離子交換樹脂的結構是怎樣的?
離子交換樹脂主要由高分子骨架和活性基團兩部分組成。
(1)高分子骨架 高分子骨架也稱母體結構。它是具有網狀結構，不溶於酸或鹼的高分子化合物。高分子骨架按其聚合單體，可以分為苯乙烯型和丙烯酸型等。
(2)活性基團 活性基團是由牢固地結合在高分子骨架上不能自由移動的官能團離子和可以自由移動的可交換離子兩部分組成的：
官能團離子。官能團離子決定著離子交換樹脂的「酸性」或「鹼性」和交換能力的強弱。
官能團是強酸性的，就叫強酸性離子交換樹脂。官能團離子是強酸性的，就叫強鹼性離子交換樹脂。
同樣，按官能團離子的性質，還有弱酸的、弱鹼和其他類型的離子交換樹脂
可交換離子現代交換理論，把離子交換樹脂看作是一種膠體型物質，高分子骨架是「膠核」，活性基團則作為高分子骨架的「雙電層」。其中官能團和部分交換離子組成「吸附層」，另一部分可交換離子組成「擴散層」。由於可交換離子是可以自由移動的，因而可以與水中同符號的離子發生交換反應。
如果離子交換樹脂上的可交換離子為陽離子，就叫H型陽離子交換樹脂。同樣，如果可交換離子為陰離子，就叫OH型陰離子交換樹脂。其餘可依此類推
B. 離子交換樹脂的結構有什麼特點
離子交換樹脂是帶有可交換離子功能基團的具有三維網孔結構的高分子聚合物，其能夠與溶液中相應的陽離子或陰離子發生交換作用，達到吸附去除或富集提取的目的。
離子交換樹脂的結構由三部分組成：不溶性的三維空間網狀高分子骨架、連接在高分子骨架上的功能基團以及功能基團上所帶的可交換離子。
離子交換樹脂按照組成其分子骨架的物質不同，分為苯乙烯系、丙烯酸系、環氧系等；按照其可交換的離子性質分類，可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，而陽離子交換樹脂又可分為強酸陽離子交換樹脂與弱酸陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂又可分為強鹼陰離子交換樹脂與弱鹼陰離子交換樹脂；按照其內部孔道結構的不同，可分為大孔型離子交換樹脂與凝膠型離子交換樹脂。
（1）強酸陽離子交換樹脂
強酸陽離子交換樹脂分子骨架上帶有強酸性基團（如磺酸基－SO3H），在溶液中，強酸基團易離解出H+，故呈強酸性；而強酸功能基團上的負電基團（如－SO3—），能吸附結合溶液中的其他陽離子，使樹脂功能基團上解離的H+與溶液中的其他陽離子發生交換作用。強酸陽離子交換樹脂因其強酸功能基團解離能力強，因此，在酸性或鹼性溶液中功能基團均能發生解離並產生離子交換作用。
（2）弱酸陽離子交換樹脂
弱酸陽離子交換樹脂分子骨架上帶有弱酸性基團（如羧酸基－COOH），在溶液中，弱酸基團同樣可以解離出H+而呈酸性；而弱酸功能基團上的負電基團（如－COO—），能吸附結合溶液中的其他陽離子，使樹脂功能基團上解離的H+與溶液中的其他陽離子發生交換作用。但是因為弱酸陽離子交換樹脂所帶功能基團為弱酸基團，解離性較弱，低pH環境下不利於弱酸基團的解離，因此，弱酸陽離子交換樹脂適合在鹼性、中性或弱酸性溶液中（如pH：5～14）使用。
（3）強鹼陰離子交換樹脂
強鹼陰離子交換樹脂分子骨架上帶有強鹼性基團（如季胺基－NR3OH），強鹼基團能在溶液中離解出OH—而呈強鹼性；而強鹼基團上的正電基團（如－NR3+），能吸附結合溶液中的其他陰離子，使樹脂功能基團上解離的OH—與溶液中的其他陰離子發生交換作用。強鹼陰離子交換樹脂所帶強鹼基團具有很強的解離性能，在不同pH環境下均能正常使用。
（4）弱鹼陰離子交換樹脂
弱鹼陰離子交換樹脂分子骨架上帶有弱鹼基團（如伯胺基－NH2、仲胺基－NHR、叔胺基－NR2），弱鹼基團在溶液中也能解離出OH—而呈弱鹼性；弱鹼基團上的正電基團能吸附結合溶液中的其他陰離子，從而產生陰離子交換作用。因為弱鹼陰離子交換樹脂所帶弱鹼基團的解離性較弱，因此，其適合在中性或酸性條件下（如pH：1～9）下使用。
C. 小知識科普離子交換樹脂是什麼
離子交換樹脂的品種很多，因化學組成和結構不同而具有不同的功能和特性，適應於不同的用途。應用樹脂要根據工藝要求和物料的性質選用適當的類型和品種。為了讓大家更好的使用它，小編今天帶大家一起來認識認識離子交換樹脂。
離子交換樹脂簡介
離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱組成。孔隙結構分凝膠型和大孔型兩種，凡具有物理孔結構的稱大孔型樹脂，在全名稱前加「大孔」。分類屬酸性的應在名稱前加「陽」，分類屬鹼性的，在名稱前加「陰」。如：大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。
離子交換樹脂應用領域
1、水處理
