離子交換樹脂的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

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1、離子交換樹脂摘要：本文綜述了離子交換樹脂的發(fā)展歷史、分類；在各領(lǐng)域的應(yīng)用、樹脂的使用和保管方法及其發(fā)展前景等。關(guān)鍵詞：離子交換樹脂；分類；應(yīng)用；保管1引言離子交換樹脂是一類帶有活性基團(tuán)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子化合物。在它的分子結(jié)構(gòu)中，一部分為樹脂的基體骨架，另一部分為由固定離子和可交換離子組成的活性基團(tuán)。離子交換樹脂具有交換、選擇、吸附和催化等功能，在工業(yè)高純水制備、醫(yī)藥衛(wèi)生、冶金行業(yè)、生物工程等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，離子交換樹脂無(wú)論是從種類、結(jié)構(gòu)還是性能上都出現(xiàn)了很大的變化，其生產(chǎn)和應(yīng)用也都得到了很大的發(fā)展。我國(guó)自

2、20世紀(jì)50年代以來開始生產(chǎn)和應(yīng)用離子交換樹脂。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)常規(guī)離子交換樹脂的制備和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)較為成熟，水平與國(guó)外相當(dāng)。離子交換樹脂主要應(yīng)用于電力、食品、醫(yī)藥、電子和冶金等行業(yè)，隨著鍋爐給水、飲用水和電子用水等對(duì)離子交換出水的純度要求日益提高，促使常規(guī)的離子交換樹脂生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)不斷完善，同時(shí)催生了許多新型的生產(chǎn)工藝不斷涌現(xiàn)，使得離子交換樹脂產(chǎn)品升級(jí)和技術(shù)進(jìn)步的步伐也日益加快。2離子樹脂的分類依據(jù)離子交換樹脂所帶活性基團(tuán)的性質(zhì)，離子交換樹脂課分為陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩大類。能與水中陽(yáng)離子進(jìn)行交

3、換反應(yīng)的稱為陽(yáng)離子交換樹脂;能與水中的陰離子進(jìn)行交換反應(yīng)的稱為陰離子交換樹脂。根據(jù)活性基團(tuán)上Hˉ和OHˉ電離的強(qiáng)弱程度，又可以分為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂和弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂，以及強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。2.1強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3ˉ，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用

4、。樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹脂放出被吸附的陽(yáng)離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來的組成。2.2弱酸性陽(yáng)離子樹脂這類樹脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基－COOH，能在水中離解出H+而呈酸性。樹脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO－(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如

5、pH5～14)起作用。這類樹脂亦是用酸進(jìn)行再生(比強(qiáng)酸性樹脂較易再生)。2.3強(qiáng)堿性陰離子樹脂這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基(亦稱四級(jí)胺基)－NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能在水中離解出OH－而呈強(qiáng)堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿(如NaOH)進(jìn)行再生。2.4弱堿性陰離子樹脂這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基(亦稱一級(jí)胺基)-NH2、仲胺基(二級(jí)胺基)-NHR、或叔胺基(三級(jí)胺基)-NR2，它們?cè)谒心茈x解出OHˉ而呈弱堿

6、性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。2.5離子樹脂的轉(zhuǎn)型以上是樹脂的四種基本類型。在實(shí)際使用上，常將這些樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌x子型式運(yùn)行，以適應(yīng)各種需要。例如常將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂再使用。工作時(shí)鈉型樹脂放出Na+與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子交換吸附，除去這些離子。反應(yīng)時(shí)沒有放出H+，可避免溶液pH下降和由此產(chǎn)生的副作

7、用(如蔗糖轉(zhuǎn)化和設(shè)備腐蝕等)。這種樹脂以鈉型運(yùn)行使用后，可用鹽水再生(不用強(qiáng)酸)。又如陰離子樹脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃驮偈褂?，工作時(shí)放出Cl-而吸附交換其他陰離子，它的再生只需用食鹽水溶液。氯型樹脂也可轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟湫?HCO3－)運(yùn)行。強(qiáng)酸性樹脂及強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯型后，就不再具有強(qiáng)酸性及強(qiáng)堿性，但它們?nèi)匀挥羞@些樹脂的其他典型性能，如離解性強(qiáng)和工作的pH范圍寬廣等。3離子交換樹脂的應(yīng)用　　3.1水處理水處理工藝中，離子交換樹脂的用途十分廣泛。在給水處理中，可用于水質(zhì)軟化和脫鹽，制取軟化水、純水和超純水；李為兵等研究了一種

8、新型的MIEX?磁性離子交換樹脂對(duì)南方地區(qū)水源的處理情況，發(fā)現(xiàn)其對(duì)藻類的去除有良好的效果。在廢水處理中，離子交換樹脂廣泛應(yīng)用于處理含汞、含銅、含鉬以及含鋅、鈾、鎘等含重金屬工業(yè)廢水[4]。3.2食品工業(yè)　　離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如：高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