第二章離子交換樹脂第二章離子交換樹脂定義和分類

離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團的三維網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物

交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子骨架（不溶不熔）

可離子化功能基團

特點：高機械強度、高交換容量、足夠親水性、足夠大的孔徑、高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和滲透穩(wěn)定性、合適的粒度分布定義和分類2．交聯(lián)度：以7~10%為宜4．交換容量

單位質(zhì)量或單位體積的離子交換樹脂所帶功能基團中可交換的離子數(shù)量，以mmol/g(干樹脂)，或mmol/ml(濕樹脂)為單位。離子交換樹脂的基本性能1．外觀粒徑0.3～1.2mm乳白、淡黃、棕褐色等不透明或半透明球狀顆粒3．含水率

樹脂的含水率以每克樹脂（在水中充分膨脹）所含水分的百分比樹脂的含水率相應(yīng)地反映了樹脂網(wǎng)架中的孔隙率2．交聯(lián)度：以7~10%為宜4．交換容量離子交換樹脂的基本性球形珠狀顆粒，顆粒直徑0.3-1.2mm。第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的示意圖固定陰離子交換基SO3-水合水交換離子Na+二乙烯苯交聯(lián)橋聚苯乙烯鏈離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的示意圖固定陰離子交換基SO3-水合第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件離子交換樹脂由三部分組成：三維空間結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架骨架上連接的固定離子

反應(yīng)離子（可交換離子）功能基團離子交換樹脂由三部分組成：功能基團網(wǎng)絡(luò)骨架功能基團固定離子可交換離子強酸型陽離子交換樹脂功能基團是—SO3-H+，它可解離出H+，而H+可與周圍的外來離子互相交換。功能基團是固定在網(wǎng)絡(luò)骨架上的，不能自由移動。由它解離出的離子卻能自由移動，并與周圍的其他離子互相交換。這種能自由移動的離子稱為可交換離子。工作再生網(wǎng)絡(luò)骨架功能基團固定離子可交換離子強酸型陽離子交換弱堿：R—NH2強堿：強堿Ⅰ、Ⅱ型凝膠型樹脂大孔型樹脂載體型樹脂高分子骨架陽離子陰離子兩性可交換離子強酸性：R—SO3H中強酸性:R—PO(OH)2弱堿性：R—COOH弱堿-弱堿強堿-弱酸低交聯(lián)度標(biāo)準(zhǔn)交聯(lián)度高交聯(lián)度（按其物理結(jié)構(gòu)的不同）離子交換樹脂的分類其它類型氧化還原樹脂（能進行氧化還原反應(yīng)）螯合樹脂（含有螯合基團，去除金屬離子）蛇籠樹脂弱堿：R—NH2凝膠型樹脂高分子骨架陽離子可交換離子強酸性（1）按樹脂的孔結(jié)構(gòu)分類

離子交換樹脂分為凝膠型、大孔型和載體型三類。不同孔結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型（1）按樹脂的孔結(jié)構(gòu)分類不同孔結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型（一）凝膠型離子交換樹脂

外觀透明、均相、樹脂表面光滑，球粒內(nèi)部沒有大的毛細孔。在水中會溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈的間隙孔，無機小分子可自由通過；在無水狀態(tài)下，凝膠型離子交換樹脂的分子鏈緊縮，體積縮小，無機小分子無法通過。所以，這類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能。

優(yōu)點：體積交換容量大、生成工藝簡單、成本低；

缺點：耐滲透強度差、抗有機污染性差（一）凝膠型離子交換樹脂（二）大孔型離子交換樹脂外觀不透明，表面粗糙，為非均相凝膠結(jié)構(gòu)。

特點：是在樹脂內(nèi)部存在大量的毛細孔。無論樹脂處于干態(tài)或濕態(tài)、收縮或溶脹時，這種毛細孔都不會消失，因此可在非水體系中起離子交換和吸附作用。其孔徑一般為幾納米至幾百納米，比表面積可達每克樹脂幾百平方米，因此其吸附功能十分顯著。

優(yōu)點：耐滲透強度高、抗有機污染性好，可交換分子量大的離子

缺點：體積交換容量小、生成工藝復(fù)雜、再生費用高（二）大孔型離子交換樹脂（三）載體型離子交換樹脂特殊用途樹脂，主要用作液相色譜的固定相一般是將離子交換樹脂包覆在硅膠或玻璃珠等表面上制成。它可經(jīng)受液相色譜中流動介質(zhì)的高壓，又具有離子交換功能。（三）載體型離子交換樹脂（2）按可交換離子的種類

離子交換樹脂分為陽離子型和陰離子型。（一）陽離子交換樹脂〈1〉強酸性（聚苯乙烯系）交換基：磺酸-SO3H〈2〉中酸性（聚苯乙烯系）交換基：-P=O(OH)2〈3〉弱酸性（甲基丙烯酸系）交換基：羧基-COOH或酚基-OH能解離出陽離子、并能與外來陽離子進行交換的樹脂稱作陽離子交換樹脂（2）按可交換離子的種類（一）陽離子交換樹脂能解離出陽離子、

001×7苯乙烯系強酸性陽離子交換樹脂指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%45-53全交換容量(mmol/g干)≥4.5濕視密度(g/ml)0.77-0.87濕真密度(g/ml)1.25-1.29粒度(0.315-1.25mm)≥95出廠形式：鈉型用于：硬水軟化、脫鹽水、純水制備、稀有元素分離、分離和提取氨基酸制糖、制藥可作為催化劑和脫水劑001×7苯乙烯系強酸性陽離子交換樹脂指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%弱酸性酚醛系陽離子交換樹脂

出廠形式：氫型指標(biāo)名稱指標(biāo)交換當(dāng)量mmol/g≥4.0水份%60-80膨脹率%≤55.2濕視密度g/ml1.05-1.15粒度%(0.315-1.25)mm≥95機械強度%≥95主要用于鏈霉素、土霉素、四環(huán)素等抗生素的脫色，氨基酸和糖類的脫色及提純，維生素B12蛋白酶的回收弱酸性酚醛系陽離子交換樹脂出廠形式：氫型指標(biāo)名稱指標(biāo)交換當(dāng)（二）陰離子交換樹脂〈1〉

強堿性（聚苯乙烯系）交換基：季胺季磷〈2〉

弱堿性（聚苯乙烯系）交換基：伯胺-NH2、仲胺-NHR、

叔胺（二）陰離子交換樹脂D201大孔強堿性陰離子出廠形式：氯型.主要性能指標(biāo)：指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%54-62全交換容量(mmol/g干)≥4.0濕視密度(g/ml)0.66-0.73濕真密度(g/ml)1.04-1.08粒度(0.315-1.25mm)≥95主要用于純水及高純水制備、糖液脫色、生化制品，放射性元素的提煉。D201大孔強堿性陰離子出廠形式：氯型.主要性能指標(biāo)：指標(biāo)大孔弱堿性丙烯酸系陰離子

指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%60-65全交換容量(mmol/g干)≥7.0濕視密度(g/ml)0.65-0.75濕真密度(g/ml)1.06-1.10粒度(0.315-1.25mm)≥95出廠形式：鈉型主要用于藥物提取，苦咸水凈化處理，糖液除酸脫色，金屬提取等。

大孔弱堿性丙烯酸系陰離子指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%60-65全交弱堿性環(huán)氧系陰離子樹脂

出廠形式：游離胺型指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%60-70全交換容量(mmol/g干)≥9.0濕視密度(g/ml)0.65-0.80濕真密度(g/ml)1.03-1.12粒度(0.315-1.25mm)≥95主要用于水處理中除去Cl-、SO4-等離子，檸檬酸、鏈霉素、蘋果酸、氨基酸等精制中除去無機酸，提取有機酸和脫色，并可回收銅、銀離子。

弱堿性環(huán)氧系陰離子樹脂出廠形式：游離胺型指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量

