离子交换树脂的应用
背景及概述[1][2]
离子交换树脂是分子中含有活性基团而能与其他物质进行离子交换的树脂。通常可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。前者具有酸性功能团(如磺酸基)而能与溶液中阳离子进行交换;后者具有碱性功能团(如氨基) 而能与溶液中阴离子进行交换。
制造过程一般可分两阶段(以苯乙烯型离子交换树脂的合成为例):(1)合成交联高聚物母体。将苯乙烯和二乙烯苯经悬浮共聚而制得交联结构的颗粒状的苯乙烯-二乙烯苯共聚物,树脂颗粒直径为0.1~2.0毫米。单体中二乙烯苯的重量百分数习惯上称做&ldqu碳黑o;交联度”。一般在4~12%。(2)引入具有离子 交换能力的功能团。颗粒状树脂用浓硫酸磺化,在高分子链的苯环上引入磺酸基,便成强酸性阳离子交换树脂;当苯环上引入季铵盐基时,便成为强碱性阴离子交换树脂;引入螯合基团如—N(CH
2
COOH)
2
则制得螯合离子交换树脂。
表征离子交换树脂交换能力的指标有;(1)重量交换容量,即每克干树脂所能交换离子的毫克当量数[meq/g(干];(2)体积交换容量,即每毫升湿树脂所能交换的离子的毫克当量数 (meq/ml)。广泛用于水、糖溶液、甘油等的净化,金属的回收,离子的分离和测定,以及用作有机合成的催化剂等。
结构[2]
常见的阴离子交换树脂是季铵型强碱性树脂,是以苯乙烯和二乙烯苯共聚,经氯甲基化反应及胺化反应制得,其结构式为:
常见的阳离子交换树脂是苯乙烯磺酸型树脂,是以苯乙烯和二乙烯苯共聚,经磺化反应制得,其结构式为:
主要品种 [3]
离子交换树脂产品种类繁多,按照不同的标准,其分类方法也不同。根据离子交换树脂所带活性基团的性质,可分为强酸阳离子、弱酸阳离子、强碱阴离子、弱碱阴离子、鳌合性、两性及氧化还原树脂。从世界树脂的生产情况看,强酸性树脂占总产量的 50 %~60 %,强碱性树脂占 25 %~30 %。而我国离子交换树脂的 生产情况则是强酸性树脂占有更大的比重,约占总产量的 80 %,而强碱性树脂只占总产量的 15 %左右。根据离子交换树脂的孔型,可分为凝胶型和大孔型。两者各有优缺点,如凝胶型交换容量大,但孔径小、易污染堵塞,而大孔型具有抗有机物污染的能力。
目前我国生产的离子交换树脂以凝胶型为主。根据合成离子交换树脂单体的不同,可分为苯乙烯系、丙烯酸系、环氧系、酚醛系及脲醛系等。其中生产数量最多、应用最为广泛的为苯乙烯系离子交换树脂。在其生产的树脂中,苯乙烯系、丙烯酸系和环氧系为....
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