離子交換樹脂簡介

1、離子交換樹脂簡介離子交換樹脂簡介v離子交換樹脂離子交換樹脂發(fā)展發(fā)展歷史歷史v離子交換離子交換樹脂的概念樹脂的概念v離子交換樹脂離子交換樹脂的的分類分類v離子交換樹脂的應用離子交換樹脂的應用1 1、離子交換樹脂離子交換樹脂發(fā)展發(fā)展歷史歷史 離子交換樹脂是最早出現(xiàn)的功能高分子材料離子交換樹脂是最早出現(xiàn)的功能高分子材料1935年英國年英國Adams和和Holmes發(fā)表了關(guān)于酚醛樹脂和苯胺甲醛樹脂的離子交換性能的工作報告，發(fā)表了關(guān)于酚醛樹脂和苯胺甲醛樹脂的離子交換性能的工作報告，開創(chuàng)了離子交換樹脂領(lǐng)域，同時也開創(chuàng)了功能高分子領(lǐng)域。根據(jù)開創(chuàng)了離子交換樹脂領(lǐng)域，同時也開創(chuàng)了功能高分子領(lǐng)域。根據(jù)Adams和

2、和Holmes的發(fā)明，的發(fā)明，帶有磺酸基和氨基的酚醛樹脂帶有磺酸基和氨基的酚醛樹脂很快就實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)并很快就實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)并在水的脫鹽中得到了應用。在水的脫鹽中得到了應用。 1944年年 DAlelio 合成了具有優(yōu)良物理和化學性能的合成了具有優(yōu)良物理和化學性能的磺化苯乙烯磺化苯乙烯-二乙烯二乙烯苯共聚物離子交換樹脂苯共聚物離子交換樹脂及及交聯(lián)聚丙烯酸樹脂交聯(lián)聚丙烯酸樹脂，奠定了現(xiàn)代離子交換樹脂的，奠定了現(xiàn)代離子交換樹脂的基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 此后，此后，Dow化學公司的化學公司的 Bauman 等人開發(fā)了等人開發(fā)了苯乙烯系磺酸型強酸性離苯乙烯系磺酸型強酸性離子交換樹脂子交換樹脂并實現(xiàn)了工業(yè)化并

3、實現(xiàn)了工業(yè)化；Rohm & Hass公司的公司的Kunin等人則進一步研等人則進一步研制了制了強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂和和弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂。這些離子交換樹脂除應用于水的脫鹽精制外，還用于藥物提取純化、稀土這些離子交換樹脂除應用于水的脫鹽精制外，還用于藥物提取純化、稀土元素的分離純化、蔗糖及葡萄糖溶液的脫鹽脫色等。元素的分離純化、蔗糖及葡萄糖溶液的脫鹽脫色等。1 1、離子交換樹脂離子交換樹脂發(fā)展發(fā)展歷史歷史 20世紀世紀50年代末，國內(nèi)外諸多單位幾乎同時合成出年代末，國內(nèi)外諸多單位幾乎同時合成出大孔型大孔型離子交換樹

4、脂離子交換樹脂。與凝膠型離子交換樹脂相比，大孔型離子交換。與凝膠型離子交換樹脂相比，大孔型離子交換樹脂具有機械強度高、交換速度快和抗有機污染的優(yōu)點，因此樹脂具有機械強度高、交換速度快和抗有機污染的優(yōu)點，因此很快得到廣泛的應用。很快得到廣泛的應用。 60年代后期，離子交換樹脂除了在品種和性能等方面得到年代后期，離子交換樹脂除了在品種和性能等方面得到了進一步的發(fā)展，更為突出的是應用得到迅速的發(fā)展。除了傳了進一步的發(fā)展，更為突出的是應用得到迅速的發(fā)展。除了傳統(tǒng)的統(tǒng)的水的脫鹽水的脫鹽、軟化外軟化外，在，在分離分離、純化純化、脫色脫色、催化催化等方面得等方面得到廣泛的應用。到廣泛的應用。 從離子交換樹脂