1、螯合樹脂

2、兩性離子交換樹脂

3、耐熱性離子交換樹脂

4、氧化還原樹脂特殊的離子交換樹脂

1、螯合樹脂特殊的離子交換樹脂離子交換樹脂的合成（1）強酸型陽離子交換樹脂的制備強酸型陽離子交換樹脂絕大多數(shù)為聚苯乙烯系骨架。懸浮聚合法合成球狀共聚物

“白球”有機溶劑溶脹磺化離子交換樹脂

“黃球”二氯乙烷四氯乙烷甲苯濃硫酸氯磺酸離子交換樹脂的合成（1）強酸型陽離子交換樹脂的制備懸浮聚合法磺化過程可離子交換功能基團磺化過程可離子交換強酸型陽離子交換樹脂的制備實例：

將1gBPO溶于80g苯乙烯與20g二乙烯基苯（純度50％）的混合單體中。攪拌下加入含有5g明膠的500mL去離子水中，分散至所預(yù)計的粒度。從70℃逐步升溫至95℃，反應(yīng)8～10h，得球狀共聚物。過濾、水洗后于100～120℃下烘干。即成“白球”。強酸型陽離子交換樹脂的制備實例：將100g干燥球狀共聚物置于二氯乙烷中溶脹。加入500g濃硫酸（98％），于95～100℃下加熱磺化5～10h。反應(yīng)結(jié)束后，蒸去溶劑，過剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用氫氧化鈉處理，使之轉(zhuǎn)換成Na型樹脂，即得成品。這種樹脂的交換容量約為5mmol/g。H+為可自由活動的離子。由于它們的貯存穩(wěn)定性不好，且有較強的腐蝕性，因此常將它們與NaOH反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為Na型離子交換樹脂。Na型樹脂有較好的貯存穩(wěn)定性。將100g干燥球狀共聚物置于二氯乙烷中溶脹NaOHNaNaNaOHNaNa（2）弱酸型陽離子交換樹脂的制備

弱酸型陽離子交換樹脂大多為聚丙烯酸系骨架，因此可用帶有功能基的單體直接聚合而成。其中，－COOH即為交換基團。（2）弱酸型陽離子交換樹脂的制備其中，－COOH即為交換基團弱酸型陽離子交換樹脂的制備實例：將1gBPO溶于90g丙烯酸甲酯和10g二乙烯基苯的混合物中。攪拌下加入含有0.05％～0.1％聚乙烯醇的500mL去離子水中，分散成所需的粒度。60℃下保溫反應(yīng)5～10h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，過濾、水洗，于100℃下干燥。將經(jīng)干燥的樹脂置于2L濃度為lmol/L的氫氧化鈉乙醇溶液中，加熱回流約10h，然后冷卻過濾，用水和稀鹽酸洗滌，再用水洗滌數(shù)次，最后在100℃下干燥，即得成品。弱酸型陽離子交換樹脂的制備實例：可離子交換功能基團可離子交換（3）強堿型陰離子交換樹脂的制備強堿型陰離子交換樹脂主要以季胺基作為離子交換基團，以聚苯乙烯作骨架。制備方法是：將聚苯乙烯系白球進行氯甲基化，然后利用氯甲基的活潑氯，定量地與各種胺進行胺基化反應(yīng)。氯甲基化胺基化聚苯乙烯系白球（3）強堿型陰離子交換樹脂的制備氯甲基化胺基化聚苯乙烯系白球第一步：氯甲基化第二步：胺基化可離子交換功能基團第一步：氯甲基化第二步：胺基化可離子交換強堿型陰離子交換樹脂制備實例：將1gBPO溶于85g苯乙烯與15g二乙烯基苯的混合單體中，在攪拌下加入含有0.05％～0.1％聚乙烯醇的500mL去離子水中，分散成所需的粒度。在80℃下攪拌反應(yīng)5～10h，得球粒聚合物。過濾洗滌后，于100～125℃下干燥。將所得聚合物在100g二氯乙烷中加熱溶脹，冷卻后加入200g氯甲醚，50g無水ZnCl2，50～55℃下加熱5h。冷卻后投入水中，分解過剩的氯甲醚，然后過濾、水洗，并于100℃下干燥。強堿型陰離子交換樹脂制備實例：取上述氯甲基化樹脂100g，加入500mL20％二甲基乙醇胺水溶液中，在60℃下胺化4h。冷卻后，過濾水洗數(shù)次，用稀鹽酸洗滌一次，再用水洗滌數(shù)次，干燥后即得Ⅱ型強堿型陰離子交換樹脂。若以三甲胺水溶液代替二甲基乙醇胺水溶液進行胺化，則可得Ⅰ型強堿型陰離子交換樹脂。取上述氯甲基化樹脂100g，加入500（4）弱堿型陰離子交換樹脂的制備

用氯球與伯胺、仲胺或叔胺類化合物進行胺化反應(yīng)，可得弱堿離子交換樹脂。但由于制備氯球過程的毒性較大，現(xiàn)在生產(chǎn)中已較少采用這種方法。

利用羧酸類基團與胺類化合物進行酰胺化反應(yīng)，可制得含酰胺基團的弱堿型陰離子交換樹脂。（4）弱堿型陰離子交換樹脂的制備

例如：將交聯(lián)的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶脹，然后在130～150℃下與多乙烯多胺反應(yīng)，形成多胺樹脂。再用甲醛或甲酸進行甲基化反應(yīng)，可獲得性能良好的叔胺樹脂。例如：將交聯(lián)的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或離子交換作用1.離子交換的機理

與液固相反應(yīng)的歷程類似，①溶液內(nèi)離子擴散至樹脂表面，②由表面擴散到樹脂內(nèi)部，③離子交換，④被交換的離子從樹脂內(nèi)部擴散至表面，⑤被交換的離子再擴散至溶液中，控制步驟為內(nèi)擴散。機理：化學(xué)吸附歷程：離子交換作用與液固相反應(yīng)的歷程類似，機理：化學(xué)吸附歷

中和反應(yīng)：離子交換反應(yīng)類型中性鹽分解反應(yīng)：中和反應(yīng)：離子交換反應(yīng)類型中性鹽分解反應(yīng)：復(fù)分解反應(yīng)：離子交換反應(yīng)類型復(fù)分解反應(yīng)：離子交換反應(yīng)類型2．離子交換樹脂評價指標(biāo)：機械強度----好交換容量----適當(dāng)交換速度----快再生速率----快2．離子交換樹脂評價指標(biāo)：（1）

機械強度：應(yīng)有良好的機械強度，以免在裝柱使用過程中，樹脂顆粒破碎，結(jié)構(gòu)破壞。其機械強度是由高分子骨架的化學(xué)結(jié)構(gòu)和交聯(lián)度、骨架空間結(jié)構(gòu)、顆粒粒度和形狀決定的一般說：加大交聯(lián)度、減小粒度，機械強度提高離子交換樹脂的性能（1）機械強度：離子交換樹脂的性能（2）

交換容量：交換容量是表示樹脂交換能力大小的量，常以每克干樹脂能交換的離子毫克當(dāng)量數(shù)表示。用途不同，對交換容量要求也不同。如：用于軟化水的樹脂，交換容量則以高為好；用作催化劑的樹脂，交換容量則不宜過高。一般說：加大交聯(lián)度提高了機械強度，同時降低了交換容量，甚至可失去交換能力。大孔樹脂比小孔樹脂容量大。樹脂組成中，引入較多的官能團，以提高其交換容量。（2）

交換容量：（3）

再生：再生是使用過程中的一個重要步驟，是評價離子交換樹脂的一個重要指標(biāo)。再生容易，再生速率快好。離子交換樹脂的交換過程和再生過程是可逆反應(yīng)（3）

