂电离度后，本身含有的负电荷官能团，如SO3－，能吸附融合饱和溶液中的别的正离子。这两个反映使树脂中的H 与饱和溶液中的正离子相互交换。强酸性树脂的电离度工作能力很强，在酸性或碱性溶液中都能电离度和造成离子交换功效。

　　树脂在运用一段时间后，要开展再造解决，即用化学品使离子交换反映以反过来方位开展，使树脂的宫能官能团回应原先情况，以供再度应用。如以上的正离子树脂是用强碱开展再造解决，这时树脂释放被吸附的正离子，再与H 融合而修复原先的构成。

(2) 弱酸性正离子树脂

　　这类树脂含弱酸性官能团，如羧基－COOH，能在水中电离度出H 而呈酸性。树脂电离度后剩下的负电荷官能团，如R-COO－(R为碳氢化合物官能团)，能与饱和溶液中的别的正离子吸附融合，进而造成阳离子交换功效。这类树脂的酸性即电离度性较差，在低pH下无法电离度和开展离子交换，只有在偏碱、中性化或微酸性饱和溶液中(如pH5～14)起功效。这类树脂也是用酸开展再造(比强酸性树脂较易再生)。

(3) 强偏碱阳离子树脂

　　这类树脂带有强偏碱官能团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢化合物官能团)，能在水中电离度出OH－而呈强偏碱。这类树脂的正电荷官能团能与饱和溶液中的阳离子吸附融合，进而造成阴离子交换功效。

　　这类树脂的电离度性很强，在不一样pH下都能一切正常工作中。它用强酸(如NaOH)开展再造。

(4) 弱碱性阳离子树脂

　　这类树脂带有弱碱性官能团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，他们在水中能电离度出OH－而呈弱碱性。这类树脂的正电荷官能团能与饱和溶液中的阳离子吸附融合，进而造成阴离子交换功效。这类树脂在大部分状况下是将饱和溶液中的全部别的酸分子结构吸附。它只有在中性化或酸性标准(如pH1～9)下工作中。它可以用Na2CO3、NH4OH开展再造。

(5) 正离子树脂的转型发展

　　以上是树脂的四种基本上种类。在具体应用上，常将这种树脂变化为别的正离子形式运作，以满足各种各样必须。比如常将强酸性正离子树脂与NaCl功效，变化为钠型树脂再应用。工作中时钠型树脂释放Na 与饱和溶液中的Ca2 、Mg2 等阳离子交换吸附，去除这种正离子。反映时沒有释放H ，可防止饱和溶液pH降低和从而造成的不良反应(如绵白糖转换和机器设备浸蚀等)。这类树脂以钠型运作应用后，可以用生理盐水再造(*强碱)。又如阳离子树脂可变化为氯型再应用，工作中时释放Cl－而吸附互换别的阳离子，它的再造只要用食用盐溶液。氯型树脂也可变化为碳酸氢型(HCO3－)运作。强酸性树脂及强偏碱树脂在转换为钠型和氯型后，就不会再具备强酸性及强偏碱，但他们依然有这种树脂的别的典型性特性，如电离度性好和作业的pH范畴开阔等。

三、离子交换树脂基材的构成

　　离子交换树脂(ionresin)的基材( ** trix)，生产制造原材料关键有丁二烯和亚克力(酯)两类，他们各自与偶联剂二乙烯苯造成缩聚反应，产生具备长分子结构碳链及化学交联横链的互联网框架构造的高聚物。丁二烯系树脂是先应用的，亚克力系树脂则运用保持原状。

　　这两大类树脂的吸附特性都很好，但有不一样特性。亚克力系树脂能互换吸附大部分无机化合物黑色素，褪色容积大，并且吸附物容易过柱，有利于再造，在糖厂中可作为关键的褪色树脂。丁二烯系树脂善于吸附芳香族成分，擅于吸附糖汁中的多酯类化合物黑色素(包含带负电荷的或不通电的)；但在再造时较难过柱。因而，糖液首先用亚克力树脂开展粗褪色，再用丁二烯树脂开展精褪色，可充分运用二者的优点。

　　树脂的交连度，即树脂基材汇聚时常用二乙烯苯的百分比，对树脂的特性有较大危害。通常，化学交联度提高的树脂汇聚得较为密切，地神长而经久耐用，相对密度较高，內部间隙较少，对正离子的可选择性较强；而化学交联度低的树脂孔隙度比较大，褪色工作能力较强，反应速率较快，但在运行时的朔性比较大，冲击韧性略低，较为脆而易破碎。工业生产使用的正离子树脂的交连度一般不低于4%；用以褪色的树脂的交连度一般不高过8%；单纯性用以吸附**物正离子的树脂，其交连度可较高。

