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离子交换树脂的种类和性能

离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多糖厂制造精糖和高级食用糖

浆，多数使用离子交换树脂将糖液脱色提纯，而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使

用离子交换树脂的趋势。

离子交换技术有相当长的历史，某些天然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，随着现代有机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，各具独特

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有机合成方法制成。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。

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)。

离子交换树脂根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂，及根据树脂的物理结构

分为凝胶型和大孔型。

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。

1、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