離子交換樹(shù)脂概述

1、離子交換樹(shù)脂概述 概念：利用概念：利用離子交換樹(shù)脂作為吸附劑離子交換樹(shù)脂作為吸附劑，將溶液中的，將溶液中的待分離組分，依據(jù)其待分離組分，依據(jù)其電荷差異電荷差異，依靠，依靠庫(kù)侖力庫(kù)侖力吸附在吸附在樹(shù)脂上，然后利用合適的洗脫劑將吸附質(zhì)從樹(shù)脂上樹(shù)脂上，然后利用合適的洗脫劑將吸附質(zhì)從樹(shù)脂上洗脫下來(lái)，達(dá)到分離的目的洗脫下來(lái)，達(dá)到分離的目的。 和其它吸附過(guò)程相比：和其它吸附過(guò)程相比： 主要吸附水中離子態(tài)物質(zhì)主要吸附水中離子態(tài)物質(zhì) 交換劑的離子和水中離子進(jìn)行等當(dāng)量的交換交換劑的離子和水中離子進(jìn)行等當(dāng)量的交換基本概念概念概念基本概念發(fā)展史發(fā)展史 18051805年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中

2、CaCa2+2+和和NHNH4 4+ +的交換現(xiàn)象；的交換現(xiàn)象； 18761876年年Lemberg Lemberg 揭示了離子交換的可逆性和化學(xué)計(jì)量關(guān)系；揭示了離子交換的可逆性和化學(xué)計(jì)量關(guān)系； 19351935年人工合成了離子交換樹(shù)脂；年人工合成了離子交換樹(shù)脂； 19401940年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)； 19511951年我國(guó)開(kāi)始合成樹(shù)脂。年我國(guó)開(kāi)始合成樹(shù)脂。離子交換樹(shù)脂的構(gòu)成離子交換樹(shù)脂的構(gòu)成基本概念 離子交換樹(shù)脂是一種不溶于酸堿和有機(jī)溶劑的網(wǎng)狀離子交換樹(shù)脂是一種不溶于酸堿和有機(jī)溶劑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的功能高分子化合物結(jié)構(gòu)的功能高分子化合物. 具有三維空間離體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有三維空間離體

3、結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架骨架 聯(lián)接在骨架上的聯(lián)接在骨架上的活性基團(tuán)活性基團(tuán) 活性基團(tuán)所帶的相反電荷的活性離子（可交換離子活性基團(tuán)所帶的相反電荷的活性離子（可交換離子）基本概念離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)帶有活性基團(tuán)的網(wǎng)狀高分子聚合物骨架活性基團(tuán)酚醛樹(shù)脂聚乙烯樹(shù)脂OH + CH2OCH=CH2+CH=CH2CH=CH2交聯(lián)劑酸性基團(tuán)堿性基團(tuán)SO3HCOOHN+R3NR2特殊基團(tuán)離子交換樹(shù)脂的構(gòu)成離子交換樹(shù)脂的構(gòu)成基本概念離子交換樹(shù)脂的制備離子交換樹(shù)脂的制備基本概念離子交換樹(shù)脂骨架的制備離子交換樹(shù)脂骨架的制備離子交換樹(shù)脂的制備離子交換樹(shù)脂的制備基本概念苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制備（磺化反應(yīng)）苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制

4、備（磺化反應(yīng)）離子交換樹(shù)脂的制備離子交換樹(shù)脂的制備基本概念苯乙烯苯乙烯( (單體單體) )+ +二乙烯苯二乙烯苯( (交聯(lián)劑交聯(lián)劑) )母體母體共聚共聚H2SO4功功能能基基反反應(yīng)應(yīng)R SO3 H固定離子固定離子 可交換離子可交換離子母體母體 固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)基本概念離子交離子交換樹(shù)脂換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂 RNH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)堿性