　　除以上丁二烯系和丙烯酸酯系这两个系列产品之外，离子交换树脂还可由别的**化学单个汇聚做成。如酚醛树脂系(FP)、环氧树脂系(EPA)、丁二烯吡啶系(VP)、尿醛系(UA)等。

四、离子交换树脂的物理学构造

　　正离子树脂常分成疑胶型和大板孔两大类。

　　疑胶型树脂的高分子材料框架，在烘干的情形下內部沒有皮肤毛孔。它在吸湿时润胀，在生物大分子链节位产生很细微的孔隙度，通常称之为显微镜孔(micro-pore)。潮湿树脂的均值直径为2～4nm(2×10－6 ～4×10－6mm)。

　　这类树脂较合适用以吸附**物正离子，他们的直徑较小，一般为0.3～0.6nm。这类树脂不可以吸附生物大分子**化学成分，因后者的规格比较大，如蛋白分子直径为5～20nm，不可以进到这类树脂的显微镜孔隙度中。

　　大板孔树脂是在缩聚反应时添加致孔剂，产生多孔结构蜂窝状结构的框架，內部有很多*的微孔板，再导进互换官能团做成。它共存有细微孔和大网眼( ** cro-pore)，湿润树脂的直径达100～500nm，其尺寸和总数都能够在生产制造时操纵。孔道的面积可以扩大到追赶1000m2/g。江苏省梳理这不仅仅为离子交换给予了较好的触碰标准，减少了正离子蔓延的距离，还提升了很多传动链活性中心，根据分子结构间的范德华吸引力(van de Waals force)造成分子结构吸附功效，可以象活性碳那般吸附各种各样非正离子性成分，扩张它的作用。一些没有互换作用团的大板孔树脂也可以吸附、分离出来多种多样成分，比如化工企业污水中的酯类化合物物。

　　孔眼树脂內部的孔隙度又多又大，面积非常大，活性中心多，正离子蔓延速度更快，离子交换速率也快许多，约比疑胶型树脂快约十倍。应用时的功效快、高效率，所需解决时长减少。孔眼树脂也有多种多样优势：耐溶胀，不容易断裂，耐空气氧化，抗磨损，耐高温及耐溫度转变，及其对**化学大分子物质容易吸附和互换，因此抗污力好，并较非常容易再造。

五、离子交换树脂的离子交换容积

　　离子交换树脂开展离子交换反映的特性，主要表现在它的“离子交换容积”，即1克干树脂或1ml湿树脂能够互换的正离子的毫克当量数，meq/g(干)或 meq/mL(湿)；当正离子为一价时，毫克当量数就是mg分子数(对二价或鞭毛抗原正离子，前面一种为后者乘正离子价数)。它又有“总交换容量”、“工作中交换容量”和“再造交换容量”等三种表明方法。

　　１、总交换容量，表明每企业总数(净重或容积)树脂能开展离子交换反映的**化学官能团的总产量。

　　２、工作中交换容量，表明树脂在某一定情况下的离子交换工作能力，它与树脂类型和总交换容量，及其实际工作中状态如溶液的组成、流动速度、溫度等原因相关。

　　３、再造交换容量，表明在一定的再造使用量标准下所获得的再造树脂的交换容量,表明树脂中原地区有**化学官能团再造还原的水平。

　　通常，再造交换容量为总交换容量的50～90%(一般操纵70～80%)，而工作中交换容量为再造交换容量的30～90%(对再造树脂来讲)，后一比例亦称之为树脂的利用效率。

　　在具体应用中，离子交换树脂的交换容量包含了吸附容积，但后者所占的占比因树脂构造差异而异。现仍无法各自开展测算，在实际设计方案中，需凭工作经验数据信息开展调整，并在具体运作时核查之。

　　正离子树脂交换容量的测量一般以**物正离子开展。这种正离子规格较小，能自由扩散到树脂身体内，与它內部的所有互换官能团起反映。而在具体运用时，饱和溶液中常会带有高分子材料**化合物，他们的规格比较大，无法进到树脂的显微镜孔中，因此合理的交换容量会小于用**物正离子测到的标值。这样的事情与树脂的种类、孔的构造规格及所解决的成分相关。

六、离子交换树脂的吸附可选择性

　　离子交换树脂对饱和溶液中的不一样正离子有不一样的感染力，对他们的吸附有可选择性。各种各样正离子受树脂互换吸附功效的高低水平有一般的规律性，但不一样的树脂很有可能稍有差别。关键规律性如下所示：