水處理領域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產量的90%，用於水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發電廠的純水處理上，其次是原子能、半導體、電子工業等。
2、食品工業
離子交換樹脂可用於製糖、味精、酒的精製、生物製品等工業裝置上。例如：高果糖漿的製造是由玉米中萃出澱粉後，再經水解反應，產生葡萄糖與果糖，而後經離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業中的消耗量僅次於水處理。
3、制葯行業
制虛空腔葯工業離子交換樹脂對發展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質量改良具有重要作用。鏈黴素的開發成功即是突出的例子。近年還在中葯提成等方面有所研究虧瞎。
4、合成化學和石油化學工業
在有機合成中常用酸和鹼作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、鹼，同樣可進行上述反應，且優點更多。如樹脂可反復使用，產品容易分離，反應器不會被腐蝕，不污染環境，反應容易控制等。
甲基叔丁基醚的制備，就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑，由異丁烯與甲醇反應而成，代替了原有的可對環境造成嚴重污染的四乙基鉛。
5、環境保護
離子交換樹脂已應用在許多非常受關注的環境保護問題上。目前，許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質，這些可用樹脂進行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影製片廢液里的有用物質等。
6、濕法冶金及其他
離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。
離子交換樹脂使用注意事項
1、離子交換樹脂含有一定水份，不宜露天存放，儲運過程中應保持濕潤，以免風干脫水，使樹脂破碎，如貯存過程中樹脂脫水了，應先用濃食鹽水（10%）浸泡，再逐漸稀釋，不得直接放入水中，以免樹脂急劇膨脹而破碎。
2、冬季儲運使用中，應保持在5-40℃的溫度環境中，避免過冷或過熱，影響質量，若冬季沒有保溫設備時，可將樹脂貯存在食鹽水中，食鹽水濃度可根據氣溫而定。
3、離子交換樹脂的工業產品中，常含有少量低聚合物和未參加反應的單體，還含有鐵、鉛、銅等無機雜質，當樹脂與水、酸、鹼或其它溶液接觸時，上述物質就會轉入溶液中，影響出水質量，因此，新樹脂在使用前必須進行預處理，一般先用水使樹脂充分膨脹，然後，對其中的無機雜質（主要是鐵的化合物）可用4-5%的稀鹽酸除去，有機雜質可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去，洗到近中性即可。如在醫葯制備中使用，須用乙醇浸泡處理。
4、樹脂在使用中，防止與金屬（如鐵、銅等）油污、有機分子微生物、強氧化劑等接觸，免使離子交換能力降低，甚至失去功能，因此，須根據情況對樹脂進行不定期的活化處理，活化方法可根據污染情況和條件而定，一般陽樹脂在軟化中易受Fe的污染可用鹽酸浸泡，然後逐步稀釋，陰樹脂易受有機物污染，可用10%NaC1+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗，必要時可用1%雙氧水溶液泡數分鍾差衫，其它，也可採用酸鹼交替處理法，漂白處理法，酒精處理及各種滅菌法等等。
5、新樹脂的預處理：離子交換樹脂的工業產品中，常含有少量低聚物和未參加反應的單體，還含有鐵、鉛、銅等無機雜質。當樹脂與水、酸、鹼或其它溶液接觸時，上述物質就會轉入溶液中，影響出水質量。因此，新樹脂在使用前必須進行預處理。一般先用水使樹脂膨脹，然後，對其中的無機雜質（主要是鐵的化合物）可用4-5%的稀鹽酸除去，有機雜質可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去洗到近中性即可。
D. 離子交換色譜的原理以及陰陽離子交換樹脂的特性
離子交換樹脂的結構：
離子交換樹脂主要由高分子骨架和活性基團兩部分組成，高分子骨架是惰性的網狀結構骨架，是不溶於酸或鹼的高分子物質，常用的離子交換樹脂是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到樹脂的骨架。
而活性基團不能自由移動的官能團離子和可以自由移動的可交換離子兩部分組成，可交換離子能夠決定樹脂所吸附的離子，比如可交換離子為H型陽離子交換樹脂，那麼這個樹脂能夠吸附的離子，就是H型陽離子，而官能團離子能夠決定樹脂的「酸"、「鹼"性和交換能力的強弱，比如官能團離子是強酸性離子，那麼樹脂就是強酸性離子交換樹脂。
離子交換樹脂的內部結構：
