第1章-离子交换树脂.pptVIP

第一章离子交换树脂;离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化

合物。它具有一般聚合物所没有的新功能——离子交

换功能，本质上属于反响性聚合物。

离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，其

历史可追溯到上一世纪30年代。1935年英国的Adams

和Holmes发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子

交换性能的工作报告，开创了离子交换树脂领域，同

时也开创了功能高分子领域。;离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简

便又节约能源。因此根据Adams和Holmes的创造，带

有磺酸基和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产

并在水的脱盐中得到了应用。

1944年D’Alelio合成了具有优良物理和化学性能

的磺化苯乙烯-二乙烯苯共聚物离子交换树脂及交联聚

丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的根底。;此后，Dow化学公司的Bauman等人开发了苯乙

烯系磺酸型强酸性离子交换树脂并实现了工业化；

RohmHass公司的Kunin等人那么进一步研制了强碱

性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子

交换树脂。这些离子交换树脂除应用于水的脱盐精制

外，还用于药物提取纯化、稀土元素的别离纯化、蔗

糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。;离子交换树脂开展史上的另一个重大成果是大孔

型树脂的开发。20世纪50年代末，国内外包括我国的

南开大学化学系在内的诸多单位几乎同时合成出大孔

型离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔

型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有

机污染的优点，因此很快得到广泛的应用。;60年代后期，离子交换树脂除了在品种和性能等

方面得到了进一步的开展，更为突出的是应用得到迅

速的开展。除了传统的水的脱盐、软化外，在别离、

纯化、脱色、催化等方面得到广泛的应用。

例如离子交换树脂在水处理以外的应用由80年代

以前占离子交换树脂总用量的缺乏10％增加到目前的

30％左右。;从离子交换树脂出发，还引申开展了一些很重要

的功能高分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、螯

合树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶

??。这一最传统的功能高分子材料正以崭新的姿态在

21世纪发挥重要的作用。

离子交换纤维是在离子交换树脂根底上开展起来

的一类新型材料。其根本特点与离子交换树脂相同，

但外观为纤维状，并还可以不同的织物形式出现，如

中空纤维、纱线、布、无纺布、毡、纸等。;1.2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，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。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大

于或小于这一范围。;图1—1聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图;从图中可见，树脂由三局部组成：三维空间结构

的网络骨架；骨架上连接的可离子化的功能基团；功

能基团上吸附的可交换的离子。

强酸型阳离子交换树脂的功能基团是—SO3-H+，

它可解离出H+，而H+可与周围的外来离子互相交换。

功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由

它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子

互相交换。这种能自由移动的离子称为可交换离子。;通过改变浓度差、利用亲和力差异等，使可交换

离子与其他同类型离子进行反复的交换，到达浓缩、

别离、提纯、净化等目的。

通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进

行交换的树脂称作阳离子交换树脂；而将能解离出阴

离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子

交换树脂。从无机化学的角度看，可以认为阳离子交

换树脂相当于高分子多元酸，阴离子交换树脂相当于

高分子多元碱。应当指出，离子交换树脂除了离子交

换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸碱是

截然不同的。;1.3离子交换树脂的分类

离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和最

重要的分类方法有以下两种。

〔1〕按交换基团的性质分类

按交换基团性质的不同，可将离子交换树脂分为

阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。;阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和

弱酸型三种。如R—SO3H为强酸型，R—PO(OH)2为

中酸型，R—COOH为弱酸型。习惯上，一般将中酸

型和弱酸型统称为弱酸型。

阴离子交换树脂又可分为强碱型和弱碱型两种。

如R3—NCl为强碱型，R—NH2、R—NR’H和，R—

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