(１) 对正离子的吸附

　　高价位正离子通常被**选择吸附，而廉价正离子的吸附较差。在实价的类似正离子中，直徑比较大的正离子的被吸附较强。一些正离子被吸附的次序如下所示：

Fe3 > Al3 > Pb2 > Ca2 > Mg2 > K > Na > H

(２) 对阳离子的吸附

　　强偏碱阳离子树脂对强氧化剂根的吸附的一般次序为：

SO42－> NO3－ > Cl－ > HCO3－ > OH－

　　弱碱性阳离子树脂对阳离子的吸附的一般次序如下所示：

OH－> 柠檬酸钠根3－ > SO42－ > 酒石酸根2－ >草酸根2－ > PO43－ >NO2－ > Cl－ >醋酸根－ > HCO3－

(３) 对有色板块物的吸附

　　糖液褪色常应用强偏碱阳离子树脂，它对拟黑色素细胞(还原性糖与碳水化合物反映物质)和还原性糖的偏碱溶解物质的吸附较强，而对食品防腐剂的吸附较差。这被觉得是由于前两者通常带负电，而焦糖的电荷很弱。

　　通常，交联度高的树脂对离子的选择性较强，大孔结构树脂的选择性小于凝胶型树脂。这种选择性在稀溶液中较大，在浓溶液中较小。

七、离子交换树脂的物理性质

　　离子交换树脂的颗粒尺寸和有关的物理性质对它的工作和性能有很大影响。

(１) 树脂颗粒尺寸

　　离子交换树脂通常制成珠状的小颗粒，它的尺寸也很重要。树脂颗粒较细者，反应速度较大，但细颗粒对液体通过的阻力较大，需要较高的工作压力；特别是浓糖液粘度高，这种影响更显著。因此，树脂颗粒的大小应选择适当。如果树脂粒径在0.2mm(约为70目)以下，会明显增大流体通过的阻力，降低流量和生产能力。

　　树脂颗粒大小的测定通常用湿筛法，将树脂在充分吸水膨胀后进行筛分，累计其在20、30、40、50……目筛网上的留存量，以90%粒子可以通过其相对应的筛孔直径，称为树脂的“有效粒径”。多数通用的树脂产品的有效粒径在0.4～0.6mm之间。

　　树脂颗粒是否均匀以均匀系数表示。它是在测定树脂的“有效粒径”坐标图上取累计留存量为40%粒子，相对应的筛孔直径与有效粒径的比例。如一种树脂(IR-120)的有效粒径为0.4～0.6mm，它在20目筛、30目筛及40目筛上留存粒子分别为：18.3%、41.1%、及31.3%，则计算得均匀系数为2.0。

(２) 树脂的密度

　　树脂在干燥时的密度称为真密度。湿树脂每单位体积(连颗粒间空隙)的重量称为视密度。树脂的密度与它的交联度和交换基团的性质有关。通常，交联度高的树脂的密度较高，强酸性或强碱性树脂的密度**弱酸或弱碱性者，而大孔型树脂的密度则较低。江苏整理例如，苯乙烯系凝胶型强酸阳离子树脂的真密度为1.26g/mL，视密度为0.85g/mL；而丙烯酸系凝胶型弱酸阳离子树脂的真密度为1.19g/mL，视密度为0.75g/mL。

(３) 树脂的溶解性

　　离子交换树脂应为不溶性物质。但树脂在合成过程中夹杂的聚合度较低的物质，及树脂分解生成的物质，会在工作运行时溶解出来。交联度较低和含活性基团多的树脂，溶解倾向较大。

(４) 膨胀度

　　离子交换树脂含有大量亲水基团，与水接触即吸水膨胀。当树脂中的离子变换时，如阳离子树脂由H+转为Na+，阴树脂由Cl－转为OH－，都因离子直径增大而发生膨胀，增大树脂的体积。通常，交联度低的树脂的膨胀度较大。在设计离子交换装置时，必须考虑树脂的膨胀度，以适应生产运行时树脂中的离子转换发生的树脂体积变化。

(５) 耐用性

　　树脂颗粒使用时有转移、摩擦、膨胀和收缩等变化，长期使用后会有少量损耗和破碎，故树脂要有较高的机械强度和耐磨性。通常，交联度低的树脂较易碎裂，但树脂的耐用性更主要地决定于交联结构的均匀程度及其强度。如大孔树脂，具有较高的交联度者，结构稳定，能耐反复再生。

八、离子交换树脂的应用领域：

1）水处理

　　水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的较大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。

2）食品工业

　　离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。

3）制药行业

　　制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是**的例子。近年还在中药提成等方面有所研究。

4）合成化学和石油化学工业

　　在**合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。

　　甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。

5）环境保护

　　离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。

6）湿法冶金及其他

　　离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。

其他补充：

　　离子交换技术有相当长的历史，某些**物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是，随着现代**合成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种，年产量数十万吨。

　　在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各具*特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。

　　离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。

　　离子交换树脂都是用**合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。

　　离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。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0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。

　　离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，它即是交换官能团，在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH－或Cl－)，同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子。即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换，从而将溶液中的离子分离出来。

　　离子交换树脂的品种很多，因化学组成和结构不同而具有不同的功能和特性，适应于不同的用途。应用树脂要根据工艺要求和物料的性质选用适当的类型和品种。

词条
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