離子交換樹脂形態(tài) 離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱組成。孔隙結(jié)構(gòu)分凝膠型和大孔型兩種，凡具有物理孔結(jié)構(gòu)的稱大孔型樹脂，在全名稱前加“大孔”。分類屬酸性的應(yīng)在名稱前加“陽”，分類屬堿性的，在名稱前加“陰”。如：大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。 　　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)酸性陽離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂再使用。工作時鈉型樹脂放出Na+與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽離子交換吸附，除去這些離子。反應(yīng)時沒有放出H+，可避免溶液pH下降和由此產(chǎn)生的副作用（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。 基體組成 離子交換樹脂（ionresin）的基體（matrix），制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸（酯）兩大類，它們分別與交聯(lián)劑二乙烯苯產(chǎn)生聚合反應(yīng)，形成具有長分子主鏈及交聯(lián)橫鏈的網(wǎng)絡(luò)骨 離子交換樹脂 　　架結(jié)構(gòu)的聚合物。苯乙烯系樹脂是先使用的，丙烯酸系樹脂則用得較后。 　　這兩類樹脂的吸附性能都很好，但有不同特點(diǎn)。丙烯酸系樹脂能交換吸附大多數(shù)離子型色素，脫色容量大，而且吸附物較易洗脫，便于再生，在糖廠中可用作主要的脫色樹脂。苯乙烯系樹脂擅長吸附芳香族物質(zhì)，善于吸附糖汁中的多酚類色素（包括帶負(fù)電的或不帶電的）；但在再生時較難洗脫。因此，糖液先用丙烯酸樹脂進(jìn)行粗脫色，再用苯乙烯樹脂進(jìn)行精脫色，可充分發(fā)揮兩者的長處。 樹脂的交聯(lián)度，即樹脂基體聚合時所用二乙烯苯的百分?jǐn)?shù)，對樹脂的性質(zhì)有很大影響。通常，交聯(lián)度高的樹脂聚合得比較緊密，堅牢而耐用，密度較高，內(nèi)部空隙較少，對離子的選擇性較強(qiáng)；而交聯(lián)度低的樹脂孔隙較大，脫色能力較強(qiáng)，反應(yīng)速度較快，但在工作時的膨脹性較大，機(jī)械強(qiáng)度稍低，比較脆而易碎。工業(yè)應(yīng)用的離子樹脂的交聯(lián)度一般不低于4%；用于脫色的樹脂的交聯(lián)度一般不高于8%；單純用于吸附無機(jī)離子的樹脂，其交聯(lián)度可較高。 除上述苯乙烯系和丙烯酸系這兩大系列以外，離子交換樹脂還可由其他有機(jī)單體聚合制成。如酚醛系（FP）、環(huán)氧系（EPA）、乙烯吡啶系（VP）、脲醛系（UA）等。 物理結(jié)構(gòu) 離子樹脂常分為凝膠型和大孔型兩類。 凝膠型樹脂的高分子骨架，在干燥的情況下內(nèi)部沒有毛細(xì)孔。它在吸水時潤脹，在大分子鏈節(jié)間形成很微細(xì)的孔隙，通常稱為顯微孔（micro-pore）。濕潤樹脂的平均孔徑為2～4nm（2×10－6 ～4×10－6mm）。 離子交換樹脂 這類樹脂較適合用于吸附無機(jī)離子，它們的直徑較小，一般為0.3～0.6nm。這類樹脂不能吸附大分子有機(jī)物質(zhì)，因后者的尺寸較大，如蛋白質(zhì)分子直徑為5～20nm，不能進(jìn)入這類樹脂的顯微孔隙中。 大孔型樹脂是在聚合反應(yīng)時加入致孔劑，形成多孔海綿狀構(gòu)造的骨架，內(nèi)部有大量性的微孔，再導(dǎo)入交換基團(tuán)制成。它并存有微細(xì)孔和大網(wǎng)孔（macro-pore），潤濕樹脂的孔徑達(dá)100～500nm，其大小和數(shù)量都可以在制造時控制?？椎赖谋砻娣e可以增大到超過1000m2/g。江蘇色可賽思樹脂有限公司整理這不僅為離子交換提供了良好的接觸條件，縮短了離子擴(kuò)散的路程，還增加了許多鏈節(jié)活性中心，通過分子間的范德華引力（van de Waals force）產(chǎn)生分子吸附作用，能夠象活性炭那樣吸附各種非離子性物質(zhì)，擴(kuò)大它的功能。