再生：

陰離子交換樹脂：

R-N(CH3)3OH+NaClR-N(CH3)3Cl+NaOH再生：

R-N(CH3)3Cl+NaOHR-N(CH3)3OH+NaCl即:OH－

Cl－再生：

RSO3Na+HClRSO3H+NaCl即:H+Na+

陽離子交換樹脂：

再生：陽離子交換樹脂：離子交換樹脂的應(yīng)用（1）水處理水的軟化

去除Ca2+、Mg2+、Al3+

聚苯乙烯磺酸型陽離子交換樹脂

水的脫鹽去除SO42-、Cl-、NO3-弱堿性陰離子交換樹脂

Ca2+、Mg2+、Na+強酸性陽離子交換樹脂廢水處理

去除重金屬離子、有機酸或堿、某些無機陰離子離子交換樹脂的應(yīng)用（1）水處理水的軟化水的脫鹽廢水處理離子交換設(shè)備離子交換設(shè)備第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件離子交換樹脂的應(yīng)用（2）食品工業(yè)

在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調(diào)味品等食品加工中都有廣泛的應(yīng)用。在酒類生產(chǎn)中，改進水質(zhì)、進行酒的脫色、去渾、去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質(zhì)，提高酒的質(zhì)量。去銅、錳、鐵等離子之后，酒的香味純，透明度好，穩(wěn)定性可靠，是各種酒類生產(chǎn)中不可缺少的一項工藝步驟。離子交換樹脂的應(yīng)用（2）食品工業(yè)在制糖、釀酒、煙離子交換樹脂的應(yīng)用（3）制藥業(yè)在藥物生產(chǎn)中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取等。離子交換樹脂本身可作為藥劑內(nèi)服，具有解毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進食欲、去除腸道放射物質(zhì)等。對于外敷藥劑，用離子交換樹脂粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒護膚用品，用以吸除傷口毒物和作為解毒藥劑。離子交換樹脂的應(yīng)用（3）制藥業(yè)在藥物生產(chǎn)中用于藥劑離子交換樹脂的應(yīng)用（4）海洋資源利用利用離子交換樹脂，可從許多海洋生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經(jīng)濟和方便的。離子交換樹脂的應(yīng)用（4）海洋資源利用利用離子交換樹脂離子交換樹脂工作示意圖離子交換樹脂工作示意圖離子交換樹脂的應(yīng)用（5）催化劑

離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，可以代替無極強酸、強堿作為催化劑使用。如對酯的水解、醇解、酸解等。

優(yōu)點：易于分離（過濾即可）、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)境、副反應(yīng)少、催化反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)率更高、產(chǎn)品純度高、后處理簡單等。離子交換樹脂的應(yīng)用（5）催化劑離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸螯合樹脂螯合樹脂基本特征：是高分子骨架上連接有螯合的功能基，對多種金屬離子有選擇性的螯合作用（形成離子鍵或

配位鍵）。分類：從結(jié)構(gòu)上分類：螯合基團在高分子骨架主鏈上（主鏈型）

螯合基團作為測基連與高分子骨架上（側(cè)鏈型）從原料來分類：

天然的（如纖維素、海藻酸鹽、甲殼素、羊毛、蛋白質(zhì)）

人工合成螯合基團是含有多個配位原子的功能基團，目前常見的配位原子有O、P、S、N、Se等。螯合樹脂基本特征：是高分子骨架上連接有螯合的功能基，對多種螯合樹脂式中，ch為功能基團，對某些金屬離子有特定的絡(luò)合能力，因此能將這些金屬離子與其他金屬離子分離開來。式中，ch為功能基團，對某些金屬離子有特定的絡(luò)合能力典型的螯合樹脂種類（1）胺基羧酸類（EDTA類）在pH=5時，對Cu2+的最高吸附容量為0.62mmol/g，在pH=1.3時，對Hg2+

的最高吸附容量為1.48mmol/g，對特種貴金屬有很好的選擇分離性。典型的螯合樹脂種類（1）胺基羧酸類（EDTA類）在p胺基羧酸類螯合樹脂對Cu2+的螯合作用：胺基羧酸類螯合樹脂對Cu2+的螯合作用：（2）肟

酮肟：酚肟：與金屬鎳（Ni）形成絡(luò)合物（2）肟酮肟：酚肟：與金屬鎳（Ni）形成絡(luò)合物胺肟：胺肟：肟類螯合樹脂與Ni的絡(luò)合反應(yīng)如下式所示：肟類螯合樹脂與Ni的絡(luò)合反應(yīng)如下式所示：（3）聚乙烯基吡啶類

高分子骨架中帶有吡啶基團時，對Cu2+，Ni2+，Zn2+等金屬離子有特殊的絡(luò)合功能。（3）聚乙烯基吡啶類

高分子骨架中帶有吡啶基團時，（4）8－羥基喹啉類對Cr2+，Ni2+，Zn2+等離子的吸附容量可高達2.39～2.99mmol/g。（4）8－羥基喹啉類對Cr2+，Ni2+，Zn2+等高吸水性樹脂高吸水性樹脂高吸水樹脂定義：與水接觸后，能迅速吸水的高分子材料，有的吸水率高達幾十倍，稱為高吸水性樹脂。結(jié)構(gòu)特征：a.分子中具有強親水性基團，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；b.樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)（保壓作用）；c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度（產(chǎn)生滲透壓）；d.聚合物具有較高的分子量

高吸水樹脂定義：與水接觸后，能迅速吸水的高分子材料，有的吸水高吸水樹脂

分類：

天然高分子系列

（包括淀粉類、纖維素類、多糖、蛋白質(zhì)）

合成樹脂系列

（包括聚丙烯酸系樹脂、聚乙烯醇系樹脂、異丁烯-馬來酸酐共聚物）

高吸水樹脂分類：《時代周刊》評出20世紀(jì)最偉大的

100項發(fā)明，其中“尿不濕”榜上有名

為什么“尿不濕”能評為20世紀(jì)最偉大的100項發(fā)明呢?《時代周刊》評出20世紀(jì)最偉大的

100項發(fā)明，其中“尿不濕“神舟”系列上天的航天員都使用了“尿不濕”航天員專用“尿不濕”1克能吸收約1000克水，吸水性遠強于一般嬰兒使用的“尿不濕”“神舟”系列上天的航天員都使用了“尿不濕”航天員專用“尿不一、傳統(tǒng)吸水材料和高分子吸水材料的區(qū)別V.S普通吸水材料高分子吸水材料紙、棉花、海綿、泡沫塑料吸水能力很低，所吸水量最多僅為自身重量的20倍左右，一旦受到外力作用，則很容易脫水，保水性很差。吸水能力可達自身重量的500～2000倍，最高可達5000倍;吸水后溶脹為水凝膠，有優(yōu)良的保水性，即使受壓也不易擠出;吸收了水的樹脂干燥后，吸水能力仍可恢復(fù)。一、傳統(tǒng)吸水材料和高分子吸水材料的區(qū)別V.S普通吸水材料高分二、吸水原理吸水實質(zhì)化學(xué)吸附物理吸附棉花、紙張、海綿等。毛細管的吸附原理。有壓力時水會流出。通過化學(xué)鍵的方式把水和親水性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個整體。加壓也不能把水放出。二、吸水原理吸水實質(zhì)化學(xué)吸附物理吸附棉花、紙張、纖維素的結(jié)構(gòu)簡式每個鏈節(jié)上都有—OH，它是一種親水基1.傳統(tǒng)吸水材料的吸水原理纖維素的結(jié)構(gòu)簡式每個鏈節(jié)上都有—OH，它是一種親水基1.H2O階段2吸水樹脂的離子型網(wǎng)絡(luò)2.高分子吸水材料的吸水原理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓,水份進一步滲入.階段1

