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離子交換樹(shù)脂是一類帶有功能基的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，它由不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架、連接在骨架上的功能基團(tuán)和功能基團(tuán)上帶有相反電荷的可交換離子三部分構(gòu)成。
離子交換樹(shù)脂可分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離子交換樹(shù)脂和兩性離子交換樹(shù)脂。
離子交換樹(shù)脂不溶于水和一般溶劑。
大多數(shù)制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀或粉狀。樹(shù)脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范圍內(nèi)，大部分在0.4～0.6mm之間。
它們有較高的機(jī)械強(qiáng)度(堅(jiān)牢性)，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，在正常情況下有較長(zhǎng)的使用壽命。
按化學(xué)活性基團(tuán)首先區(qū)分為陽(yáng)離子樹(shù)脂和陰離子樹(shù)脂兩大類。
陽(yáng)離子樹(shù)脂又分為強(qiáng)酸性和弱酸性兩類。
離子交換樹(shù)脂的工作原理
在離子交換過(guò)程中，水中的陽(yáng)離子(如Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)與陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的H+ 進(jìn)行交換，水中陽(yáng)離子被轉(zhuǎn)移到樹(shù)脂上，而樹(shù)脂上的H+交換到水中。 水中的陰離子(如Cl-、HCO3-等)與陰離子交換樹(shù)脂上的OH-進(jìn)行交換，水中陰離子被轉(zhuǎn)移到樹(shù)脂上，而樹(shù)脂上的OH- 交換到水中。而H+ 與OH- 相結(jié)合生成水，從而達(dá)到脫鹽的目的。
離子交換機(jī)理：化學(xué)吸附
歷程：
與液固相反應(yīng)的歷程類似，
①溶液內(nèi)離子擴(kuò)散至樹(shù)脂表面，
②由表面擴(kuò)散到樹(shù)脂內(nèi)部，
③離子交換，
④被交換的離子從樹(shù)脂內(nèi)部擴(kuò)散至表面，
⑤被交換的離子再擴(kuò)散至溶液中，
控制步驟為內(nèi)擴(kuò)散。
強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂
這類樹(shù)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(shù)脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3-，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(shù)脂中的H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng)酸性樹(shù)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。
樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)**使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹(shù)脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來(lái)狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹(shù)脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹(shù)脂放出被吸附的陽(yáng)離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來(lái)的組成。
弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂
這類樹(shù)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(shù)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(shù)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pH5～14)起作用。這類樹(shù)脂亦是用酸進(jìn)行再生(比強(qiáng)酸性樹(shù)脂較易再生)。
強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂
這類樹(shù)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(shù)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(shù)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。
弱堿性陰離子樹(shù)脂
這類樹(shù)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OH-而呈弱堿性。這種樹(shù)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(shù)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。

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