一些不帶交換功能團(tuán)的大孔型樹脂也能夠吸附、分離多種物質(zhì)，例如化工廠廢水中的酚類物。 大孔樹脂內(nèi)部的孔隙又多又大，表面積很大，活性中心多，離子擴(kuò)散速度快，離子交換速度也快很多，約比凝膠型樹脂快約十倍。使用時的作用快、效率高，所需處理時間縮短。大孔樹脂還有多種優(yōu)點(diǎn)：耐溶脹，不易碎裂，耐氧化，耐磨損，耐熱及耐溫度變化，以及對有機(jī)大分子物質(zhì)較易吸附和交換，因而抗污染力強(qiáng)，并較容易再生。 交換容量 離子交換樹脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)的性能，表現(xiàn)在它的“離子交換容量”，即每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù)，meq/g（干）或 meq/mL（濕）；當(dāng)離子為一價時，毫克當(dāng)量數(shù)即是毫克分子數(shù)（對二價或多價離子，前者為后者乘離子價數(shù)）。它又有“總交換容量”、“工作交換容量”和“再生交換容量”等三種表示方式。 1、總交換容量，表示每單位數(shù)量（重量或體積)樹脂能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)的總量。 離子交換樹脂塔 2、工作交換容量，表示樹脂在某一定條件下的離子交換能力，它與樹脂種類和總交換容量，以及具體工作條件如溶液的組成、流速、溫度等因素有關(guān)。 3、再生交換容量，表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量，表明樹脂中原有化學(xué)基團(tuán)再生復(fù)原的程度。 通常，再生交換容量為總交換容量的50～90%（一般控制70～80%），而工作交換容量為再生交換容量的30～90%（對再生樹脂而言），后一比率亦稱為樹脂的利用率。 　　　在實(shí)際使用中，離子交換樹脂的交換容量包括了吸附容量，但后者所占的比例因樹脂結(jié)構(gòu)不同而異。現(xiàn)仍未能分別進(jìn)行計算，在具體設(shè)計中，需憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，并在實(shí)際運(yùn)行時復(fù)核之。 離子樹脂交換容量的測定一般以無機(jī)離子進(jìn)行。這些離子尺寸較小，能自由擴(kuò)散到樹脂體內(nèi)，與它內(nèi)部的全部交換基團(tuán)起反應(yīng)。而在實(shí)際應(yīng)用時，溶液中常含有高分子有機(jī)物，它們的尺寸較大，難以進(jìn)入樹脂的顯微孔中，因而實(shí)際的交換容量會低于用無機(jī)離子測出的數(shù)值。這種情況與樹脂的類型、孔的結(jié)構(gòu)尺寸及所處理的物質(zhì)有關(guān)。 吸附選擇 離子交換樹脂對溶液中的不同離子有不同的親和力，對它們的吸附有選擇性。各種離子受樹脂交換吸附作用的強(qiáng)弱程度有一般的規(guī)律，但不同的樹脂可能略有差異。主要規(guī)律如下： 對陽離子的吸附 高價離子通常被優(yōu)先吸附，而低價離子的吸附較弱。在同價的同類離子中，直徑較大的離子的被吸附較強(qiáng)。一些陽離子被吸附的順序如下： Fe3+ Al3+ Pb2+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+ 對陰離子的吸附 強(qiáng)堿性陰離子樹脂對無機(jī)酸根的吸附的一般順序?yàn)椋? SO42－ NO3－ Cl－ HCO3－ OH－ 弱堿性陰離子樹脂對陰離子的吸附的一般順序如下： OH－ 檸檬酸根3－ SO42－ 酒石酸根2－ ；草酸根2－ PO43－ NO2－ Cl－ ；醋酸根－ HCO3－ 對有色物的吸附 糖液脫色常使用強(qiáng)堿性陰離子樹脂，它對擬黑色素（還原糖與氨基酸反應(yīng)產(chǎn)物）和還原糖的堿性分解產(chǎn)物的吸附較強(qiáng)，而對焦糖色素的吸附較弱。