第三章离子交换树脂.ppt

2、离子交换树脂的定义 2.1离子交换树脂的定义 离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料，其外形一般为颗粒状。 不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机 溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。 常见的离子交换树脂的粒径为0.3～1.2mm。 2.2离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一类带有可离子化基团 的三维网状高分子材料。 组成： 三维空间结构的网络骨架(母体) 骨架上连接的可离子化的功能基团， 不能自由移动 功能基团上吸附的可交换的离子，与 功能基团带相反电荷，可移动，称为活 性离子，它在树脂骨架中的进进出出就发 生离子交换现象。 母体： 为有机化合物(单体)和交联剂组成的高分子聚合物。 交联剂的作用： 是固定树脂形状和增强树脂机械强度，使树脂母体形成主体的网状结构。 交联度：交联剂与母体的重量比的百分数。 活性基团：起交换作用的离子和与树脂母体联结的固定离子组成。 功能：它能在液相中与带相同电荷的离子进行交换反应，此交换反应是可逆的，即可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复原有状态，可供再次利用（再生） 阳离子交换反应： R-SO3H + Na+ = R-SO3 Na + H+ R-SO3Na + H+ = R-SO3 H + Na+ 阴离子交换反应： R-N(CH3)+ 3OHˉ+ Clˉ = N(CH3) +3 Clˉ + OHˉ R-N(CH3) +3 Clˉ + OHˉ = N(CH3) +3 OHˉ + Clˉ ●阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与阴离子交换。 2.3 离子交换的原理 当与溶液接触时，离子交换剂会与溶液中的带相同电荷的离子进行交换，即离子交换树脂上的可交换离子（阳离子或阴离子）被溶液中带同种电荷的特定离子取代，而不溶性固体骨架在这一交换过程中不发生任何化学变化。 该过程一般可以用方程式表达为:R-B+A+ → R-A+B+（R代表树脂中除可交换离子以外的其它部分，即惰性骨架与固定基团；B为可交换离子；A+为待分离离子)。 3、离子交换树脂的分类 3.1 按交换基团的性质分类 3、离子交换树脂的分类 阳离子交换树脂大都含有磺酸基(—SO3H)、羧基 (—COOH)或苯酚基(—C6H4OH)等酸性基团，其中的氢离子能 与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。 例如,苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳 离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表 树脂母体，其交换原理为 ： 2R-SO3H＋Ca2+ (R—SO3)2Ca＋2H+ 阴离子交换树脂含有季胺基[-N(CH3)3OH]、胺基(—NH2) 或亚胺基(—NH2)等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可 与各种阴离子起交换作用，其交换原理为： R-N(CH3)3OH＋Cl-R N(CH3)3Cl＋OH- 强酸性阳离子交换树脂交换反应： 3、离子交换树脂的分类 3.2 按树脂的物理结构分类 3、离子交换树脂的分类 凝胶型离子交换树脂：外观透明、具有均相高分子凝胶结构。在水中 会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，可供无机小分子自由地通过 离子。这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中，分子链紧缩，无机小分 子无法通过，将丧失离子交换功能。 大孔型离子交换树脂：外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。 即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起 离子交换和吸附作用。比表面积大，因此其吸附功能十分显著。 载体型离子交换树脂：一种特殊用途树脂，主要用作液相色谱的固定 相。一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃珠等表面上制成。它可经受 液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。 3、离子交换树脂的分类 3.3 按单体的种类分类 离子交换树脂的性能 物理性能 1．外观 常用凝胶型离子交换树脂为透明或半透明的珠体，大孔树脂为乳白色或不透明珠体。优良的树脂圆球率高，无裂纹，颜色均匀，无杂质。 2．粒度 一般树脂粒径0.3～1.2mm有效粒径（d10）0.36～0.61，均一系数（d40/d90）为1.22～1.66，均一系数的含义是筛上体积为40％的筛孔孔径与筛上体积为90％的筛孔孔径之比。 5．含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%），树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率。