离子交换树脂的研究现状与应用.docx

离子互换树脂 摘要：本文综述了离子互换树脂的发展历史、分类；在各领域的应用、树脂的使 用和保管措施及其发展前景等。 核心词：离子互换树脂；分类；应用；保管 1 引言 离子互换树脂是一类带有活性基团的网状构造高分子化合物。在它的分子构 造中， 一部分为树脂的基体骨架，另一部分为由固定离子和可互换离子构成的活 性基团。离子互换树脂具有互换、选择、吸附和催化等功能，在工业高纯水制备、 医药卫生、冶金行业、生物工程等领域都得到了广泛的应用。近年来，离子互换 树脂无论是从种类、构造还是性能上都浮现了很大的变化，其生产和应用也都得 到了很大的发展。 国内自20世纪50年代以来开始生产和应用离子互换树脂。通过半个多世纪 的发展，国内常规离子互换树脂的制备和应用技术已经较为成熟，水平与国外相 称。离子互换树脂重要应用于电力、食品、医药、电子和冶金等行业，随着锅炉 给水、饮用水和电子用水等对离子互换出水的纯度规定日益提高，促使常规的离 子互换树脂生产和应用技术不断完善，同步催生了许多新型的生产工艺不断涌 现，使得离子互换树脂产品升级和技术进步的步伐也日益加快。 2 离子树脂的分类 根据离子互换树脂所带活性基团的性质，离子互换树脂课分为阳离子互换树 脂和阴离子互换树脂两大类。能与水中阳离子进行互换反映的称为阳离子互换树 脂；能与水中的阴离子进行互换反映的称为阴离子互换树脂。根据活性基团上 H? 和 0H 电离的强弱限度，又可以分为强酸性阳离子互换树脂和弱酸性阳离 子互换树脂，以及强碱性阴离子互换树脂和弱碱性阴离子互换树脂。 2. 1强酸性阳离子树脂 此类树脂具有大量的强酸性基团，如磺酸基一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 中的其她阳离子。这两个反映使树脂中的H '与溶液中的阳离子互相互换。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互换作用。 树脂在使用一段时间后，要进行再生解决，即用化学药物使离子互换反映以 相反方向进行，使树脂的官能基团答复本来状态，以供再次使用。如上述的阳离 子树脂是用强酸进行再生解决，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与 H 结合而恢 复本来的构成。 2.2 弱酸性阳离子树脂 此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-C00- (R 为碳氢基团),能与溶液中的其她阳离 子吸附结合，从而产生阳离子互换作用。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互换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14) 起作用。此类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。 2.3强碱性阴离子树脂 此类树脂具有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)-NR30H(R 为碳氢基 团),能在水中离解出0H- 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，从而产生阴离子互换作用。 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。 2.4弱碱性阴离子树脂 此类树脂具有弱碱性基团，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0H 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，从而产生阴离子互换作用。 这种树脂在多数状况下是将溶液中的整个其她酸分子吸附。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。 2.5 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她离子 型式运营，以适应多种需要。例如常将强酸性阳离子树脂与NaC1 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Ca? 、Mg? 等阳离子互换吸 附，除去这些离子。反映时没有放出 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)。这种树脂以钠型运营使用后，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C1 而吸附互换其她 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 一) 运营。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她典型性能，如离解性强和工作的pH 范畴广 阔等。 3 离子互换树脂的应用 3 . 1水解决 水解决工艺中，离子互换树脂的用途十分广泛。在给水解决中，可用于水质软 化和脱盐，制取软化水、纯水和超纯水；李为兵等研究了一种新型的MIEX② 磁 性离子互换树脂对南方地区水源的解决状况，发现其对藻类的清除有良好的效