聚苯乙烯类离子交换树脂特点及应用

① 离子交换树脂的用途是什么呢

离子交换树脂的用途：

1、用于水中的各种阴阳离子的去除。

2、离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的酿造、生物制品等工业装置上。

3、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。

4、在有机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。

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。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。

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注意事项：

1、离子交换树脂含有一定水分，不宜露天存放，储运过程中应保持湿润，以免风干脱水，使树脂破碎，如贮存过程中树脂脱水了，应先用浓食盐水（10%）浸泡，再逐渐稀释，不得直接放入水中，以免树脂急剧膨胀而破碎。

2、冬季储运使用中，应保持在5-40℃的温度环境中，避免过冷或过热，影响质量，若冬季没有保温设备时，可将树脂贮存在食盐水中，食盐水浓度可根据气温而定。

3、离子交换树脂的工业产品中，常含有少量低聚合物和未参加反应的单体，还含有铁、铅、铜等无机杂质，当树脂与水、酸、碱或其它溶液接触时，上述物质就会转入溶液中，影响出水质量，因此，新树脂在使用前必须进行预处理，一般先用水使树脂充分膨胀。

对其中的无机杂质（主要是铁的化合物）可用4-5%的稀盐酸除去，有机杂质可用2-4%稀氢氧化钠溶液除去，洗到近中性即可。如在医药制备中使用，须用乙醇浸泡处理。

② 离子交换树脂的工艺特性

阴阳离子交换树脂工作原理：

离子交换是带电粒子或离子的可逆交换与相同电荷的交换。当存在于不溶性阴阳离子交换树脂树脂基质上的离子有效地与周围溶液中存在的类似电荷的离子交换位置时，​​会发生这种情况。
阴阳离子交换树脂树脂以这种方式起作用，因为它的官能团基本上是固定的离子，它们永久地结合在树脂的聚合物基质中。这些带电离子将容易与相反电荷的离子结合，这些离子通过施加抗衡离子溶液而被输送。这些反离子将继续与官能团结合，直至达到平衡。
在阴阳离子交换树脂循环期间，将待处理的溶液加入阴阳离子交换树脂树脂床中并使其流过珠粒。当溶液移动通过阴阳离子交换树脂树脂时，树脂的官能团吸引溶液中存在的任何抗衡离子。如果官能团对新抗衡离子的亲和力大于已经存在的那些，那么溶液中的离子将移除现有的离子并取代它们，通过共享的静电吸引力与官能团结合。通常，离子的尺寸和/或价数越大，其与相反电荷的离子的亲和力就越大。

让我们将这些概念应用于典型的阴阳离子交换树脂水软化系统。在该实施例中，软化机理由阳离子交换树脂组成，其中磺酸根阴离子（SO 3 -）官能团固定在阴阳离子交换树脂树脂基质上。然后将含有钠阳离子（Na +）的抗衡离子溶液施加到树脂上。通过静电吸引将Na +保持在固定的SO 3 -阴离子上，在树脂中产生净中性电荷。在活性阴阳离子交换树脂循环期间，将含有硬离子（Ca 2+或Mg 2+）的流加入到阳离子交换树脂中。自SO 3 -官能团对硬度阳离子的亲和力大于对Na +离子的亲和力，硬离子取代Na +离子，然后Na +离子作为处理流的一部分流出阴阳离子交换树脂单元。另一方面，硬度离子（Ca 2+或Mg 2+）由阴阳离子交换树脂树脂保留。
阴阳离子交换树脂成分有哪些？

阴阳离子交换树脂树脂基质通过在称为聚合的过程中使烃链彼此交联而形成。交联使树脂聚合物具有更强，更有弹性的结构和更大的容量（按体积计）。虽然大多数阴阳离子交换树脂树脂的化学组成是聚苯乙烯，但某些类型是由丙烯酸（丙烯腈或丙烯酸甲酯）制造的。然后树脂聚合物经历一种或多种化学处理以将官能团结合到位于整个基质中的离子交换位点。这些官能团赋予阴阳离子交换树脂树脂其分离能力，并且从一种树脂到下一种树脂会有很大差异。最常见的成分包括：
强酸阳离子（SAC）交换树脂
SAC树脂由聚苯乙烯基质和磺酸盐（SO 3 -）官能团组成，其中带有钠离子（Na 2+）用于软化应用，或氢离子（H +）用于脱矿质弱酸阳离子（WAC）交换树脂。WAC树脂由丙烯酸聚合物组成，该聚合物已用硫酸或苛性钠水解以产生羧酸官能团。由于它们对氢离子（H +）的高亲和力，WAC树脂通常用于选择性地除去与碱度相关的阳离子。
强碱阴离子（SBA）交换树脂
SBA树脂通常由经过氯甲基化和胺化的聚苯乙烯基质组成，以将阴离子固定到交换位点。1型SBA树脂是通过应用三甲胺生产的，其产生氯离子（Cl -），而2型SBA树脂通过应用二甲基乙醇胺生产，其产生氢氧根离子（OH -）。
弱碱阴离子（WBA）交换树脂
WBA树脂通常由经过氯甲基化的聚苯乙烯基质组成，然后用二甲胺胺化。WBA树脂的独特之处在于它们不具有可交换的离子，因此用作酸吸收剂以除去与强无机酸相关的阴离子。

