201x7離子交換樹脂|陰離子交換樹脂

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離子交換樹脂|陰離子交換樹脂
                                            離子交換樹脂|陰離子交換樹脂

  離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應(yīng)的功能基團。其他補充：離子交換技術(shù)有相當(dāng)長的歷史，某些天然物質(zhì)如泡沸石和用煤經(jīng)過磺化制得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是，隨著現(xiàn)代有機合成工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，研究制成了許多種性能優(yōu)良的離子交換樹脂，并開發(fā)了多種新的應(yīng)用方法，離子交換技術(shù)迅速發(fā)展，在許多行業(yè)特別是高新科技產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。近年國內(nèi)外生產(chǎn)的樹脂品種達數(shù)百種，年產(chǎn)量數(shù)十萬噸。
        在工業(yè)應(yīng)用中，離子交換樹脂的優(yōu)點主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復(fù)再生使用，工作壽命長，運行費用較低(雖然一次投入費用較大)。以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù)，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等，各具*的功能，可以進行各種特殊的工作，是其他方法難以做到的。離子交換技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還在迅速發(fā)展之中。離子交換樹脂的應(yīng)用，是近年國內(nèi)外制糖工業(yè)的一個重點研究課題，是糖業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。膜分離技術(shù)在糖業(yè)的應(yīng)用也受到廣泛的研究。 離子交換樹脂都是用有機合成方法制成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸(酯)，通過聚合反應(yīng)生成具有三維空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架，再在骨架上導(dǎo)入不同類型的化學(xué)活性基團(通常為酸性或堿性基團)而制成。 離子交換樹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。它們有較高的機械強度(堅牢性)，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，在正常情況下有較長的使用壽命。 離子交換樹脂中含有一種(或幾種)化學(xué)活性基團，它即是交換官能團，在水溶液中能離解出某些陽離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH－或Cl－)，同時吸附溶液中原來存有的其他陽離子或陰離子。即樹脂中的離子與溶液中的離子互相交換，從而將溶液中的離子分離出來。
        離子交換樹脂的品種很多，因化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同而具有不同的功能和特性，適應(yīng)于不同的用途。應(yīng)用樹脂要根據(jù)工藝要求和物料的性質(zhì)選用適當(dāng)?shù)念愋秃推贩N。離子交換樹脂在現(xiàn)代制糖工業(yè)中起著很重要的作用。世界上許多糖廠制造精糖和高級食用糖漿，多數(shù)使用離子交換樹脂將糖液脫色提純，而過去傳統(tǒng)用骨炭的精煉糖廠亦有逐漸轉(zhuǎn)向使用離子交換樹脂的趨勢。離子交換技術(shù)有相當(dāng)長的歷史，某些天然物質(zhì)如泡沸石和用煤經(jīng)過磺化制得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是，隨著現(xiàn)代有機合成工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，研究制成了許多種性能優(yōu)良的離子交換樹脂，并開發(fā)了多種新的應(yīng)用方法，離子交換技術(shù)迅速發(fā)展，在許多行業(yè)特別是高新科技產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。近年國內(nèi)外生產(chǎn)的樹脂品種達數(shù)百種，年產(chǎn)量數(shù)十萬噸。在工業(yè)應(yīng)用中，離子交換樹脂的優(yōu)點主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復(fù)再生使用，工作壽命長，運行費用較低(雖然一次投入費用較大)。以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù)，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等，各具*的功能，可以進行各種特殊的工作，是其他方法難以做到的。
       離子交換技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還在迅速發(fā)展之中。離子交換樹脂的應(yīng)用，是近年國內(nèi)外制糖工業(yè)的一個重點研究課題，是糖業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。膜分離技術(shù)在糖業(yè)的應(yīng)用也受到廣泛的研究。離子交換樹脂都是用有機合成方法制成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸(酯)，通過聚合反應(yīng)生成具有三維空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架，再在骨架上導(dǎo)入不同類型的化學(xué)活性基團(通常為酸性或堿性基團)而制成。離子交換樹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。它們有較高的機械強度(堅牢性)，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，在正常情況下有較長的使用壽命。離子交換樹脂中含有一種(或幾種)化學(xué)活性基團，它即是交換官能團，在水溶液中能離解出某些陽離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH－或Cl－)，同時吸附溶液中原來存有的其他陽離子或陰離子。即樹脂中的離子與溶液中的離子互相交換，從而將溶液中的離子分離出來。樹脂中化學(xué)活性基團的種類決定了樹脂的主要性質(zhì)和類別。首先區(qū)分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類，它們可分別與溶液中的陽離子和陰離子進行離子交換。陽離子樹脂又分為強酸性和弱酸性兩類，陰離子樹脂又分為強堿性和弱堿性兩類 (或再分出中強酸和中強堿性類)。離子交換樹脂根據(jù)其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂，及根據(jù)樹脂的物理結(jié)構(gòu)分為凝膠型和大孔型。
