1.定義：

利用離子交換劑來進行物質的分離和提純的方法

2.原理：

基于物質在固相與液相之間的分配

3.離子交換劑分類：

有機離子交換樹脂和無機離子交換劑

無機離子交換劑的優(yōu)點：耐高溫、抗輻射 缺點：交換能力低、化學穩(wěn)定性差、機械穩(wěn)定性差

有機離子交換樹脂的特點：網狀結構、難溶（水、酸、堿、有機溶劑）、性質穩(wěn)定（熱、機械、化學）、含活性基團（-SO3H、-COOH、≡NROH）

4.離子交換樹脂結構：

網狀骨架上有許多功能團，以苯乙烯和二乙烯苯交聯共聚體為骨架，以磺酸基為功能團。

5.離子交換樹脂分類：

按物理結構分類：凝膠型（孔徑為5nm)；大孔型（孔徑為20—100nm)；

按合成的樹脂所用原料單體分類：

苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、環(huán)氧系、乙烯吡啶系

zui常用的分類是依據樹脂離子交換功能團分：

強酸性陽離子交換樹脂；弱酸性陽離子交換樹脂；
強堿性陰離子交換樹脂；弱堿性陰離子交換樹脂。

特殊的離子交換樹脂：電子交換樹脂，大孔離子交換樹脂，螯合樹脂，萃淋樹脂，氧化還原樹脂和纖維交換劑等。

6. 離子交換樹脂作用原理：

（1）電離

zui常見的聚苯乙烯苯磺酸樹脂，以苯乙烯和二乙烯苯交聯共聚體為骨架，以磺酸基為功能團，當樹脂浸泡在水溶液中，水滲入樹脂相，功能團電離產生可供交換的游離離子，如上式，聯結在樹脂骨架上不能自由運動，使樹脂帶上固定的電荷，被稱為固定離子，與固定離子電荷相反的離子（如）稱反離子，在樹脂相內形成一種類似高分子電解質的“溶液”，外來離子擴散入樹脂相，便能置換這些反離子，而發(fā)生。

（2）交換反應

所以，被吸附在樹脂上，而被解吸進入溶液中，這就是離子交換樹脂上的離子交換過程，也可稱作吸附和吸解過程。

7. 離子交換樹脂物理性質：

7.1外觀

（1）顏色：透明或半透明的物質，顏色各異。在使用中，由于可交換離子的轉換或受雜質的污染等原因，其顏色會發(fā)生變化。

（2）形狀：一般均呈球形。樹脂呈球狀顆粒數占顆粒總數的百分率，稱為圓球率。對于交換柱水處理工藝來說，圓球率愈大愈好，它一般應達90%以上。

7.2粒度

樹脂顆粒的大小對水處理的工藝過程有較大的影響。顆粒大，交換速度就慢；顆粒小，水通過樹脂層的壓力損失就大。如果各個顆粒的大小相差很大，則對水處理的工藝過程是不利的。

有效粒徑是指篩分樹脂時，10%體積的樹脂顆粒通過，而90%體積的樹脂顆粒保留的篩孔直徑。均一系數是指能通過60%體積樹脂的篩孔直徑與能通過10%體積的樹脂的篩孔直徑之比。均一系數越接近1，表明樹脂顆粒越均勻。常常見到用篩目數表示樹脂粒度。