螯合树脂
螯合树脂是最常见的特种树脂类型，用于选择性去除某些金属和其他物质。在大多数情况下，树脂基质由聚苯乙烯组成，尽管多种物质用于官能团，包括硫醇，三乙基铵和氨基膦等。

③ 聚苯乙烯离子交换树脂是采用什么聚合实施方法聚合的

二乙烯苯的交联给予树脂一定的物理强度，而通过化学反应引入功能基使之成为有一定容量的离子交换树脂。在聚合物合成过程中，要注意的是合成过程中的温度、混合速度和其他许多因素，从而制备具有单分散性的聚合树脂。
根据树脂二乙烯苯的含量(即交联度的不同)，离子交换树脂可以分为微孔型和大孔型。微孔型树脂交联度比较小，树脂为软体凝胶状，容易发生收缩；而大孔型离子色谱树脂交联度比较大，树脂为钢性结构，树脂内部含有一定的空隙。第二步是在苯乙烯-二乙烯苯的聚合物上引入离子交换基团，通过不同的反应，产生不同化学性质的树脂，它们有各自不同的用途。在离子色谱中用得最多的是磺酸基强酸型阳离子交换树脂和季胺基强碱型阴离子交换树脂。磺酸离子交换基的引入，通常称为磺化，它是由硫酸、氯磺酸、发烟硫酸等与苯乙烯-二乙烯苯树脂反应，在树脂的苯环上接入磺酸基形成的。其反应过程如图所示。通常的离子交换容量为4.5 mmol／g

④ 18．离子交换树脂包括那些类型，在化学成分分离方面有何特点

一、离子交换树脂基础介绍

离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。如：大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区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。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 (或再分出中强酸和中强碱性类)。
离子交换树脂的命名方式：
离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。第一、第二位数字的意义，见表8-1。

表8-1 树脂型号中的一、二位数字的意义
代号 0 1 2 3 4 5 6
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螫合性 两性 氧化还原性
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 醋酸系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。如D011×7，表示大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其交联度为7。
离子交换树脂在国内外都有很多制造厂家和很多品种。国内制造厂有数十家，主要的有上海树脂有限公司、南开化工厂、晨光化工研究院树脂厂、江苏色可赛思树脂有限公司、等；国外较著名的如美国Rohm & Hass公司生产的Amberlite系列、Success公司生产Ionresin系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列，还有Ionac系列、Allassion系列等。树脂的牌号多数由各制造厂或所在国自行规定。国外一些产品用字母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Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。我国化工部规定(HG2-884-76)，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的分类：0 代表强酸性，1代表弱酸性，2代表强碱性，3代表弱碱性，4代表螯合性，5代表两性，6代表氧化还原。第二位数字代表不同的骨架结构：0代表苯乙烯系，1代表丙烯酸系，2代表酚醛系，3代表环氧系等。第三位数字为顺序号，用以区别基体、交联基等的差异。 此外大孔型树脂在数字前加字母D。因此，D001是大孔强酸性苯乙烯系树脂。

二、离子交换树脂的基本类型

(1) 强酸性阳离子树脂
这类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SO3－，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，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。

(2) 弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能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。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。

(3) 强碱性阴离子树脂
这类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能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。

(4) 弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团，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，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。

(5) 离子树脂的转型
以上是树脂的四种基本类型。在实际使用上，常将这些树脂转变为其他离子型式运行，以适应各种需要。例如常将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出Na+与溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附，除去这些离子。反应时没有放出H+，可避免溶液pH下降和由此产生的副作用(如蔗糖转化和设备腐蚀等)。这种树脂以钠型运行使用后，可用盐水再生(不用强酸)。又如阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作时放出Cl－而吸附交换其他阴离子，它的再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转变为碳酸氢型(HCO3－)运行。强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后，就不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然有这些树脂的其他典型性能，如离解性强和工作的pH范围宽广等。

