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【原创】离子交换树脂
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我自己整理的有关树脂方面的资料，希望对大家有所帮助。 1.1离子交换技术 离子交换是一种继蒸馏、萃取、吸收等典型化工分离手段之后，新崛起的一种化工分离操作技术。离子交换过程是被分离组分（即被提取、被纯化的离子或分子）在水溶液与固体交换剂之间发生的一种化学计量分配过程，该过程遵循固一液非均相扩散传质的普遍规律而又不同于传统分离过程降。 离子交换一般是指一种可逆的固一液化学反应，其中固体就是离子交换剂（树脂）。离子交换剂由惰性骨架（母体）、固定基团和活动离子（也可叫交换离子或反离子）三部分组成：如阳离子型离子交换剂R-SO3M，其中R为惰性骨架，SO3为固定基团，M为活动离子或可交换离子，SO3M为活性基团或功能基团。 离子交换剂具有一定的空间网状结构，当与溶液接触时，与溶液中的特定离子进行交换，即离子交换树脂上的可交换离子（阳离子或阴离子）被溶液中带同种电荷的特定离子取代，而不溶性固体骨架在这一交换过程中不发生任何化学变化。该过程一般可以用方程式表达为:RB+A+→RA+B+（R代表树脂中除可交换离子以外的其它部分，即惰性骨架与圆定基团；B为可交换离子；A+为待分离组分)。 离子交换现象是自然界普遍存在的一种物质运动形式，离子交换的应用最早是从泡沸石类天然矿物净化水质开始的。离子交换剂经历了泡沸石、磺化煤、酚醛树脂等发展阶段，到1945年美国人迪阿莱里坞发表了有关阳离子交换树脂的制备方法之后，出现了凝胶型苯乙烯合成树脂，这使得近代离子交换技术的发展进入了全新时期。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。自20世纪50年代以来，我国离子交换技术取得了飞速发展，建立了一定规模的离子交换树脂工业及应用系统。 离子交换可起到提取、分离、浓缩和精制的作用。离子交换技术主要应用于水处理（水的软化、水的脱盐、冷凝水和超纯水的制备），生化提取（天然生物物质的分离回收、发酵产物的分离回收、制药工业的应用），三废处理（含放射性核素废水的处理、其他工业有害废水废气的处理），湿法冶金等。 1.2离子交换树脂 离子交换法是应用合成的离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。 离子交换法广泛应用于脱色、转盐、去盐以及制备软水、无盐水等。随着新树脂的出现，应用技术的进步，树脂法已广泛渗透到水处理、金属冶炼、原子能科学技术、海洋资源开发、化工生产、糖类精制、食品加工、医药卫生、分析化学以及环境保护等领域。 现代化工技术利用先进工艺、通过更为经济的流程制取的高质量的树脂产品，不溶于一般的酸、碱溶液及许多有机溶剂。它以交换、选择、吸收和催化等功能来实现除盐、分离、精制、脱色和催化等应用效果，广泛应用于电力、化工、冶金、医药、食品和核工业等部门，主要是制取软水和纯水、三废处理及分离精制药品等。近年来，离子交换树脂在化工工艺、超纯制药、环境保护[1]及电子等方面得到迅速发展。由于离子交换反应是可逆的，因此离子交换树脂可以通过交换和再生反复利用。离子交换法不但经济，而且能在极不利的条件下使用，同时还能达到出水水质要求。 离子交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有离子交换基团的粒状功能材料，一般是在惰性载体上通过功能基化反应引入可交换基团，不溶于酸、碱溶液及各种有机溶剂，结构上属于既不溶解也不熔融的多孔性固体高分子物质。 目前，离子交换树脂在水处理领域得到了广泛的应用，具有可深度净化、效率高及能达到综合回收等优点，因而占有十分重要的地位。 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。 1离子交换的基本概念 离子交换法是利用溶液中各种带电粒子与离子交换剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。带电粒子与离子交换剂间的作用力是静电力，它们结合是可逆的，即在一定的条件下能够结合，条件改边后也可以被释放出来。 1离子交换树脂的组成及其特征 目前，使用的离子交换树脂绝大多数都是以苯乙烯——二乙烯苯共聚体或丙烯酸及其衍生物与二乙烯苯的共聚等为基体，同时为使离子交换树脂在酸、碱及有机溶剂中不溶解，并且加热时不熔化，高分子基体中必须含有起交联作用的一定量的交联剂。共聚基体中交联剂的百分含量称离子交换树脂的交联度。高分子基体在加入交联剂之后进行化学反应，加入可交换的功能性基团后即成为离子交换树脂。 1结构与特点 离子交换树脂，作为功能型高分子材料，是进行离子交换分离操作的物质基础。树脂性能的优劣，对于分离效果的成败，起着决定性的作用。我国已能大量生产适合十各种工艺目的，应用十各种操作条件的工业树脂。 每个树脂颗粒都由交联的具有三维空间立体结构的网络骨架构成，在骨架上连接着许多较为活泼的功能基，这种功能基能离解出离子，可以与周围外边离子相互交换。离子交换树脂的单元结构由三部分组成：具有三维空间立体结构的网络骨架（通常以R表示）、连接在骨架上的功能基（活性基，如-SO3H、-COOH、—N（CH3）3+等）以及和功能基团所带的相反电荷的活性离子（即可交换离子，如H+、OH－）。惰性不溶的网络骨架和活性基是连在一起的，不能自由运动；活性离子则可以在网络骨架和溶液间自由迁移，其示意见图1。当树脂处在溶液中时，其上的活性离子可以与溶液中的同性离子，按与树脂功能基的化学亲和力不同产生交换过程。高分子活性基团是决定离子交换树脂主要功能的因素。如果活性基释放的活性离子是阳离子，这种离子交换树脂能和溶液中的其他阳离子发生交换，称为阳离子交换树脂；如果释放的活性离子是阴离子，则这种离子交换树脂能交换溶液中的阴离子，称为阴离子交换树脂。 2离子交换树脂的特征 一般来说，离子交换树脂具有下列的特征[1]： ⑴亲水性和弹韧性。在结构中引入离子团，如-SO3H 等就会使它具有亲水性，这是作为离子交换剂的基本要求。 ⑵适当的交联度。带有离子团的直链碳氢大分子是溶于水的，为了使之不溶于水，必须用交联剂使之交联。交联剂的用量愈高，所得的树脂结构愈紧密，在水中的溶胀度也愈小。交联剂又决定了网状结构网孔的宽度。适当的交联度是有利的；但交联度过高，结构过分紧密，会使大分子量的离子难于渗透进去，并且渗透的速度也比较小，这是不利的。 ⑶一定的稳定性。离子交换树脂对化学、热和机械的稳定性也与结构有关。通常，紧密的结构有利于抵抗机械磨损。虽然离子交换树脂能在大多数溶剂中保持稳定，但存在某些氧化剂和还原剂时会发生降解和官能团的损失。离子交换树脂的热稳定总是有限的，通常弱碱阴离子交换树脂的使用温度不宜超过100℃，而强碱阴离子交换树脂的最高使用温度不应超过60℃。 ⑷较高的交换容量。交换容量主要取决于官能团的数量，如果按单位体积来计算交换容量，则还与紧密结构程度有关，与堆积密度也有关。 有关内容还在陆续整理中，觉得好的话请留个脚印  [search]离子交换，树脂[/search] [ Last edited by 飘无影 on 2008-9-20 at 14:42 ] |
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