這被認(rèn)為是由于前兩者通常帶負(fù)電，而焦糖的電荷很弱。 通常，交聯(lián)度高的樹脂對離子的選擇性較強(qiáng)，大孔結(jié)構(gòu)樹脂的選擇性小于凝膠型樹脂。這種選擇性在稀溶液中較大，在濃溶液中較小。 物理性質(zhì) 離子交換樹脂的顆粒尺寸和有關(guān)的物理性質(zhì)對它的工作和性能有很大影響。 樹脂顆粒尺寸 離子交換樹脂通常制成珠狀的小顆粒，它的尺寸也很重要。樹脂顆粒較細(xì)者，反應(yīng)速度較大，但細(xì)顆粒對液體通過的阻力較大，需要較高的工作壓力；特別是濃糖液粘度高，這種影響更顯著。因此，樹脂顆粒的大小應(yīng)選擇適當(dāng)。如果樹脂粒徑在0.2mm（約為70目）以下，會明顯增大流體通過的阻力，降低流量和生產(chǎn)能力。 樹脂顆粒大小的測定通常用濕篩法，將樹脂在充分吸水膨脹后進(jìn)行篩分，累計其在20、30、40、50……目篩網(wǎng)上的留存量，以90%粒子可以通過其相對應(yīng)的篩孔直徑，稱為樹脂的“有效粒徑”。多數(shù)通用的樹脂產(chǎn)品的有效粒徑在0.4～0.6mm之間。 樹脂顆粒是否均勻以均勻系數(shù)表示。它是在測定樹脂的“有效粒徑”坐標(biāo)圖上取累計留存量為40%粒子，相對應(yīng)的篩孔直徑與有效粒徑的比例。如一種樹脂（IR-120）的有效粒徑為0.4～0.6mm，它在20目篩、30目篩及40目篩上留存粒子分別為：18.3%、41.1%、及31.3%，則計算得均勻系數(shù)為2.0。 樹脂的密度 樹脂在干燥時的密度稱為真密度。濕樹脂每單位體積（連顆粒間空隙）的重量稱為視密度。樹脂的密度與它的交聯(lián)度和交換基團(tuán)的性質(zhì)有關(guān)。通常，交聯(lián)度高的樹脂的密度較高，強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性樹脂的密度高于弱酸或弱堿性者，而大孔型樹脂的密度則較低。江蘇色可賽思樹脂有限公司整理例如，苯乙烯系凝膠型強(qiáng)酸陽離子樹脂的真密度為1.26g/mL，視密度為0.85g/mL；而丙烯酸系凝膠型弱酸陽離子樹脂的真密度為1.19g/mL，視密度為0.75g/mL。 樹脂的溶解性 離子交換樹脂應(yīng)為不溶性物質(zhì)。但樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質(zhì)，及樹脂分解生成的物質(zhì)，會在工作運(yùn)行時溶解出來。交聯(lián)度較低和含活性基團(tuán)多的樹脂，溶解傾向較大。 膨脹度 離子交換樹脂含有大量親水基團(tuán)，與水接觸即吸水膨脹。當(dāng)樹脂中的離子變換時，如陽離子樹脂由H+轉(zhuǎn)為Na+，陰樹脂由Cl－轉(zhuǎn)為OH－，都因離子直徑增大而發(fā)生膨脹，增大樹脂的體積。通常，交聯(lián)度低的樹脂的膨脹度較大。在設(shè)計離子交換裝置時，必須考慮樹脂的膨脹度，以適應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)行時樹脂中的離子轉(zhuǎn)換發(fā)生的樹脂體積變化。 耐用性 樹脂顆粒使用時有轉(zhuǎn)移、摩擦、膨脹和收縮等變化，長期使用后會有少量損耗和破碎，故樹脂要有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。通常，交聯(lián)度低的樹脂較易碎裂，但樹脂的耐用性更主要地決定于交聯(lián)結(jié)構(gòu)的均勻程度及其強(qiáng)度。如大孔樹脂，具有較高的交聯(lián)度者，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能耐反復(fù)再生。 應(yīng)用領(lǐng)域 1）水處理 　　　水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。 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)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量僅次于水處理。 3）制藥行業(yè) 　　制藥工業(yè)離子交換樹