三、离子交换树脂基体的组成

离子交换树脂(ionresin)的基体(matrix)，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类，它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应，形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。苯乙烯系树脂是先使用的，丙烯酸系树脂则用得较后。

这两类树脂的吸附性能都很好，但有不同特点。丙烯酸系树脂能交换吸附大多数离子型色素，脱色容量大，而且吸附物较易洗脱，便于再生，在糖厂中可用作主要的脱色树脂。苯乙烯系树脂擅长吸附芳香族物质，善于吸附糖汁中的多酚类色素(包括带负电的或不带电的)；但在再生时较难洗脱。因此，糖液先用丙烯酸树脂进行粗脱色，再用苯乙烯树脂进行精脱色，可充分发挥两者的长处。
树脂的交联度，即树脂基体聚合时所用二乙烯苯的百分数，对树脂的性质有很大影响。通常，交联度高的树脂聚合得比较紧密，坚牢而耐用，密度较高，内部空隙较少，对离子的选择性较强；而交联度低的树脂孔隙较大，脱色能力较强，反应速度较快，但在工作时的膨胀性较大，机械强度稍低，比较脆而易碎。工业应用的离子树脂的交联度一般不低于4%；用于脱色的树脂的交联度一般不高于8%；单纯用于吸附无机离子的树脂，其交联度可较高。
除上述苯乙烯系和丙烯酸系这两大系列以外，离子交换树脂还可由其他有机单体聚合制成。如酚醛系(FP)、环氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等。

⑤ 732离子交换树脂的成分作用及功能

凝胶型聚苯乙烯基树脂，标准命名为：001*7。苯环上经过磺化反应后带有磺酸基团，可以电离出H离子，用于交换金属离子。

⑥ 什么叫离子交换树脂

什么是离子交换树脂？

离子交换是一种可逆的化学反应，其中从溶液中除去溶解的离子并用相同或类似电荷的其他离子替换。离子交换树脂本身不是化学反应物，而是促进离子交换反应的物理介质。树脂本身由形成烃网络的有机聚合物组成。整个聚合物基质是离子交换位点，其中带正电离子（阳离子）或带负电离子（阴离子）的所谓“官能团”固定在聚合物网络上。这些官能团容易吸引相反电荷的离子。

离子交换树脂基质通过在称为聚合的过程中使烃链彼此交联而形成。交联使树脂聚合物具有更强，更有弹性的结构和更大的容量（按体积计）。虽然大多数IX树脂的化学组成是聚苯乙烯，但某些类型是由丙烯酸（丙烯腈或丙烯酸甲酯）制造的。然后树脂聚合物经历一种或多种化学处理以将官能团结合到位于整个基质中的离子交换位点。这些官能团赋予离子交换树脂其分离能力，并且从一种树脂到下一种树脂会有很大差异。最常见的成分包括：

1.强酸阳离子交换树脂

由聚苯乙烯基质和磺酸盐（SO 3 -）官能团组成，其中带有钠离子（Na 2+）用于软化应用，或氢离子（H +）用于脱矿质

2.弱酸阳离子交换树脂

树脂由丙烯酸聚合物组成，该聚合物已用硫酸或苛性钠水解以产生羧酸官能团。由于它们对氢离子（H +）的高亲和力，弱酸阳离子交换树脂通常用于选择性地除去与碱度相关的阳离子。

3.强碱阴离子交换树脂

通常由经过氯甲基化和胺化的聚苯乙烯基质组成，以将阴离子固定到交换位点。1型强碱阴离子交换树脂是通过应用三甲胺生产的，其产生氯离子（Cl -），而2型强碱阴离子交换树脂通过应用二甲基乙醇胺生产，其产生氢氧根离子（OH -）。

4.弱碱阴离子交换树脂

通常由经过氯甲基化的聚苯乙烯基质组成，然后用二甲胺胺化。弱碱阴离子交换树脂

的独特之处在于它们不具有可交换的离子，因此用作酸吸收剂以除去与强无机酸相关的阴离子。

5.螯合树脂

螯合树脂是最常见的特种树脂类型，用于选择性去除某些金属和其他物质。在大多数情况下，树脂基质由聚苯乙烯组成，尽管多种物质用于官能团，包括硫醇，三乙基铵和氨基膦等。

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