1.凝膠型樹脂是由純單體混合物經縮合或聚合而成的，結構為微孔狀，合成的工藝比較簡單，孔徑大概在1-2nm左右，凝膠型樹脂的操作容量高，產水量高，物理強度好，且再生效率高，被廣泛應用在食品飲料加工，超純水制備，飲用水過濾，硬水軟化，製糖業，制葯等領域。
2.大孔型樹脂的孔徑一般在10nm左右，在樹脂中孔徑是比較大的，所以被稱為大孔型樹脂，且孔徑不會隨著周圍的環境而變化，能夠彌補凝膠型樹脂不能在非水系統中使用的缺點，吸附能力非常強大，不易碎裂，耐氧化好，操作容量高，能夠應用在醫葯領域、除重金屬污染、葯品純化、水處理中除去碳酸硬度、冷凝水精處理等領域。
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E. 離子交換樹脂的原理
離子交換樹脂是由空間網狀結構骨架（即母體）與附屬在骨架上的許多活性內基團所構成的容不溶性高分子化合物。活性基團遇水電離，分成二部分：（1）固定部分，仍與骨架牢固結合，不能自由移動，構成固定離子；（2）活動部分，能在一定空間內自由移動，並與其周圍溶液中的其他同性離子進行交換反應，稱為可交換離子或反離子。以強酸性陽離子交換樹脂為例，可寫成R-SO3-H+，其中R代表樹脂母體即網狀結構部分，-SO3- 代表活性基團的固定離子，H+為活性基團的可交換離子。有時更簡單地寫成R-H+。離子交換通過不溶性的電解質（樹脂）與溶液中的另一種電解質進行化學反應。這一反應可以是中和反應、中性鹽分解或復分解反應。譬如中和反應：
R-H+ + NaOH= RNa+H2O 利用這個反應可以去除水的鹼度。
F. 離子交換樹脂的交換原理
離子交換樹脂的內部結構，由三部分組成，分別是：
1、高分子骨。
由交聯的高分子聚合物組成；
2、離子交換基團。
它連在高分子骨架上，帶有可交換的離子（稱為反離子）的離子型官能團或帶有極性的非離子型官能團；
3、孔。
它是在干態和濕態的離子交換樹脂中都存在的高分子結構中的孔（凝膠孔）和高分子結構之間的孔（毛細孔）。
在交聯結構的高分子基體（骨架）上，以化學鍵結合著許多交換基團。這些交換基團也是由兩部分組成：固定部分和活動部分。
交換基團中的固定部分被束縛在高分子的基體上，不能自由移動，所以稱為固定離子；交換基團的活動部分則是與固定離子以離子鍵結合的符號相反的離子，稱為反離子或可交換離子。反離子在溶液中可以離解成自由移動的離子，在一定條件下，它能與符號相同的其他反離子發生交換反應。
1、離子交換的選擇性定義：
離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著後要置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。
離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於強酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的，而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。
2、以001×7強酸陽離子交換樹脂為例說明：
001×7強酸陽離子交換樹脂是一種凝膠型離子交換樹脂，其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道，孔道裡面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當原水當中的Ca2+，Mg2+等陽離子-擴散到樹脂的孔道中時，由於該樹脂對Ca2+，Mg2+等陽離子選擇性強於對H+的選擇性，所以H+就與進入樹脂孔道中的Ca2+，Mg2+等陽離子發生快速的交換反應，Ca2+，Mg2+等陽離子被固定到樹脂交換基團上面，被交換下來的H+向樹脂的孔道中-擴散，最終擴散到水中。
（1）邊界水膜內的擴散
水中的Ca2+，Mg2+等陽離子向樹脂顆粒表面遷移，並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面；
（2）交聯網孔內的擴散（或稱孔道擴散）
Ca2+，Mg2+等陽離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔，並進行擴散，到達交換點；
（03）離子交換
Ca2+，Mg2+等陽離子與樹脂基團上的可交換的H+進行交換反應；
（4）交聯網孔內的擴散
被交換下來的H+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散。
（5）邊界水膜內的擴散
最終擴散到水中。
鑒於離子交換樹脂反應的可逆性，反應後的樹脂通過處理，重新轉化為原來的離子交換樹脂，這樣又可以進入下一循環，其循環次數視所用樹脂類型不同而定。
G. 離子交換樹脂和吸附樹脂的結構有什麼區別
1.
