离子交换树脂的分类与特性

离子交换树脂的分类与特性

离子交换树脂的分类与特性

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。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,膜,弱碱型阴离子交换树脂

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。

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。

离子交换树脂的分类：

能与溶液中样(阴)离子进行交换反映的功能性高分子聚合物成为离子交换树脂。通常可分为七类：强酸型、强碱型、弱酸型、弱碱型、螯合型、两型、氧化还原性。水处理工程中用的最多的是：强酸型、强碱型。

离子交换树脂的物理性能项目：

主要物理性能项目有：粒径、密度、含水量、耐磨性、耐热性和膨胀性。

粒径：粒径的大小关系到树脂的交换速度、交换能力、压力损失和反洗时树脂层展开高度等性能。粒径太小，树脂容易流失。适合的粒径范围(粒度)如：0.315~1.25毫米，在一般水处理设备中，有利于提高树脂的使用效果。

密度：通常用湿真密度和湿视密度来表示。当树脂在水中充分膨胀的情况下：树脂的重量与其占有的(不包括树脂间空隙)体积之比叫湿真密度(又称湿真比重)。在使用中如有两种不同种类的树脂混合，可利用湿真密度的不同进行分成。树脂的重量与其占有的(包括树脂间隙空间)体积之比叫湿视密度。当用户设计某交换器时，可根据该交换器的装填体积和采用树脂的湿视密度，计算出需要装

填树脂的重量。

含水量：数字的结构中，亲水基团的水合水和交联网孔中少量的游离水组成了树脂的含水量。一般来说，同一种树脂中，交换基团少的，其水合水也少;交联度高的，其水合水少。

耐磨性：树脂在储运中承受挤压，在使用中受到冲刷和摩擦，都会使树脂磨损、破裂。通常用模拟树脂使用状态的磨后圆球率来表示它的性能好坏。

耐热性：树脂在使用时一般不能超过它的工作温度范围，工作温度过高会破坏树脂的结构，工作温度太低，交换能力大大下降。

膨胀性：一般来说，湿树脂的体积要大于干树脂的体积。树脂在转型不同离子形态时，其体积也会发生变化。例如：732阳离子交换树脂，从钠型转成氢型，其体积增大约10%。所以，在设计使用设备的体积时，要考虑树脂的膨胀性。离子交换树脂,膜,弱碱型阴离子交换树脂

离子交换树脂的化学工艺性能项目：

全交换容量：全交换容量表示树脂内离子交换基团全部发生交换反应时的交换容量。当用单位质量的干树脂表示时为：mmol/g，即：毫摩尔(一价基本单元物质)/克(干树脂);当用单位体积的湿树脂表示时为体积交换容量：mmol/mL，即：毫摩尔(一价基本单元物质)/毫升(湿树脂)。

工作交换容量：工作交换容量表示在树脂工作条件运行下，单位体积湿树脂交换反应到达终点指标时的交换容量。单位为：mmol/mL，即：毫摩尔(一价基本单元物质)/毫升(湿树脂)或mol/L 摩尔(一价基本单元物质)/升(湿树脂)。树脂的工作条件包括：原水的成分，杂质浓度，温度，流速，终点水中(指标)要求，树脂层高，再生方式，运行方式和设备结构等。当其中任何一个工作条件变化，都会影响工作交换容量。所以，工作交换容量通常用作设计设备的参数或者比较新、旧树脂的质量。

恒量树脂的交换能力，最终应该用体积交换容量来鉴别。因为，设备一经安装，其装填树脂的体积不会再发生变化，树脂体积交换容量高，则设备交换能力强，反之亦然。

离子交换树脂选择性的规律：

离子交换树脂对不同离子其交换反应难易程度不同，这种性质称为离子交换树脂的选择性。一般来说，离子交换树脂的选择性与离子所带电荷多少及水合离子半径大小有关。离子所带电荷越多，同价离子的水合离子半径越小，选择性越强，越容易发生交换反应。

强酸性阳离子交换树脂的选择顺序：

Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > NH4+ > Na+ > H+;

弱酸型阳离子交换树脂的选择顺序：

H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > Na+;

强碱型阴离子交换树脂的选择顺序：

SO42- > NO3- > Cl- > OH- > F- > HCO3- > HSiO3-;

弱碱型阴离子交换树脂的选择顺序：

OH- > SO42- > NO3- > Cl- > HCO3-。离子交换树脂,膜,弱碱型阴离子交换树脂