树脂离子交换原理

一. 离子交换树脂的结构

离子交换树脂的内部结构，如下图所示。由三部分组成，分别是：

(1)高分子骨架 由交联的高分子聚合物组成：

(2)离子交换基团 它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的

离子型官能团或带有极性的非离子型官能团；

(3)孔 它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶

孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。

在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。

三 离子交换的基本原理

离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它

置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。

令狐采学创作

令狐采学创作 离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。

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阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为 2R—SO3H＋Ca2+—（R—SO3）2Ca＋2H+

这也是硬水软化的原理。

阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为

R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，这一过程称为再生。阳离子交换树脂可用稀盐酸、稀硫酸令狐采学创作

令狐采学创作 等溶液淋洗；阴离子交换树脂可用氢氧化钠等溶液处理，进行再生。

离子交换树脂的用途很广，主要用于分离和提纯。例如用于硬水软化和制取去离子水、回收工业废水中的金属、分离稀有金属和贵金属、分离和提纯抗生素等。

离子交换树脂的交换原理

离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。如：大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。

离子交换树脂的结构，由三部分组成，分别是：

(1)高分子骨架：由交联的高分子聚合物组成；

(2)离子交换基团：它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的 离子型官能团或带有极性的非离子型官能团；

(3)孔：它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶 孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。

接下来宏昌化工小编着重给您介绍一下离子交换的基本原理：

离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。

离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。

对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。

离子交流树脂是一类具有离子交流功效的高分子材料.在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交流.按交流基团性质的不合,离子交流树脂可分为阳离子交流树脂和阴离子交流树脂两类.

阳离子交流树脂大都含有磺酸基（—SO3H）.羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团,个中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交流.例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交流树脂,其构造式可简略暗示为R—SO3H,式中R代表树脂母体,其交流道理为 2R—SO3H＋Ca2+—（R—SO3）2Ca＋2H+

这也是硬水软化的道理.

阴离子交流树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH].胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团.它们在水中能生成OH-离子,可与各类阴离子起交流感化,其交流道理为

R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

因为离子交流感化是可逆的,是以用过的离子交流树脂一般用恰当浓度的无机酸或碱进行洗涤,可恢复到原状况而反复应用,这一进程称为再生.阳离子交流树脂可用稀盐酸.稀硫酸等溶液淋洗;阴离子交流树脂可用氢氧化钠等溶液处理,进行再生.

离子交流树脂的用处很广,重要用于分别和提纯.例如用于硬水软化和制取去离子水.收受接管工业废水中的金属.分别罕见金属和贵金属.分别和提纯抗生素等.