較慢。通過毛細管吸附和分散作用吸水。水分子通過氫鍵與樹脂的親水基團作用,親水基團離解,

離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴張。

交聯(lián)點（內(nèi)）（外）H2O階段2吸水樹脂的離子型網(wǎng)絡(luò)2.高分子吸水材料的吸水原理

隨著吸水量的增大,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零;而網(wǎng)絡(luò)擴張的同時,其彈性收縮力也在增加,逐漸抵消陰離子的靜電排斥,最終達到吸水平衡。階段3吸水劑微球吸水過程的體積變化示意圖

隨著吸水量的增大,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零;而高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。吸水前吸水后高分子交劑的目的是什么？高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)，使其

高吸水性加壓保水性吸氨性增稠性三、高吸水性樹脂的基本特性三、高吸水性樹脂的基本特性1高吸水性

作為高吸水性樹脂，高的吸水能力是其最重要的特征之一。從目前已經(jīng)研制成功的高吸水性樹脂來看，吸水率均在自身重量的500～12000倍左右，最高可達4000倍以上，是紙和棉花等材料吸水能力的100倍左右。1高吸水性

考察和表征高吸水性樹脂吸水性的指標(biāo)通常有兩個：吸水率吸水速度考察和表征高吸水性樹脂吸水性的指標(biāo)通常有兩個：吸水率吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。物理意義為每克樹脂吸收的水的重量。單位為g水/g樹脂。影響樹脂吸水率有很多因素，除了產(chǎn)品本身的化學(xué)組成之外，還與產(chǎn)品的交聯(lián)度、水解度和被吸液體的性質(zhì)等有關(guān)。吸水率吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。物理意義為每克樹脂

在樹脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定之后。高吸水性樹脂的吸水速度主要受其形所影響。一般來說，樹脂的表面積越大，吸水速度也越快。所以，薄膜狀樹脂的吸水速度通常較快，而與水接觸后易聚集成團的粉末狀樹脂的吸水速度相對較慢。吸水速率在樹脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定之后。高吸水性樹脂的吸紙張、棉花和海綿等材料：物理吸水作用高吸水性樹脂的吸水能力：由化學(xué)作用和物理作用共同貢獻的。即利用分子中大量的羧基、羥基和酰氧基團與水分子之間的強烈范得華力吸收水分子，并由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠彈性作用將水分子牢固地束縛在網(wǎng)格中。一旦吸足水后，即形成溶脹的凝膠體。這種凝膠體的保水能力很強，即使在加壓下也不易擠出來。2加壓保水性紙張、棉花和海綿等材料：物理吸水作用2加壓保水性

高吸水性樹脂一般為含羧酸基的陰離子高分子，為提高吸水能力，必須進行皂化，使大部分羧酸基團轉(zhuǎn)變?yōu)轸人猁}基團。但通常樹脂的水解度僅70％左右，另有30％左右的羧酸基團保留下來，使樹脂呈現(xiàn)一定的弱酸性。這種弱酸性使得它們對氨那樣的堿性物質(zhì)有強烈的吸收作用—除臭、除異味。3

吸氨性高吸水性樹脂一般為含羧酸基的陰離子高3吸氨尿液含有尿素酶。在尿素酶的作用下，尿液中的尿素逐漸分解成氨。高吸水性樹脂可以吸收氨，使尿液呈中性，同時還有抑制尿素酶的分解作用的功能，從而防止了異味的產(chǎn)生。高吸水性樹脂的這種吸氨性，特別有利于尿布、衛(wèi)生用品和公共廁所等場合的除臭尿液含有尿素酶。在尿素酶的作用下，尿液中的尿素逐漸分解成氨。日常生活：吸水性抹布、插花材料、尿不濕、餐巾、手帕、繃帶、脫脂棉等農(nóng)用保水劑、土壤改良劑用作醫(yī)療衛(wèi)生材料：外用藥膏的基材、緩釋性藥劑、抗血栓材料工業(yè)吸水劑：堵水劑、脫水劑食品工業(yè)包裝材料、保鮮材料、脫水劑、食品增量劑等三、高吸水樹脂的用途日常生活：吸水性抹布、插花材料、尿不濕、餐巾、手帕、繃帶、脫醫(yī)用吸水膠布嬰幼兒用品醫(yī)用吸水膠布嬰幼兒用品如無土栽培、改良土壤、改造沙漠等。保水劑是一種吸水能力特強的功能高分子材料。無毒無害，反復(fù)吸水、釋水——“微型水庫”。同時，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑等。如無土栽培、改良土壤、改造沙漠等。保水劑是一種吸水能力特兩性離子交換樹脂

兩性離子交換樹脂耐熱性離子交換樹脂

普通離子交換樹脂的缺點是耐熱性差，強酸性樹脂，強堿性樹脂的使用溫度分別要限制在120℃、60℃以下，若超此溫度使用則會發(fā)生下列分解。如何分解？耐熱性離子交換樹脂為了改進離子交換樹脂的耐熱性，人們合成下述結(jié)構(gòu)的樹脂

為了改進離子交換樹脂的耐熱性，人們合成下述結(jié)構(gòu)的樹脂思考題：1.什么是離子交換樹脂？2.舉例說明離子交換樹脂的類型。3.說明離子交換樹脂的離子交換機理。4.評價離子交換樹脂的性能指標(biāo)有哪些？5.說明高吸水樹脂的吸水原理。思考題：1.什么是離子交換樹脂？離子交換樹脂催化劑的發(fā)展（1）大孔型樹脂催化劑：早期合成的交換樹脂是一般凝膠型的交聯(lián)共聚物，它基本上沒有內(nèi)表面，其孔結(jié)構(gòu)只是交聯(lián)高分子主鏈之間的距離，這個距離很小，作有機反應(yīng)的催化劑效果極差。第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件六十年代初（或五十年代末）用新的聚合工藝合成出類似普通固體吸附劑的多孔離子交換樹脂，是微球狀固體，內(nèi)表面很大，在干燥狀態(tài)下的孔徑約在20～300?，大孔型樹脂具有特定的孔結(jié)構(gòu)，用它作為催化劑比微孔樹脂具有更高的活性、選擇性和致密性，尤其是可用于沸水的反應(yīng)介質(zhì)中；大分子反應(yīng)中；某些氧化性介質(zhì)中；強烈流動態(tài)的流體中。

六十年代初（或五十年代末）用新的聚合工藝合成出類似普通固體吸

國外應(yīng)用最廣的有代表性的有Ambeilyst-15為大孔磺酸型陽離子樹脂孔徑：60～200?比表面：50m2/克機械強度,物理和化學(xué)穩(wěn)定性都很好已用于大型工業(yè)裝置上。我國南開大學(xué)生產(chǎn)D001大孔型樹脂，用于工業(yè)催化CH3COOCH3的水解。國外應(yīng)用最廣的有代表性的有Ambeilyst-15為大孔磺（2）提高耐熱性—全氟磺酸樹脂催化劑六十年代末，美國杜邦公司生產(chǎn)出帶磺酸基的全氟碳聚合物，商品名為Nafion-H，由于樹脂全氟化（類似聚四氟乙烯）其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性比普通碳鏈結(jié)構(gòu)樹脂高許多，可長期在200℃以上使用，能耐強酸、強堿和氧化介質(zhì)的腐蝕.因為F電負性大，產(chǎn)生強烈的誘導(dǎo)效應(yīng)，SO3H的酸度增大很多，但價格昂貴，應(yīng)用受限，多用于精細化工。（2）提高耐熱性—全氟磺酸樹脂催化劑（3）改性樹脂催化劑：如：將磺酸型陽離子樹脂（如Ambetlyst-15）與強lewis酸相結(jié)合制成超強酸化的樹脂催化劑，使活性大大提高；如：把磺酸型樹脂進行巰基化反應(yīng)，使部分－SO3H轉(zhuǎn)化為－SH基，可制得活性和選擇性更好的合成雙酚－A的Cat，法國都已工業(yè)化生產(chǎn)。（3）改性樹脂催化劑：（4）金屬/樹脂型Cat以樹脂的交換基與金屬離子進行離子交換，使活性金屬在催化劑表面達到高分散狀態(tài)，由此可制成各種性能優(yōu)異的氫化、氧化和多功能的金屬/樹脂型催化劑，應(yīng)用前景很好。（4）金屬/樹脂型Cat大孔樹脂吸附技術(shù)在中藥提取中的應(yīng)用1、大孔樹脂吸附技術(shù)的基本原理：中藥提取液——通過大孔樹脂——吸附上有效成分的樹脂——洗脫——洗脫液——回收溶液——藥液——干燥——半成品。