7.3密度

（1）真體積V真：質量為w1的含有平衡水的濕樹脂加到水中，觀察排開水的量，即得到樹脂的真體積V真。

（2）視體積V視：將含平衡水的樹脂裝入量筒，敲擊振動使體積極小，得樹脂空間體積，即為視體積V視。

（3）干真密度：在干燥狀態(tài)下樹脂本身的密度。

此值一般為1.6左右，在實用意義不大，常用在研究樹脂性能方面。

（4）濕真密度：指樹脂在水中經過充分膨脹后，樹脂顆粒的密度

（5）濕視密度：指樹脂在水中充分膨脹后的堆積密度

濕視密度用來計算交換器中裝載樹脂時所需濕樹脂的質量,此值一般在0.60～0.85之間。

7.4含水率

含水量的大小取決于親水基團的多少及樹脂孔隙的大小。對凝膠型樹脂，交聯度對含水量的影響比較大。

7.5溶脹性

當將干的離子交換樹脂浸入水中時,其體積常常要變大,這種現象稱為溶脹。

影響溶脹率大小的因素有以下幾種：

（1）溶劑。樹脂在極性溶劑中的溶脹性，通常比在非極性溶劑中強。

（2）交聯度。高交聯度樹脂的溶脹能力較低。

（3）活性基團。此基團愈易電離，樹脂的溶脹性愈強。

（4）交換容量。高交換容量離子交換樹脂的溶脹性要比低交換容量的強。

（5）溶液深度。溶液中電解質濃度愈大，由于樹脂內外溶液的滲透壓差減小，樹脂的溶脹率愈小。

（6）可交換離子的本質。可交換的水合離子半徑愈大，其溶脹率愈大，因而在其交換和再生的過程中會發(fā)生脹縮現象，多次的脹縮就容易促使樹脂顆粒碎裂。

7.6耐磨性

一般，其機械強度應能保證每年的樹脂耗損量不超過3%～7%。

7.7溶解性

離子交換樹脂含有的少量低聚物較易溶解。離子交換樹脂在使用中，有時也會發(fā)生轉變成膠體漸漸溶入水中的現象，即所謂膠溶。

7.8耐熱性

通常，鹽型要比酸型或堿型穩(wěn)定。

7.9抗凍性

7.10耐輻射性能

在有核反應堆的企業(yè)中，所用離子交換劑的抗輻射性是很重要的。一般而論，無機離子交換劑的耐輻射性能較好，而樹脂均易降解，其中又以陰樹脂為嚴重。

 7.11導電性

干燥的離子交換樹脂不導電，純水也不導電，但用純水潤濕的離子交換樹脂可以導電，所以這種導電屬于離子型導電。這種導電在離子交換膜及樹脂的催化作用上很重要。

8.離子交換樹脂化學性質

8.1酸堿性

離子交換樹脂是聚電解質，其功能團釋出H+或OH–能力的不同表示它們的酸堿性。

8.2交聯度

使各個單體交聯而形成樹脂交聚物的物質稱交聚劑，樹脂中含交聚劑的重量百分數稱交聯度。交聯度大小反映了樹脂網狀結構間空隙的大小。交聯度大，樹脂間空隙小；交聯度小，空隙大。不同空隙大小影響了離子交換的速度和對不同離子的選擇性。

8.3交換容量

離子交換樹脂的交換容量表示其可交換離子量的多少。

（1） 全交換容量（Q）。表示離子交換樹脂中所有活性基團的總量，即將樹脂中所有活性基團全部再生成某種可交換的離子，然后測定其全部交換下來的量。

（2）工作交換容量（QG）。工作交換容量是在交換柱中，模擬水處理實際運行條件下測得的交換容量，就是把離子交換樹脂放在動態(tài)交換柱中，通過需要處理的水，直到濾出液中有要交換的離子漏出為止所發(fā)揮出的交換容量，稱為工作交換容量。

（3）平衡交換容量（QP）。離子交換樹脂*再生后，求它和一定組成的水溶液作用到平衡狀態(tài)時的交換容量，稱為平衡交換容量。

8.4離子交換樹脂的選擇性與化學穩(wěn)定性

離子交換樹脂吸著各種離子的能力不一，離子被置換下來的能力也不同，這種性能稱為離子交換的選擇性。選擇性會影響到離子交換樹脂的交換和再生過程。

化學穩(wěn)定性：主要指耐化學試劑、耐氧化、耐輻射的性能。

8.5離子交換反應的可逆性

離子交換反應的可逆性，是離子交換樹脂可以反復使用的重要性質。

8.6中和與水解

離子交換樹脂的中和與水解的性能和通常的電解質一樣。

9.離子交換速度

離子交換過程，是在水中離子和離子交換樹脂的可交換基團間進行的。離子交換化學反應本身的速度，一般是很快的，所以通常說的離子交換速度，不單指此種化學反應，而是表示水溶液中離子濃度改變的速度。

影響陽離子交換速度的一些因素：

（1）樹脂交換基團。離子間化學反應速度是很快的，樹脂交換基團的不同一般并不影響交換速度。但對于會形成弱電解質的離子交換樹脂，情況就不同。

（2）樹脂的交聯度。樹脂的交聯度越大，網孔越小，則其顆粒內擴散越慢，交換速度就越慢，當水中有粒徑較大的離子存在時，對交換速度影響就更為顯著。

（3）樹脂的顆粒。樹脂顆粒越小，交換速度越快。

（4）溶液的濃度。濃度越大，擴散速度越快。

（5）水溫。提高水溫能同時加快內擴散和膜擴散。

（6） 攪拌或提高流速。交換過程中的攪拌或提高水的流速，只能加快擴散，但不能影響內擴散。

（7）離子的本性。它對內擴散的速度影響較大，離子水合半徑越大，內擴散越慢；離子電荷數越多，內擴散越慢，根據實驗結果，陽離子增加一個電荷，其內擴散速度約減慢為原來的1／10。

10.應用

水處理（復合床式離子交換法除鹽、陰陽離子交換樹脂混合柱中和酸堿性）

陰離子交換劑從鈾礦硫酸浸出液中提取鈾（主要是含鈾品位較低的礦石浸出液、堿性浸出液也適用、陽離子樹脂無效）

稀土元素和超鈾元素的分離（陽離子交換樹脂）

镎中除釷（陽離子交換樹脂、根據離子吸附在陽離子樹脂上能力的強弱）