离子交换及吸附树脂(2)

机合成的催化剂，如工业上已用于酯化反应、烷基化反应、烯烃水合等，且具有易分离、可再生的特点 5、脱色作用

色素大多数为阴离子性物质或弱极性物质，大孔离子交换树脂通过其交换和吸附的双重作用达到目的，且使用方便、周期长。

二、离子交换树脂的结构与性能 一）、离子交换树脂的结构

1、化学结构

离子交换树脂是一类 在交联的高分子链上带有许多化学基团的功能高分子化合物，这些基团由相反电荷的离子组成，在一定条件下离解，显示交换功能，这种化学结构特征是影响他的物理化学性质的主要因素。

不同类型的树脂具有不同性质的化学基团，如磺酸基、羧酸基、伯、仲、叔、季胺基等，在不同的PH条件下，其离解程度和交换能力有较大的差异。 2、立体交联结构

立体交联结构是使树脂在各种水溶液和有机溶剂中表现为不溶不熔和物理、化学性质稳定的根本。具有双烯烃和单烯烃结构的单体相互聚合才能形成一种体形结构（不同于线形）的骨架，然后根据需要引入不同的化学基团，骨架的紧密程度则是通过调整交联度来控制的。 3、孔结构

过去孔结构并不为人们重视，概念也相当模糊，随着合成技术特别是大孔树脂的发展，研究树脂孔结构的变化对离子交换树脂的影响就显得十分重要。

早期树脂的孔一般指树脂的链间距较大，在30埃一下，孔的大小随树脂的收缩和膨胀都引起孔的较大变化，其实并不能称为真正的孔。后来通过在聚合单体中加入特定的致孔剂，成球后再除去致孔剂，树脂中就形成了真正的毛细孔，可用物理方法测量它。大孔树脂的孔径比分子间的距离大的多，根据树脂合成条件的不同，孔径可在几十埃至上万埃，孔结构也比较稳定。

二）、树脂结构与物理特性

1、粒度

离子交换树脂一般是作成球型，常用树脂的颗粒大小为0.30~1.20mm,树脂的粒度常以标准筛（美国标准）目数表示，公式为：球粒直径=16/目数（mm）。

离子交换树脂的粒度在干、湿状态或不同型式下是有较大变化的，从使用角度考虑，湿树脂的粒度值更为重要。如何选择树脂粒度应根据设备、技术条件来定，在一般水处理中，粒度通常为0.30~1.20mm。 2、水份含量

离子交换树脂湿亲水性高分子化合物，总是结合一定量的水分，此外树脂中也有部分游离水。树脂的含水量受它的交联度、化学基团性质和数目，及结合的反离子的影响。水分的测定法有干燥法、共沸蒸馏法、KF法。

3、密度

离子交换树脂的密度表示法有两种：含水状态时的湿视密度；湿真密度。树脂密度主要由其骨架结构和结合的化学基团决定的，湿视密度是设计交换装置时的重要参考指标。 4、膨胀度

离子交换树脂是由亲油的骨架和亲水的基团构成，其在水、有机溶媒、不同离子态间相互转变时，树脂的体积会发生不同的膨胀或收缩，膨胀度的影响因素有：树脂交联度、基团的性质和数量、基团反离子的性质、介质等。

树脂的膨胀度也是交换装置设计时重要的参数和性能指标，膨胀度过大，装置的利用效率就低。 5、稳定性

离子交换树脂的稳定性是十分重要的应用指标，不仅影响树脂的运行，还和使用寿命有关。

树脂的稳定性是一比较笼统的概念，最重要的是指树脂的机械强度、耐热性和化学稳定性等。

三）、离子交换树脂的结构和化学性能

1、

强型树脂和弱型树脂

树脂所带交换基团不同，其进行有效离子交换的条件和能力有较大差异，据此将树脂分为强酸、强碱、弱酸、弱碱等类型。 2、

交换容量

交换容量是树脂最重要的性能指标，它表示单位量（重量或体积）

树脂进行离子交换反应的化学基团总数，反映了树脂对离子的交换吸附能力，在实际应用中，交换容量可分为：总交换容量、工作交换容量和再生交换容量。 3、

离子交换选择性

指树脂对不同离子交换吸附亲和性的差别，该亲和性受树脂交联度、化学基团性质、溶液的离子浓度和组成等的影响，大体的规律是：多价离子优先；较大尺寸的离子优先；原子序数大者优先等。总之，树脂的选择系数愈大，离子穿漏愈少，交换吸附能力愈强，处理效果愈好。

四）、大孔吸附树脂的结构与性能

大孔吸附树脂是一类具有明显大孔结构和极大比表面积、不同孔径的球状聚合物，对有机物有较大的吸附能力，属典型的表面范德华力作用，但影响因素复杂，目前还不能准确估计某重物质就一定能被某重吸附剂所吸附。实际经验是：梳水性或无极性分子，或分子的无极性部分，可被非极性表面吸附，亲水性或极性分子，易被极性表面吸附。

被吸附物质只有通过孔道运动到吸附剂的内表面才能吸附，所以高分子吸附树脂的孔径大小对吸附性能有很大的影响，应根据被吸附物质的分子尺寸或分子量靠考虑适当孔径的吸附树脂。

吸附过程常常是在介质中进行，介质性质对吸附作用的影响不可忽视。一般规律是：一切增加被吸附物质溶解度的因素，如温度、溶剂极性、PH变化，都对吸附不利，反之则有利于吸附。

吸附作为分离和提纯的手段，好的吸附效果不仅只考虑吸附，还必须有好的解吸过程。正确的使用吸附树脂一般参考一下原则：树脂选择性吸附好；确定适当的吸附条件；选择好的解吸剂。

三、树脂的合成及性能测定

1、

树脂的合成

树脂前体合成的方法主要有两种：悬浮条件下的单体共聚，反向悬浮条件下的缩聚。树脂前体经各种化学反应引入不同的的化学基团就形成了目前种类繁多的离子交换和吸附树脂。 2、

树脂功能基的引入

在离子交换树脂合成中，向聚合球体的大分子链上引入交换基团的化学反应同聚合一样，聚合球体的骨架为立体交链结构，在溶剂中可溶胀而不溶解，理论上它虽象低分子有机化合物一样可进行各种化学反应，但实际上通过聚合球体表面到内部的大分子链上都引入化学基团，技术性的要求是很强的。常用离子交换树脂的基团有：磺酸基、羧酸基、伯、仲、叔、季胺基、酚羟基等，需要进行的化学反应为：磺化、水解、胺解等，因内容太多，在这里不作介绍。 3、

树脂性能测定

对于树脂的普通理化性能指标，如交换容量、水分、粒度、密度、膨胀度、机械强度等国家有同一的标准检测规范，而对于大孔离子交换树脂特别是大孔吸附树脂的孔结构性能检测或质量标准则没有统一的规定，该类树脂的命名也纯粹是企业自己决定。树脂孔结构的主要表现形式有：孔径、比表面积、孔容、孔径分布，目前国内外通行