2、大孔樹脂吸附技術(shù)在中藥應(yīng)用中的優(yōu)越性：（1）能縮小劑量，提高中藥內(nèi)在質(zhì)量和制劑水平。（2）減少產(chǎn)品的吸潮性。（3）大孔樹脂吸附技術(shù)能縮短生產(chǎn)周期，所需設(shè)備簡單。大孔樹脂吸附分離工藝所得提取物體積小、不吸潮，容易制成外型美觀的各種劑型，尤其適應(yīng)于顆粒劑、膠襄劑和片劑，使中藥的粗、大、黑制劑升級為現(xiàn)代制劑。

大孔樹脂吸附技術(shù)在中藥提取中的應(yīng)用1、大孔樹脂吸附技術(shù)的基本離子交換樹脂使用說明1.樹脂保存方法

不能露天存放，存放處的溫度為0-40℃，當(dāng)存放處溫度稍低于0℃時，應(yīng)向包裝袋內(nèi)加入澄清的飽和食鹽水、浸泡樹脂。

2.樹脂預(yù)處理先用熱水（清潔的自來水即可）反復(fù)清洗，陽離子交換樹脂可用70-80℃的熱水，陰離子交換樹脂的耐熱性能較差一些，可用50-60℃熱水。開始浸洗時，每隔約15分鐘換水一次，浸洗時要不時攪動，換水4-5次后，可隔約30分鐘換水一次，，總共換水7-8次，浸洗至浸洗水不帶褐色，泡沫很少時為止。離子交換樹脂使用說明1.樹脂保存方法水洗后，再經(jīng)酸堿處理，陽離子交換樹脂可按下述步驟處理：用1N鹽酸緩慢流過樹脂，用量約為強酸陽樹脂體積的2-3倍，每小時1.5倍床層體積流過。用水沖洗，出水PH為5左右，用3倍樹脂體積5%的NaCl溶液流過樹脂，流速與1相同。用1NNaOH流過樹脂，用量及流速與1相同。用水沖洗至出水PH為9左右。用1N鹽酸或硫酸，將樹脂轉(zhuǎn)成H型，用量為樹脂體積的3-5倍，流速與1相同。酸流完后，用去離子水沖洗至出水PH值為6以上時，即可投入使用。對于陰離子交換樹脂水洗后的酸、堿處理次序，可采用堿→酸→堿次序，酸、堿用量及流速，強堿樹脂與強酸樹脂相對應(yīng)，弱堿樹脂與弱酸樹脂相對應(yīng)。水洗后，再經(jīng)酸堿處理，陽離子交換樹脂可按下述步驟處理：使用時參考標(biāo)準(zhǔn)：1.PH范圍：1-14

2.最高使用溫度：氫型≤100°C；鈉型≤120°C

3.型變膨脹率%：(H+-Na+)8-10

4.再生液濃度：NaCl：3-10%；HCl：4-5%；

5.再生液用量：NaCl：(8-10%)；體積：樹脂體積=1.5-2:1

HC1(4-5%)體積：樹脂體積=2-3：

6.再生液流速：5-8m/h

7.再生接觸時間：30-60min

8.正洗流速：10-20m/h

9.正洗時間：約30min

10.運行流速：10-40m/h苯乙烯體系強酸性陽離子交換樹脂使用時參考標(biāo)準(zhǔn)：苯乙烯體系強酸性陽離子交換樹脂此課件下載可自行編輯修改，僅供參考！

感謝您的支持，我們努力做得更好！謝謝此課件下載可自行編輯修改，僅供參考！

感謝您的支持，我們努力第二章離子交換樹脂第二章離子交換樹脂定義和分類

離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團的三維網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物

交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子骨架（不溶不熔）

可離子化功能基團

特點：高機械強度、高交換容量、足夠親水性、足夠大的孔徑、高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和滲透穩(wěn)定性、合適的粒度分布定義和分類2．交聯(lián)度：以7~10%為宜4．交換容量

單位質(zhì)量或單位體積的離子交換樹脂所帶功能基團中可交換的離子數(shù)量，以mmol/g(干樹脂)，或mmol/ml(濕樹脂)為單位。離子交換樹脂的基本性能1．外觀粒徑0.3～1.2mm乳白、淡黃、棕褐色等不透明或半透明球狀顆粒3．含水率

樹脂的含水率以每克樹脂（在水中充分膨脹）所含水分的百分比樹脂的含水率相應(yīng)地反映了樹脂網(wǎng)架中的孔隙率2．交聯(lián)度：以7~10%為宜4．交換容量離子交換樹脂的基本性球形珠狀顆粒，顆粒直徑0.3-1.2mm。第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的示意圖固定陰離子交換基SO3-水合水交換離子Na+二乙烯苯交聯(lián)橋聚苯乙烯鏈離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的示意圖固定陰離子交換基SO3-水合第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件離子交換樹脂由三部分組成：三維空間結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架骨架上連接的固定離子

反應(yīng)離子（可交換離子）功能基團離子交換樹脂由三部分組成：功能基團網(wǎng)絡(luò)骨架功能基團固定離子可交換離子強酸型陽離子交換樹脂功能基團是—SO3-H+，它可解離出H+，而H+可與周圍的外來離子互相交換。功能基團是固定在網(wǎng)絡(luò)骨架上的，不能自由移動。由它解離出的離子卻能自由移動，并與周圍的其他離子互相交換。這種能自由移動的離子稱為可交換離子。工作再生網(wǎng)絡(luò)骨架功能基團固定離子可交換離子強酸型陽離子交換弱堿：R—NH2強堿：強堿Ⅰ、Ⅱ型凝膠型樹脂大孔型樹脂載體型樹脂高分子骨架陽離子陰離子兩性可交換離子強酸性：R—SO3H中強酸性:R—PO(OH)2弱堿性：R—COOH弱堿-弱堿強堿-弱酸低交聯(lián)度標(biāo)準(zhǔn)交聯(lián)度高交聯(lián)度（按其物理結(jié)構(gòu)的不同）離子交換樹脂的分類其它類型氧化還原樹脂（能進行氧化還原反應(yīng)）螯合樹脂（含有螯合基團，去除金屬離子）蛇籠樹脂弱堿：R—NH2凝膠型樹脂高分子骨架陽離子可交換離子強酸性（1）按樹脂的孔結(jié)構(gòu)分類

離子交換樹脂分為凝膠型、大孔型和載體型三類。不同孔結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型（1）按樹脂的孔結(jié)構(gòu)分類不同孔結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型（一）凝膠型離子交換樹脂

外觀透明、均相、樹脂表面光滑，球粒內(nèi)部沒有大的毛細孔。在水中會溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈的間隙孔，無機小分子可自由通過；在無水狀態(tài)下，凝膠型離子交換樹脂的分子鏈緊縮，體積縮小，無機小分子無法通過。所以，這類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能。

優(yōu)點：體積交換容量大、生成工藝簡單、成本低；

缺點：耐滲透強度差、抗有機污染性差（一）凝膠型離子交換樹脂（二）大孔型離子交換樹脂外觀不透明，表面粗糙，為非均相凝膠結(jié)構(gòu)。

特點：是在樹脂內(nèi)部存在大量的毛細孔。無論樹脂處于干態(tài)或濕態(tài)、收縮或溶脹時，這種毛細孔都不會消失，因此可在非水體系中起離子交換和吸附作用。其孔徑一般為幾納米至幾百納米，比表面積可達每克樹脂幾百平方米，因此其吸附功能十分顯著。

