详细介绍
树脂
离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。最主要的离子交换反应有：
   ①阳离子交换树脂的交换反应：R^-－H⁺＋Na⁺Cl^-↔R^-－Na⁺＋H⁺Cl^-R为高分子强酸基，如结构式a、b。
 
   ②阴离子交换树脂的交换反应：R⁺OH^-＋Na⁺Cl^-↔R⁺Cl^-＋Na⁺OH^-R为高分子强碱基，如结构式c。
 
    按外观形状及物理性质（孔度及分布、比表面、孔径等）分为凝胶、大孔和离子交换膜；按用途有选择交换用、脱色用、吸着用、电子交换（氧化还原）用等；根据母体的化学结构可分为苯乙烯系列、丙烯酸系列、酚醛类系列等；根据离子交换树脂中活性基团的性质可分为强酸性、中等酸性、弱酸性、强碱性、中等碱性、弱碱性和氧化还原性等。含酸性基团的离子交换树脂，能同溶液里的阳离子起交换反应，称阳离子交换树脂；含碱性基团的则称为阴离子交换树脂。若同时含酸性和碱性基团的，称为两性树脂；若树脂与溶液里的高价阳离子作用后，能形成钳环形的络合物，则称为螯合树脂。
   离子交换树脂的主要应用为：①水处理，除去水中的钙、镁和铁离子以使工业用水软化及获得电子、半导体、原子能工业用的无离子水。②分离、浓缩、提纯和回收铀、稀土元素、贵金属及铬、铜等。③医学和医药上的回收、分离和提纯。④作为有机合成中的固体酸碱催化剂。⑤食品及生物制品的脱色。⑥作化学试剂用于外消旋物拆分、固相合成。

一、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。
    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、新树脂预处理
    工业级的离子交换树脂中，常含有少量低聚物和未参加聚合反应的单体等有机杂质和其他诸如铁、铝、铜等无机杂质。当树脂与水、酸、碱或其它溶液接触时，上述可溶性杂质就会转入溶液而影响水质，所以新树脂在使用前要进行处理。树脂经预处理转成所需离子型能起到活化树脂的作用。
  1﹑树脂装柱后，以约10米/小时流速自下而上，使树脂体积膨胀，（注：视交换器留有体积空间而定控制流速），除去悬浮杂质、机械杂质、细碎树脂和气泡，切勿将树脂冲出柱外，以免损失，当上部流出水清澈、透明，树脂层无气泡即可结束。一般操作时间在30分钟左右。
  2﹑用食盐水处理
用约2倍树脂体积，10%的食盐水溶液浸泡20小时以上，然后用清水漂净。
  3﹑稀盐酸处理
用约2倍树脂体积，2%—5%浓度的盐酸溶液。浸泡4-8个小时后，再用水洗约至PH=6。
  4﹑稀氢氧化钠溶液处理
用约2倍树脂体积，2%—5%浓度的氢氧化钠溶液。浸泡4-8个小时后，再用水洗至中性。
  注：阴树脂先用酸溶液处理后用碱溶液处理，
      阳树脂先用碱溶液处理后用酸溶液处理。
三、再生
    离子交换树脂使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中，为降低再生费用，要适当控制再生剂用量，使树脂的性能恢复到最经济合理的再生水平，通常控制性能恢复程度为 70～80% 。如果要达到更高的再生水平，则再生剂量要大量增加，再生剂的利用率则下降。
　　树脂的再生应当根据树脂的种类、特性，以及运行的经济性，选择适当的再生药剂和工作条件。
　　树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生比较困难，需用再生剂量比理论值高相当多；而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生，所用再生剂量只需稍多于理论值。此外，大孔型和交联度低的树脂较易再生，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。
　　再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。例如：钠型强酸性阳树脂可用10%NaCl溶液再生，用药量为其交换容量的2倍(用NaCl量为117g/l树脂)；氢型强酸性树脂用强酸再生，用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此，宜先通入1～2% 的稀硫酸再生。
　　氯型强碱性树脂，主要以NaCl溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl+0.2%NaOH的碱盐液再生，常规用量为每升树脂用150～200gNaCl，及3～4gNaOH。OH型强碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生。
　　树脂再生时的化学反应是树脂原先的交换吸附的逆反应。按化学反应平衡原理，提高化学反应某一方物质的浓度，可促进反应向另一方进行，故提高再生液浓度可加速再生反应，并达到较高的再生水平。
　　为加速再生化学反应，通常先将再生液加热至70～80℃。它通过树脂的流速一般为1～2BV/h 。也可采用先快后慢的方法，以充分发挥再生剂的效能。再生时间约为一小时。随后用软水顺流冲洗树脂约一小时(水量约4BV) ，待洗水排清之后，再用水反洗，至洗出液无色、无混浊为止。
　　一些树脂在再生和反洗之后，要调校pH值。因为再生液常含有碱，树脂再生后即使经水洗，也常带碱性。而一些脱色树脂(特别是弱碱性树脂)宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸，使树脂pH值下降至6左右，再用水正洗，反洗各一次。
　 　树脂在使用较长时间后，由于它所吸附的一部分杂质(特别是大分子有机胶体物质)不易被常规的再生处理所洗脱，逐渐积累而将树脂污染，使树脂效能降低。此时要用特殊的方法处理。例如：阳离子树脂受含氮的两性化合物污染，可用4%NaOH溶液处理，将它溶解而排掉；阴离子树脂受有机物污染，可提高碱盐溶液中的NaOH浓度至0.5～1.0%，以溶解有机物。
四、应用范围
    在工业上，离子交换树脂主要用于水的净化处理，贵重或有用的物质的回收，离子的分离等，为了在工业上更有效地应用离子交换树脂，必须认真考虑以下问题：
（1）确定采用连续或还是不连续的工艺；
（2）树脂和再生剂的选择；
（3）确定离子交换装置设备及最佳工艺操作参数。
1、离子交换树脂应用工艺的分类
离子交换过程通常包括离子交换、饱和后的离子树脂的再生和含再生废液树脂的清洗三个步骤。根据进行这些步骤的方式不同，工业离子交换过程可分为间歇式工艺、固定床工艺及连续式工艺三类。
2、离子交换树脂在工业上的应用
（1）离子交换树脂处理水包括水的软化（水的一般软化、脱碱软化、水的脱盐、凝结水处理及超纯水制备等）。
（2）离子交换树脂在发哮行业如糖、柠檬酸、味精等脱色。
（3）离子交换树脂处理工业废水。
（4）离子交换树脂在石油、化工行业中的使用。
（5）离子交换树脂在制药工业中的应用。
（6）离子交换树脂在电子工业、核工业等行业的应用。
（7）离子交换树脂在湿法冶金中的运用。

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