5、出發(fā)，還引申發(fā)展了一些很重要的功能高從離子交換樹脂出發(fā)，還引申發(fā)展了一些很重要的功能高分子材料。如分子材料。如離子交換纖維離子交換纖維、吸附樹脂吸附樹脂、螯合樹脂螯合樹脂、聚合物固聚合物固載催化劑載催化劑、高分子試劑高分子試劑、固定化酶固定化酶等。這一最傳統(tǒng)的功能高分等。這一最傳統(tǒng)的功能高分子材料正以嶄新的姿態(tài)在子材料正以嶄新的姿態(tài)在21世紀發(fā)揮重要的作用。世紀發(fā)揮重要的作用。2 2、離子交換樹脂的概念、離子交換樹脂的概念2.1離子交換樹脂的定義離子交換樹脂的定義 離子交換樹脂是一類離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團帶有可離子化基團的的三維三維網(wǎng)網(wǎng)狀狀高分子材料，其外形一般為顆粒狀。高分子材料

6、，其外形一般為顆粒狀。 不溶于水和一般的酸、堿，也不溶于普通的有機不溶于水和一般的酸、堿，也不溶于普通的有機溶劑，如乙醇、丙酮和烴類溶劑。溶劑，如乙醇、丙酮和烴類溶劑。 常見的離子交換樹脂的粒徑為常見的離子交換樹脂的粒徑為0.31.2nm。2 2、離子交換樹脂的概念、離子交換樹脂的概念2.2離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)如右圖所示，離子交換樹脂是一如右圖所示，離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團的三維網(wǎng)狀類帶有可離子化基團的三維網(wǎng)狀高分子。高分子。材料樹脂由三部分組成：材料樹脂由三部分組成：v三維空間結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架三維空間結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架v骨架上連接的可離子化的功能基團骨架上連接的可離子化的

7、功能基團v功能基團上吸附的可交換的離子功能基團上吸附的可交換的離子聚苯乙烯型陽離子聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的交換樹脂的示意圖示意圖2 2、離子交換樹脂的概念、離子交換樹脂的概念2.3 離子交換的原理離子交換的原理 離子交換過程是被分離組分（即被提取、被純化的離子或分子）在水離子交換過程是被分離組分（即被提取、被純化的離子或分子）在水溶液與固體交換劑之間發(fā)生的一種化學計量分配過程溶液與固體交換劑之間發(fā)生的一種化學計量分配過程，該過程遵循固一液，該過程遵循固一液非均相擴散傳質(zhì)的普遍規(guī)律而又不同于傳統(tǒng)分離過程。非均相擴散傳質(zhì)的普遍規(guī)律而又不同于傳統(tǒng)分離過程。 當與溶液接觸時，離子交換劑當與溶液接觸時

8、，離子交換劑會會與溶液中的特定離子進行交換，即離與溶液中的特定離子進行交換，即離子交換樹脂上的可交換離子（陽離子或陰離子）被溶液中帶同種電荷的特子交換樹脂上的可交換離子（陽離子或陰離子）被溶液中帶同種電荷的特定離子取代，而不溶性固體骨架在這一交換過程中不發(fā)生任何化學變化。定離子取代，而不溶性固體骨架在這一交換過程中不發(fā)生任何化學變化。 該過程一般可以用方程式表達為該過程一般可以用方程式表達為:R-B+A+ R-A+B+（R代表樹脂中代表樹脂中除除可交換離子以外的其它部分，即惰性骨架與圓定基團；可交換離子以外的其它部分，即惰性骨架與圓定基團；B為可交換離子；為可交換離子；A+為待分離組分為待分離