優(yōu)點：耐滲透強度高、抗有機污染性好，可交換分子量大的離子

缺點：體積交換容量小、生成工藝復(fù)雜、再生費用高（二）大孔型離子交換樹脂（三）載體型離子交換樹脂特殊用途樹脂，主要用作液相色譜的固定相一般是將離子交換樹脂包覆在硅膠或玻璃珠等表面上制成。它可經(jīng)受液相色譜中流動介質(zhì)的高壓，又具有離子交換功能。（三）載體型離子交換樹脂（2）按可交換離子的種類

離子交換樹脂分為陽離子型和陰離子型。（一）陽離子交換樹脂〈1〉強酸性（聚苯乙烯系）交換基：磺酸-SO3H〈2〉中酸性（聚苯乙烯系）交換基：-P=O(OH)2〈3〉弱酸性（甲基丙烯酸系）交換基：羧基-COOH或酚基-OH能解離出陽離子、并能與外來陽離子進行交換的樹脂稱作陽離子交換樹脂（2）按可交換離子的種類（一）陽離子交換樹脂能解離出陽離子、

001×7苯乙烯系強酸性陽離子交換樹脂指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%45-53全交換容量(mmol/g干)≥4.5濕視密度(g/ml)0.77-0.87濕真密度(g/ml)1.25-1.29粒度(0.315-1.25mm)≥95出廠形式：鈉型用于：硬水軟化、脫鹽水、純水制備、稀有元素分離、分離和提取氨基酸制糖、制藥可作為催化劑和脫水劑001×7苯乙烯系強酸性陽離子交換樹脂指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%弱酸性酚醛系陽離子交換樹脂

出廠形式：氫型指標(biāo)名稱指標(biāo)交換當(dāng)量mmol/g≥4.0水份%60-80膨脹率%≤55.2濕視密度g/ml1.05-1.15粒度%(0.315-1.25)mm≥95機械強度%≥95主要用于鏈霉素、土霉素、四環(huán)素等抗生素的脫色，氨基酸和糖類的脫色及提純，維生素B12蛋白酶的回收弱酸性酚醛系陽離子交換樹脂出廠形式：氫型指標(biāo)名稱指標(biāo)交換當(dāng)（二）陰離子交換樹脂〈1〉

強堿性（聚苯乙烯系）交換基：季胺季磷〈2〉

弱堿性（聚苯乙烯系）交換基：伯胺-NH2、仲胺-NHR、

叔胺（二）陰離子交換樹脂D201大孔強堿性陰離子出廠形式：氯型.主要性能指標(biāo)：指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%54-62全交換容量(mmol/g干)≥4.0濕視密度(g/ml)0.66-0.73濕真密度(g/ml)1.04-1.08粒度(0.315-1.25mm)≥95主要用于純水及高純水制備、糖液脫色、生化制品，放射性元素的提煉。D201大孔強堿性陰離子出廠形式：氯型.主要性能指標(biāo)：指標(biāo)大孔弱堿性丙烯酸系陰離子

指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%60-65全交換容量(mmol/g干)≥7.0濕視密度(g/ml)0.65-0.75濕真密度(g/ml)1.06-1.10粒度(0.315-1.25mm)≥95出廠形式：鈉型主要用于藥物提取，苦咸水凈化處理，糖液除酸脫色，金屬提取等。

大孔弱堿性丙烯酸系陰離子指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%60-65全交弱堿性環(huán)氧系陰離子樹脂

出廠形式：游離胺型指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量%60-70全交換容量(mmol/g干)≥9.0濕視密度(g/ml)0.65-0.80濕真密度(g/ml)1.03-1.12粒度(0.315-1.25mm)≥95主要用于水處理中除去Cl-、SO4-等離子，檸檬酸、鏈霉素、蘋果酸、氨基酸等精制中除去無機酸，提取有機酸和脫色，并可回收銅、銀離子。

弱堿性環(huán)氧系陰離子樹脂出廠形式：游離胺型指標(biāo)名稱指標(biāo)含水量

1、螯合樹脂

2、兩性離子交換樹脂

3、耐熱性離子交換樹脂

4、氧化還原樹脂特殊的離子交換樹脂

1、螯合樹脂特殊的離子交換樹脂離子交換樹脂的合成（1）強酸型陽離子交換樹脂的制備強酸型陽離子交換樹脂絕大多數(shù)為聚苯乙烯系骨架。懸浮聚合法合成球狀共聚物

“白球”有機溶劑溶脹磺化離子交換樹脂

“黃球”二氯乙烷四氯乙烷甲苯濃硫酸氯磺酸離子交換樹脂的合成（1）強酸型陽離子交換樹脂的制備懸浮聚合法磺化過程可離子交換功能基團磺化過程可離子交換強酸型陽離子交換樹脂的制備實例：

將1gBPO溶于80g苯乙烯與20g二乙烯基苯（純度50％）的混合單體中。攪拌下加入含有5g明膠的500mL去離子水中，分散至所預(yù)計的粒度。從70℃逐步升溫至95℃，反應(yīng)8～10h，得球狀共聚物。過濾、水洗后于100～120℃下烘干。即成“白球”。強酸型陽離子交換樹脂的制備實例：將100g干燥球狀共聚物置于二氯乙烷中溶脹。加入500g濃硫酸（98％），于95～100℃下加熱磺化5～10h。反應(yīng)結(jié)束后，蒸去溶劑，過剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用氫氧化鈉處理，使之轉(zhuǎn)換成Na型樹脂，即得成品。這種樹脂的交換容量約為5mmol/g。H+為可自由活動的離子。由于它們的貯存穩(wěn)定性不好，且有較強的腐蝕性，因此常將它們與NaOH反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為Na型離子交換樹脂。Na型樹脂有較好的貯存穩(wěn)定性。將100g干燥球狀共聚物置于二氯乙烷中溶脹NaOHNaNaNaOHNaNa（2）弱酸型陽離子交換樹脂的制備

弱酸型陽離子交換樹脂大多為聚丙烯酸系骨架，因此可用帶有功能基的單體直接聚合而成。其中，－COOH即為交換基團。（2）弱酸型陽離子交換樹脂的制備其中，－COOH即為交換基團弱酸型陽離子交換樹脂的制備實例：將1gBPO溶于90g丙烯酸甲酯和10g二乙烯基苯的混合物中。攪拌下加入含有0.05％～0.1％聚乙烯醇的500mL去離子水中，分散成所需的粒度。60℃下保溫反應(yīng)5～10h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，過濾、水洗，于100℃下干燥。將經(jīng)干燥的樹脂置于2L濃度為lmol/L的氫氧化鈉乙醇溶液中，加熱回流約10h，然后冷卻過濾，用水和稀鹽酸洗滌，再用水洗滌數(shù)次，最后在100℃下干燥，即得成品。弱酸型陽離子交換樹脂的制備實例：可離子交換功能基團可離子交換（3）強堿型陰離子交換樹脂的制備強堿型陰離子交換樹脂主要以季胺基作為離子交換基團，以聚苯乙烯作骨架。制備方法是：將聚苯乙烯系白球進行氯甲基化，然后利用氯甲基的活潑氯，定量地與各種胺進行胺基化反應(yīng)。氯甲基化胺基化聚苯乙烯系白球（3）強堿型陰離子交換樹脂的制備氯甲基化胺基化聚苯乙烯系白球第一步：氯甲基化第二步：胺基化可離子交換功能基團第一步：氯甲基化第二步：胺基化可離子交換強堿型陰離子交換樹脂制備實例：將1gBPO溶于85g苯乙烯與15g二乙烯基苯的混合單體中，在攪拌下加入含有0.05％～0.1％聚乙烯醇的500mL去離子水中，分散成所需的粒度。在80℃下攪拌反應(yīng)5～10h，得球粒聚合物。過濾洗滌后，于100～125℃下干燥。將所得聚合物在100g二氯乙烷中加熱溶脹，冷卻后加入200g氯甲醚，50g無水ZnCl2，50～55℃下加熱5h。冷卻后投入水中，分解過剩的氯甲醚，然后過濾、水洗，并于100℃下干燥。強堿型陰離子交換樹脂制備實例：取上述氯甲基化樹脂100g，加入500mL20％二甲基乙醇胺水溶液中，在60℃下胺化4h。冷卻后，過濾水洗數(shù)次，用稀鹽酸洗滌一次，再用水洗滌數(shù)次，干燥后即得Ⅱ型強堿型陰離子交換樹脂。若以三甲胺水溶液代替二甲基乙醇胺水溶液進行胺化，則可得Ⅰ型強堿型陰離子交換樹脂。取上述氯甲基化樹脂100g，加入500（4）弱堿型陰離子交換樹脂的制備