5、陰離子交換樹(shù)脂 R NOH弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 RCOOH強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 RSO3H按選擇性按選擇性離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)基本概念按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)離子交離子交換樹(shù)脂換樹(shù)脂凝膠型凝膠型等孔型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)?？状蟆⒕鶆?，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)。孔大，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)?？状?，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)?？紫缎?、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。孔隙小、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型大孔型基本概念離子交換樹(shù)脂的命名離子交換樹(shù)脂的命名基本概念離子交換樹(shù)脂的命名離子交換樹(shù)脂的命名分類(lèi)代號(hào)分類(lèi)代號(hào)0 0

6、1 12 23 34 45 56 6功能基功能基強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性弱酸性弱酸性強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性弱堿性螯合性螯合性?xún)尚詢(xún)尚匝趸€原氧化還原骨架代號(hào)骨架代號(hào)0 01 12 23 34 45 56 6骨架類(lèi)型骨架類(lèi)型 苯乙烯系苯乙烯系 丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系環(huán)氧系環(huán)氧系 乙烯吡啶系乙烯吡啶系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系例如：例如：0010017 7( (凝膠型凝膠型) )苯乙烯系強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，交聯(lián)度為苯乙烯系強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，交聯(lián)度為7 7 。 1101104 4( (凝膠型凝膠型) )丙烯酸系弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，交聯(lián)度為丙烯酸系弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，交聯(lián)度為4 4。 D201D201大孔型苯

7、乙稀系強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂。大孔型苯乙稀系強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂。離子交換樹(shù)脂的特性離子交換樹(shù)脂的特性基本概念物理性能物理性能 ： (1)(1)外觀。外觀。 (2)(2)顆粒度。顆粒度。 (3)(3)含水量。含水量。 (4)(4)密度。密度。 1)1)濕真密度。濕真密度。 2)2)濕視密度。濕視密度。（5)5)機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度。（6)6)耐熱性耐熱性化學(xué)性能：化學(xué)性能： (1)(1)交換反應(yīng)的可逆性交換反應(yīng)的可逆性 (2)(2)酸、堿性酸、堿性 (3)(3)選擇性。選擇性。 (4)(4)交換容量。交換容量。 1 1) )全交換容量。全交換容量。 2 2) )工作交換容量。工作交換容量。離子交換

8、樹(shù)脂的特性離子交換樹(shù)脂的特性基本概念 (一) 外觀u 形狀：透明或半透明的球狀形狀：透明或半透明的球狀珠體。珠體。u 顏色：白、淺黃、赤褐色。顏色：白、淺黃、赤褐色。離子交換樹(shù)脂的離子交換樹(shù)脂的特性特性基本概念 (二) 含水率樹(shù)脂孔隙內(nèi)所含的水分，一般在樹(shù)脂孔隙內(nèi)所含的水分，一般在40%69%。u與樹(shù)脂的膠聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度低，空隙率高，含水率高與樹(shù)脂的膠聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度低，空隙率高，含水率高。 (三) 密度u 干真密度：干燥狀態(tài)下，樹(shù)脂材料本身具有的密度。干真密度：干燥狀態(tài)下，樹(shù)脂材料本身具有的密度。u 濕真密度：在水中充分溶脹后濕樹(shù)脂本身的密度。濕真密度：在水中充分溶脹后濕樹(shù)脂本身的密度。u

9、 表觀密度：樹(shù)脂在水中充分溶脹后的堆積密度表觀密度：樹(shù)脂在水中充分溶脹后的堆積密度(視密度視密度) 。 單位均為單位均為mg/L.離子交換樹(shù)脂的離子交換樹(shù)脂的特性特性基本概念 (四) 交聯(lián)度 交聯(lián)度為樹(shù)脂合成時(shí)交聯(lián)劑的用量，一般為交聯(lián)度為樹(shù)脂合成時(shí)交聯(lián)劑的用量，一般為7%10%。u 交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對(duì)半徑較大的離交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對(duì)半徑較大的離子和水合離子擴(kuò)散速度越低，交換量越小。子和水合離子擴(kuò)散速度越低，交換量越小。u 在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。離子交換樹(shù)脂的離子交換樹(shù)脂的特性特性基本概念 (五) 溶脹性吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶

10、脹程度用溶脹率表示：吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶脹程度用溶脹率表示：%100前前后溶脹率VVVu溶脹的原因溶脹的原因 水?dāng)U散到樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹；水?dāng)U散到樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹； 活性基團(tuán)離解形成水合離子活性基團(tuán)離解形成水合離子。u影響因素影響因素 樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低。樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低。 活性基團(tuán)：離解程度越大，溶脹率越大；活性基團(tuán)：離解程度越大，溶脹率越大； 可交換離子：水合半徑越大，溶脹率越高?？山粨Q離子：水合半徑越大，溶脹率越高。離子交換樹(shù)脂的離子交換樹(shù)脂的特性特性基本概念 (六)交換容量 單位單位體積濕樹(shù)脂體積濕樹(shù)脂(容量表示法容量表示法)或單位重量干樹(shù)脂

11、或單位重量干樹(shù)脂(重量表示法重量表示法)可發(fā)生交換的活性基團(tuán)數(shù)量。可發(fā)生交換的活性基團(tuán)數(shù)量。 容量表示法容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW 濕比重濕比重(1-含水率含水率)全交換容量全交換容量 工作交換容量工作交換容量離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)基本概念特點(diǎn)：特點(diǎn)： 符合質(zhì)量作用定律符合質(zhì)量作用定律; 等當(dāng)量進(jìn)行的同性離子的互換反應(yīng)等當(dāng)量進(jìn)行的同性離子的互換反應(yīng); 具有飽和性具有飽和性; 樹(shù)脂母體和固定離子不發(fā)生變化。樹(shù)脂母體和固定離子不發(fā)生變化。 b(RA)a+aBb+ a(RB)b+bAa+基本概念 顆粒

12、大小：愈小越快 交聯(lián)度：交聯(lián)度小，交換速度快 溫度：越高越快 離子化合價(jià)：化合價(jià)與高，交換越快 離子大?。涸叫≡娇?攪拌速度：在一定程度上，越大越快 溶液濃度：當(dāng)交換速度為外擴(kuò)散控制時(shí)， 濃度越大，交換速度越快影響交換速度的因素影響交換速度的因素基本概念水質(zhì)軟化水質(zhì)軟化Na離子交換軟化系統(tǒng)離子交換軟化系統(tǒng) 2 RNa+Ca (HCO3)2=R2Ca+ 2NaHCO3 2RNa+CaSO4= R2Ca + Na2SO4 2 RNa+MgCl2 = R2Mg + 2NaCl2蛋白質(zhì)提取實(shí)驗(yàn)室分離用實(shí)驗(yàn)室分離用蛋白質(zhì)提取 平衡 上樣吸附 洗脫 再生+-anion exchange beadEquil

13、ibration蛋白質(zhì)提取Sample applicationand wash-+-蛋白質(zhì)提取Elution-+-蛋白質(zhì)提取Regeneration-+蛋白質(zhì)提取Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+anionexchangerbead-蛋白質(zhì)提取軟水機(jī)我司現(xiàn)有軟水機(jī)我司現(xiàn)有軟水機(jī)軟水機(jī)MS114樹(shù)脂特性樹(shù)脂特性 性能參數(shù)測(cè)試方法測(cè)試方法樹(shù)脂樹(shù)脂體積LMS114-0.8T0MS114-1.5T 10.8L MS114-2T 18L因樹(shù)脂工作后膨脹，需測(cè)量再生三次后測(cè)量樹(shù)脂磨后圓球率95%GB T 12598-2001離子交換樹(shù)脂滲磨圓球率 磨后圓球率測(cè)定樹(shù)脂體積全交換容量(e