9、組分)。陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂H+ Na+ OH- Cl- NaCl 離子交換原理示意圖離子交換原理示意圖 3 3、離子交換樹脂的分類、離子交換樹脂的分類3.1 按交換基團的性質(zhì)分類按交換基團的性質(zhì)分類陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂強酸型強酸型 例：例：RSO3H中酸型中酸型 例：例：RPO(OH)2弱酸型弱酸型 例：例：RCOOH強堿型強堿型 例：例：R3NCl弱堿型弱堿型 例：例：RNH2、RNRH、RNR23 3、離子交換樹脂的分類、離子交換樹脂的分類v 陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂大都含有磺酸基大都含有磺酸基(SO3H)、羧基

10、、羧基(COOH)或苯酚基或苯酚基(C6H4OH)等酸性基團，其中的氫離子能等酸性基團，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。 例如例如,苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經(jīng)磺化處理得到強酸性陽苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經(jīng)磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結(jié)構(gòu)式可簡單表示為離子交換樹脂，其結(jié)構(gòu)式可簡單表示為RSO3H，式中，式中R代表代表樹脂母體，其交換原理為樹脂母體，其交換原理為 ： 2R-SO3HCa2+ (RSO3)2Ca2H+ v 陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂含有季胺基含有季胺基-N(CH3)3OH、胺基、胺基(NH2)或亞胺基或亞胺基(N

11、H2)等堿性基團。它們在水中能生成等堿性基團。它們在水中能生成OH-離子，可離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為與各種陰離子起交換作用，其交換原理為： R-N(CH3)3OHCl-R N(CH3)3ClOH- 硬水軟化硬水軟化的原理的原理3 3、離子交換樹脂的分類、離子交換樹脂的分類3.2 按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類不同物理結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型不同物理結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型凝膠型凝膠型大孔型大孔型載體型載體型3 3、離子交換樹脂的分類、離子交換樹脂的分類v 凝膠型離子交換樹脂凝膠型離子交換樹脂：外觀透明、具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)。在水中外觀透明、具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)。在

12、水中會溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈的間隙孔會溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈的間隙孔，可供，可供無機小分子自由地通過無機小分子自由地通過離子。這類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中離子。這類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中，分子鏈緊縮，無機小分分子鏈緊縮，無機小分子無法通過子無法通過，將喪失離子交換功能。將喪失離子交換功能。v 大孔型離子交換樹脂大孔型離子交換樹脂：外觀不透明，表面粗糙，為非均相凝膠結(jié)構(gòu)。外觀不透明，表面粗糙，為非均相凝膠結(jié)構(gòu)。即使在干燥狀態(tài)，內(nèi)部也存在不同尺寸的毛細孔，因此可在非水體系中起即使在干燥狀態(tài)，內(nèi)部也存在不同尺寸的毛細孔，因此可在非水體系中起離子交換和吸附作用。比表面積離

13、子交換和吸附作用。比表面積大大，因此其吸附功能十分顯著。，因此其吸附功能十分顯著。v 載體型離子交換樹脂載體型離子交換樹脂：一種特殊用途樹脂，主要用作液相色譜的固定一種特殊用途樹脂，主要用作液相色譜的固定相。一般是將離子交換樹脂包覆在硅膠或玻璃珠等表面上制成。它可經(jīng)受相。一般是將離子交換樹脂包覆在硅膠或玻璃珠等表面上制成。它可經(jīng)受液相色譜中流動介質(zhì)的高壓，又具有離子交換功能。液相色譜中流動介質(zhì)的高壓，又具有離子交換功能。3 3、離子交換樹脂的分類、離子交換樹脂的分類3.3 按基體的種類分類按基體的種類分類 苯乙烯樹脂：苯乙烯樹脂：丙烯酸樹脂：丙烯酸樹脂：4、離子交換樹脂的應用離子交換樹脂的應用

14、4.1 水處理水處理 水處理包括水質(zhì)的軟化、水處理包括水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的制備等。水的脫鹽和高純水的制備等。水處理是離子交換樹脂最基本水處理是離子交換樹脂最基本的用途之一。的用途之一。4、離子交換樹脂的應用離子交換樹脂的應用4.2 4.2 冶金工業(yè)冶金工業(yè) 離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在鈾、釷等超鈾元素、離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回收方面稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回收方面均起著十分重要的作用。均起著十分重要的作用。 離子交換樹脂還可用于選礦。在礦漿中加入離子