用氯球與伯胺、仲胺或叔胺類化合物進行胺化反應(yīng)，可得弱堿離子交換樹脂。但由于制備氯球過程的毒性較大，現(xiàn)在生產(chǎn)中已較少采用這種方法。

利用羧酸類基團與胺類化合物進行酰胺化反應(yīng)，可制得含酰胺基團的弱堿型陰離子交換樹脂。（4）弱堿型陰離子交換樹脂的制備

例如：將交聯(lián)的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶脹，然后在130～150℃下與多乙烯多胺反應(yīng)，形成多胺樹脂。再用甲醛或甲酸進行甲基化反應(yīng)，可獲得性能良好的叔胺樹脂。例如：將交聯(lián)的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或離子交換作用1.離子交換的機理

與液固相反應(yīng)的歷程類似，①溶液內(nèi)離子擴散至樹脂表面，②由表面擴散到樹脂內(nèi)部，③離子交換，④被交換的離子從樹脂內(nèi)部擴散至表面，⑤被交換的離子再擴散至溶液中，控制步驟為內(nèi)擴散。機理：化學(xué)吸附歷程：離子交換作用與液固相反應(yīng)的歷程類似，機理：化學(xué)吸附歷

中和反應(yīng)：離子交換反應(yīng)類型中性鹽分解反應(yīng)：中和反應(yīng)：離子交換反應(yīng)類型中性鹽分解反應(yīng)：復(fù)分解反應(yīng)：離子交換反應(yīng)類型復(fù)分解反應(yīng)：離子交換反應(yīng)類型2．離子交換樹脂評價指標(biāo)：機械強度----好交換容量----適當(dāng)交換速度----快再生速率----快2．離子交換樹脂評價指標(biāo)：（1）

機械強度：應(yīng)有良好的機械強度，以免在裝柱使用過程中，樹脂顆粒破碎，結(jié)構(gòu)破壞。其機械強度是由高分子骨架的化學(xué)結(jié)構(gòu)和交聯(lián)度、骨架空間結(jié)構(gòu)、顆粒粒度和形狀決定的一般說：加大交聯(lián)度、減小粒度，機械強度提高離子交換樹脂的性能（1）機械強度：離子交換樹脂的性能（2）

交換容量：交換容量是表示樹脂交換能力大小的量，常以每克干樹脂能交換的離子毫克當(dāng)量數(shù)表示。用途不同，對交換容量要求也不同。如：用于軟化水的樹脂，交換容量則以高為好；用作催化劑的樹脂，交換容量則不宜過高。一般說：加大交聯(lián)度提高了機械強度，同時降低了交換容量，甚至可失去交換能力。大孔樹脂比小孔樹脂容量大。樹脂組成中，引入較多的官能團，以提高其交換容量。（2）

交換容量：（3）

再生：再生是使用過程中的一個重要步驟，是評價離子交換樹脂的一個重要指標(biāo)。再生容易，再生速率快好。離子交換樹脂的交換過程和再生過程是可逆反應(yīng)（3）

再生：

陰離子交換樹脂：

R-N(CH3)3OH+NaClR-N(CH3)3Cl+NaOH再生：

R-N(CH3)3Cl+NaOHR-N(CH3)3OH+NaCl即:OH－

Cl－再生：

RSO3Na+HClRSO3H+NaCl即:H+Na+

陽離子交換樹脂：

再生：陽離子交換樹脂：離子交換樹脂的應(yīng)用（1）水處理水的軟化

去除Ca2+、Mg2+、Al3+

聚苯乙烯磺酸型陽離子交換樹脂

水的脫鹽去除SO42-、Cl-、NO3-弱堿性陰離子交換樹脂

Ca2+、Mg2+、Na+強酸性陽離子交換樹脂廢水處理

去除重金屬離子、有機酸或堿、某些無機陰離子離子交換樹脂的應(yīng)用（1）水處理水的軟化水的脫鹽廢水處理離子交換設(shè)備離子交換設(shè)備第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件第二章離子交換樹脂學(xué)習(xí)資料課件離子交換樹脂的應(yīng)用（2）食品工業(yè)

在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調(diào)味品等食品加工中都有廣泛的應(yīng)用。在酒類生產(chǎn)中，改進水質(zhì)、進行酒的脫色、去渾、去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質(zhì)，提高酒的質(zhì)量。去銅、錳、鐵等離子之后，酒的香味純，透明度好，穩(wěn)定性可靠，是各種酒類生產(chǎn)中不可缺少的一項工藝步驟。離子交換樹脂的應(yīng)用（2）食品工業(yè)在制糖、釀酒、煙離子交換樹脂的應(yīng)用（3）制藥業(yè)在藥物生產(chǎn)中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取等。離子交換樹脂本身可作為藥劑內(nèi)服，具有解毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進食欲、去除腸道放射物質(zhì)等。對于外敷藥劑，用離子交換樹脂粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒護膚用品，用以吸除傷口毒物和作為解毒藥劑。離子交換樹脂的應(yīng)用（3）制藥業(yè)在藥物生產(chǎn)中用于藥劑離子交換樹脂的應(yīng)用（4）海洋資源利用利用離子交換樹脂，可從許多海洋生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經(jīng)濟和方便的。離子交換樹脂的應(yīng)用（4）海洋資源利用利用離子交換樹脂離子交換樹脂工作示意圖離子交換樹脂工作示意圖離子交換樹脂的應(yīng)用（5）催化劑

離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，可以代替無極強酸、強堿作為催化劑使用。如對酯的水解、醇解、酸解等。

優(yōu)點：易于分離（過濾即可）、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)境、副反應(yīng)少、催化反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)率更高、產(chǎn)品純度高、后處理簡單等。離子交換樹脂的應(yīng)用（5）催化劑離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸螯合樹脂螯合樹脂基本特征：是高分子骨架上連接有螯合的功能基，對多種金屬離子有選擇性的螯合作用（形成離子鍵或

配位鍵）。分類：從結(jié)構(gòu)上分類：螯合基團在高分子骨架主鏈上（主鏈型）

螯合基團作為測基連與高分子骨架上（側(cè)鏈型）從原料來分類：

天然的（如纖維素、海藻酸鹽、甲殼素、羊毛、蛋白質(zhì)）

人工合成螯合基團是含有多個配位原子的功能基團，目前常見的配位原子有O、P、S、N、Se等。螯合樹脂基本特征：是高分子骨架上連接有螯合的功能基，對多種螯合樹脂式中，ch為功能基團，對某些金屬離子有特定的絡(luò)合能力，因此能將這些金屬離子與其他金屬離子分離開來。式中，ch為功能基團，對某些金屬離子有特定的絡(luò)合能力典型的螯合樹脂種類（1）胺基羧酸類（EDTA類）在pH=5時，對Cu2+的最高吸附容量為0.62mmol/g，在pH=1.3時，對Hg2+