離子交換
樹脂出三部分組成：一是網狀結構的高分子骨架.二是連接在骨架上的功能基團，三是和功能基帶相反電荷的可交換離子。三者互為依存、統一於每粒離子交換的珠體之中。離於交換樹脂作為商品，它在運輸、貯藏和使用時往往部含一定量的水份，因此水分子充滿於每粒
離子交換樹脂
的骨架、功能基和反離子之間。
2.
採用常規的懸浮聚合方法，可製得凝膠型的離子交換樹脂，產品一般是透明的、無孔的，樹脂吸水後樹脂相內產生微孔。採用制孔技術可製得大孔型離子交換樹脂，它不同於凝膠樹脂，不論大孔樹脂是處於干態或濕態、收縮或溶脹，都存在著比凝膠型樹脂更多、更大的孔道，比表面也就更大，有利於離子的遷移擴散，提高交換速率和工作效率
3.
與離子交換樹脂相比較，吸附樹脂的組成中不存在功能基及功能基的反離子，它類似於不含功能基及功能基反離子的大孔樹脂，在製造時往往投入更多的交聯劑和更嚴格地選用致孔劑，以合成具有更大比表而積的不同孔徑、不同
孔容
和不同
比表面積
的吸附樹脂。
4.
根據所帶的功能基的特性，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和其它樹脂。帶有酸性功能基、並能與陽離子進行交換的稱為陽離子交換樹脂，帶有鹼性功能基並能與陰離子進行交換的稱為陰離子交換樹脂。基於功能基上酸、鹼有強弱之分，離子交換樹脂又可細分為強酸性（一SO，H）、中強酸（一PO（OH））及弱酸性（—COOH）、強鹼（一N+R，Cl）、弱鹼性（一NH，，—NRH，-NR）離子交換樹脂。在強鹼性離子交換樹脂中將含有[（N+（CH2）C1）]的樹脂叫強鹼I型樹脂，含有[（N+（CH3）2（CH，CH，0HD]的樹脂叫強鹼Ⅱ型樹脂。帶有鰲合基、氧化還原基、陽陰兩性基的樹脂；分別稱為鰲合樹脂、氧化還原樹脂和兩性樹脂。上述樹脂通常都用酸、鹼、鹽再生，而弱酸弱鹼的兩性樹脂可用熱水再生，故弱酸弱鹼的兩性樹脂又稱熱再生樹脂.
5.
吸附樹脂可以大體上分為非極性
吸附劑
、中極性和強極性吸附劑三大類。非極性吸附樹脂是偶極矩很小的單體聚合製得並不帶任何功能基的吸附樹脂。苯乙烯——二乙烯苯體系的吸附劑是非極性吸附樹脂的代表。這類非極性吸附樹脂的孔表面的疏水性很強，最適於從極性溶劑（如水）中吸附非極性的有機物。中極性吸附材脂是含酯基的吸附樹脂。例如，丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯與雙甲基丙烯酸乙二醇酯等交聯劑共聚的吸附劑，其孔表面疏水和親水部分共有，既可用於極性溶劑中吸附非極性物質，也可用於非極性溶劑中吸附極性物質。強極性（或稱極性）吸附樹脂是指含醯氨基、氰基、酚羥基等極性功能基的吸附樹脂，它適用於非極性溶劑中吸附極性物質。有時，將含氮、氧、硫等配體的離子交換樹脂也稱為強極性吸附樹脂，因此，離子交換樹脂和強極性吸附樹脂之間沒有嚴格的界限。
H. 什麼叫離子交換樹脂
離子交換樹脂就是指用化學合成法將高分子共聚物製成的有機單體顆粒的離子交換劑。由交聯的結構骨架、以化學鍵結合在骨架上的固定離子基團和以離子鍵與固定基團以相反符號電荷結合的可交換離子。
I. 離子交換劑由哪三部分組成
以強酸性陽離子交換樹脂的結構為例：一般現場用苯乙烯類的較多。主要結構分為三部分：骨架部分（比如苯乙烯白球）、活性基團（負載的活性離子）及可交換離子。