15、交換樹脂可改變礦漿離子交換樹脂還可用于選礦。在礦漿中加入離子交換樹脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選性和選礦效率。性和選礦效率。4.3 4.3 海洋資源利用海洋資源利用 利用離子交換樹脂，可從許多海洋生物利用離子交換樹脂，可從許多海洋生物( (例如海帶例如海帶) )中提取碘、溴、鎂中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹脂以海水制取淡水等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經(jīng)濟和方便的是十分經(jīng)濟和方便的. .4、離子交換樹脂的應用離子

16、交換樹脂的應用4.4 4.4 化學工業(yè)化學工業(yè) 離子交換樹脂在化學實驗、化工生產(chǎn)上已經(jīng)和蒸餾、結(jié)晶、萃取和過離子交換樹脂在化學實驗、化工生產(chǎn)上已經(jīng)和蒸餾、結(jié)晶、萃取和過濾一樣，成為重要的單元操作，普遍用于多種無機、有機化合物的分離、濾一樣，成為重要的單元操作，普遍用于多種無機、有機化合物的分離、提純，濃縮和回收等。提純，濃縮和回收等。4.5 食品工業(yè)食品工業(yè) 離子交換樹脂在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調(diào)味品等食品加工離子交換樹脂在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調(diào)味品等食品加工中都有廣泛的應用。中都有廣泛的應用。 在酒類生產(chǎn)中，利用離子交換樹脂改進水質(zhì)、進行酒的脫色、去渾、在酒類生產(chǎn)中，利用離

17、子交換樹脂改進水質(zhì)、進行酒的脫色、去渾、去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質(zhì)，提高酒的質(zhì)量。酒類經(jīng)過離子交換樹去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質(zhì)，提高酒的質(zhì)量。酒類經(jīng)過離子交換樹脂的去銅、錳、鐵等離子，可以增加貯存穩(wěn)定性脂的去銅、錳、鐵等離子，可以增加貯存穩(wěn)定性。 4、離子交換樹脂的應用離子交換樹脂的應用5.7 5.7 醫(yī)藥衛(wèi)生醫(yī)藥衛(wèi)生 離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應用。如在藥物生產(chǎn)中用于藥離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應用。如在藥物生產(chǎn)中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取等。劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取等。 離子交換樹脂本身可作為藥

18、劑內(nèi)服，具有解毒、緩瀉、去酸等功效，離子交換樹脂本身可作為藥劑內(nèi)服，具有解毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進食欲、去除腸道放射物質(zhì)等。對于外敷藥劑，用可用于治療胃潰瘍、促進食欲、去除腸道放射物質(zhì)等。對于外敷藥劑，用離子交換樹脂粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒護膚用品，用以吸除傷口毒物離子交換樹脂粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒護膚用品，用以吸除傷口毒物和作為解毒藥劑。和作為解毒藥劑。 將各種藥物吸附在離子交換樹脂上，可有效地控制藥物釋放速率，延將各種藥物吸附在離子交換樹脂上，可有效地控制藥物釋放速率，延長藥效，減少服藥次數(shù)。利用離子交換樹脂吸水后體積迅速膨脹的特點，長藥效，減少服藥次數(shù)。利用離子交換樹脂吸水后體積迅速膨脹的特點，將其與藥劑混合制成藥片，服后可迅速脹大崩解，更快更好地發(fā)揮藥物的將其與藥劑混合制成藥片，服后可迅速脹大崩解，更快更好地發(fā)揮藥物的作用。作用。 離子交換樹脂還是醫(yī)療診斷、藥物分析檢定的重要藥劑，如血液成分離子交換樹脂還是醫(yī)療診斷、藥物分析檢