的最高吸附容量為1.48mmol/g，對特種貴金屬有很好的選擇分離性。典型的螯合樹脂種類（1）胺基羧酸類（EDTA類）在p胺基羧酸類螯合樹脂對Cu2+的螯合作用：胺基羧酸類螯合樹脂對Cu2+的螯合作用：（2）肟

酮肟：酚肟：與金屬鎳（Ni）形成絡(luò)合物（2）肟酮肟：酚肟：與金屬鎳（Ni）形成絡(luò)合物胺肟：胺肟：肟類螯合樹脂與Ni的絡(luò)合反應(yīng)如下式所示：肟類螯合樹脂與Ni的絡(luò)合反應(yīng)如下式所示：（3）聚乙烯基吡啶類

高分子骨架中帶有吡啶基團時，對Cu2+，Ni2+，Zn2+等金屬離子有特殊的絡(luò)合功能。（3）聚乙烯基吡啶類

高分子骨架中帶有吡啶基團時，（4）8－羥基喹啉類對Cr2+，Ni2+，Zn2+等離子的吸附容量可高達2.39～2.99mmol/g。（4）8－羥基喹啉類對Cr2+，Ni2+，Zn2+等高吸水性樹脂高吸水性樹脂高吸水樹脂定義：與水接觸后，能迅速吸水的高分子材料，有的吸水率高達幾十倍，稱為高吸水性樹脂。結(jié)構(gòu)特征：a.分子中具有強親水性基團，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；b.樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)（保壓作用）；c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度（產(chǎn)生滲透壓）；d.聚合物具有較高的分子量

高吸水樹脂定義：與水接觸后，能迅速吸水的高分子材料，有的吸水高吸水樹脂

分類：

天然高分子系列

（包括淀粉類、纖維素類、多糖、蛋白質(zhì)）

合成樹脂系列

（包括聚丙烯酸系樹脂、聚乙烯醇系樹脂、異丁烯-馬來酸酐共聚物）

高吸水樹脂分類：《時代周刊》評出20世紀(jì)最偉大的

100項發(fā)明，其中“尿不濕”榜上有名

為什么“尿不濕”能評為20世紀(jì)最偉大的100項發(fā)明呢?《時代周刊》評出20世紀(jì)最偉大的

100項發(fā)明，其中“尿不濕“神舟”系列上天的航天員都使用了“尿不濕”航天員專用“尿不濕”1克能吸收約1000克水，吸水性遠強于一般嬰兒使用的“尿不濕”“神舟”系列上天的航天員都使用了“尿不濕”航天員專用“尿不一、傳統(tǒng)吸水材料和高分子吸水材料的區(qū)別V.S普通吸水材料高分子吸水材料紙、棉花、海綿、泡沫塑料吸水能力很低，所吸水量最多僅為自身重量的20倍左右，一旦受到外力作用，則很容易脫水，保水性很差。吸水能力可達自身重量的500～2000倍，最高可達5000倍;吸水后溶脹為水凝膠，有優(yōu)良的保水性，即使受壓也不易擠出;吸收了水的樹脂干燥后，吸水能力仍可恢復(fù)。一、傳統(tǒng)吸水材料和高分子吸水材料的區(qū)別V.S普通吸水材料高分二、吸水原理吸水實質(zhì)化學(xué)吸附物理吸附棉花、紙張、海綿等。毛細管的吸附原理。有壓力時水會流出。通過化學(xué)鍵的方式把水和親水性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個整體。加壓也不能把水放出。二、吸水原理吸水實質(zhì)化學(xué)吸附物理吸附棉花、紙張、纖維素的結(jié)構(gòu)簡式每個鏈節(jié)上都有—OH，它是一種親水基1.傳統(tǒng)吸水材料的吸水原理纖維素的結(jié)構(gòu)簡式每個鏈節(jié)上都有—OH，它是一種親水基1.H2O階段2吸水樹脂的離子型網(wǎng)絡(luò)2.高分子吸水材料的吸水原理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓,水份進一步滲入.階段1

較慢。通過毛細管吸附和分散作用吸水。水分子通過氫鍵與樹脂的親水基團作用,親水基團離解,

離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴張。

交聯(lián)點（內(nèi)）（外）H2O階段2吸水樹脂的離子型網(wǎng)絡(luò)2.高分子吸水材料的吸水原理

隨著吸水量的增大,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零;而網(wǎng)絡(luò)擴張的同時,其彈性收縮力也在增加,逐漸抵消陰離子的靜電排斥,最終達到吸水平衡。階段3吸水劑微球吸水過程的體積變化示意圖

隨著吸水量的增大,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零;而高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。吸水前吸水后高分子交劑的目的是什么？高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)，使其

高吸水性加壓保水性吸氨性增稠性三、高吸水性樹脂的基本特性三、高吸水性樹脂的基本特性1高吸水性

作為高吸水性樹脂，高的吸水能力是其最重要的特征之一。從目前已經(jīng)研制成功的高吸水性樹脂來看，吸水率均在自身重量的500～12000倍左右，最高可達4000倍以上，是紙和棉花等材料吸水能力的100倍左右。1高吸水性

考察和表征高吸水性樹脂吸水性的指標(biāo)通常有兩個：吸水率吸水速度考察和表征高吸水性樹脂吸水性的指標(biāo)通常有兩個：吸水率吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。物理意義為每克樹脂吸收的水的重量。單位為g水/g樹脂。影響樹脂吸水率有很多因素，除了產(chǎn)品本身的化學(xué)組成之外，還與產(chǎn)品的交聯(lián)度、水解度和被吸液體的性質(zhì)等有關(guān)。吸水率吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。物理意義為每克樹脂

在樹脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定之后。高吸水性樹脂的吸水速度主要受其形所影響。一般來說，樹脂的表面積越大，吸水速度也越快。所以，薄膜狀樹脂的吸水速度通常較快，而與水接觸后易聚集成團的粉末狀樹脂的吸水速度相對較慢。吸水速率在樹脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定之后。高吸水性樹脂的吸紙張、棉花和海綿等材料：物理吸水作用高吸水性樹脂的吸水能力：由化學(xué)作用和物理作用共同貢獻的。即利用分子中大量的羧基、羥基和酰氧基團與水分子之間的強烈范得華力吸收水分子，并由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠彈性作用將水分子牢固地束縛在網(wǎng)格中。一旦吸足水后，即形成溶脹的凝膠體。這種凝膠體的保水能力很強，即使在加壓下也不易擠出來。2加壓保水性紙張、棉花和海綿等材料：物理吸水作用2加壓保水性

高吸水性樹脂一般為含羧酸基的陰離子高分子，為提高吸水能力，必須進行皂化，使大部分羧酸基團轉(zhuǎn)變?yōu)轸人猁}基團。但通常樹脂的水解度僅70％左右，另有30％左右的羧酸基團保留下來，使樹脂呈現(xiàn)一定的弱酸性。這種弱酸性使得它們對氨那樣的堿性物質(zhì)有強烈的吸收作用—除臭、除異味。3

吸氨性高吸水性樹脂一般為含羧酸基的陰離子高3吸氨尿液含有尿素酶。在尿素酶的作用下，尿液中的尿素逐漸分解成氨。高吸水性樹脂可以吸收氨，使尿液呈中性，同時還有抑制尿素酶的分解作用的功能，從而防止了異味的產(chǎn)生。高吸水性樹脂的這種吸氨性，特別有利于尿布、衛(wèi)生用品和公共廁所等場合的除臭尿液含有尿素酶。在尿素酶的作用下，尿液中的尿素逐漸分解成氨。日常生活：吸水性抹布、插花材料、尿不濕、餐巾、手帕、繃帶、脫脂棉等農(nóng)用保水劑、土壤改良劑用作醫(yī)療衛(wèi)生材料：外用藥膏的基材、緩釋性藥劑、抗血栓材料工業(yè)吸水劑