        離子交換樹脂的品種很多，因化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同而具有不同的功能和特性，適應(yīng)于不同的用途。應(yīng)用樹脂要根據(jù)工藝要求和物料的性質(zhì)選用適當(dāng)?shù)念愋秃推贩N。
1、離子交換樹脂的基本類型 (１) 強酸性陽離子樹脂這類樹脂含有大量的強酸性基團，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強酸性。樹脂離解后，本體所含的負電基團，如SO3－，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽離子。這兩個反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。樹脂在使用一段時間后，要進行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進行，使樹脂的官能基團回復(fù)原來狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理，此時樹脂放出被吸附的陽離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來的組成。 (２) 弱酸性陽離子樹脂這類樹脂含弱酸性基團，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電基團，如R-COO－(R為碳氫基團)，能與溶液中的其他陽離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽離子交換作用。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。這類樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)。（3） 強堿性陰離子樹脂這類樹脂含有強堿性基團，如季胺基(亦稱四級胺基)－NR3OH(R為碳氫基團)，能在水中離解出OH－而呈強堿性。這種樹脂的正電基團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，在不同pH下都能正常工作。它用強堿(如NaOH)進行再生。 (４) 弱堿性陰離子樹脂這類樹脂含有弱堿性基團，如伯胺基(亦稱一級胺基)-NH2、仲胺基(二級胺基)-NHR、或叔胺基(三級胺基)-NR2，它們在水中能離解出OH－而呈弱堿性。這種樹脂的正電基團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進行再生。 (５) 離子樹脂的轉(zhuǎn)型以上是樹脂的四種基本類型。在實際使用上，常將這些樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌x子型式運行，以適應(yīng)各種需要。例如常將強酸性陽離子樹脂與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)。這種樹脂以鈉型運行使用后，可用鹽水再生(不用強酸)。又如陰離子樹脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃驮偈褂茫ぷ鲿r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－)運行。強酸性樹脂及強堿性樹脂在轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯型后，就不再具有強酸性及強堿性，但它們?nèi)匀挥羞@些樹脂的其他典型性能，如離解性強和工作的pH范圍寬廣等。
2、離子交換樹脂基體的組成離子交換樹脂的基體(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。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行粗脫色，再用苯乙烯樹脂進行精脫色，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數(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；而交聯(lián)度低的樹脂孔隙較大，脫色能力較強，反應(yīng)速度較快，但在工作時的膨脹性較大，機械強度稍低，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。
        離子交換樹脂的品種離子交換樹脂在國內(nèi)外都有很多制造廠家和很多品種。國內(nèi)制造廠有數(shù)十家，主要的有上海樹脂廠、天津波鴻樹脂科技有限公司、晨光化工研究院樹脂廠、天津南大樹脂科技有限公司等；國外較著名的如美國Rohm & Hass公司生產(chǎn)的Amberlite系列、Dow化學(xué)公司的Dowex系列、法國Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列，還有Ionac系列、Allassion系列等。樹脂的牌號多數(shù)由各制造廠或所在國自行規(guī)定。國外一些產(chǎn)品用字母C代表陽離子樹脂(C為cation的*個字母)，A代表陰離子樹脂(A為Anion的*個字母)，如Amberlite的IRC和IRA分別為陽樹脂和陰樹脂，亦分別代表陽樹脂和陰樹脂。我國化工部規(guī)定(HG2-884-76)，離子交換樹脂的型號由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。*位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類：0 代表強酸性，1代表弱酸性，2代表強堿性，3代表弱堿性，4代表螯合性，5代表兩性，6代表氧化還原。第二位數(shù)字代表不同的骨架結(jié)構(gòu)：0代表苯乙烯系，1代表丙烯酸系，2代表酚醛系，3代表環(huán)氧系等。第三位數(shù)字為順序號，用以區(qū)別基體、交聯(lián)基等的差異。 此外大孔型樹脂在數(shù)字前加字母D。因此，D001是大孔強酸性苯乙烯系樹脂。各種樹脂的性能和參數(shù)可參閱離子交換樹脂手冊和產(chǎn)品 牌號 產(chǎn)品名稱 全交換量 國外參照產(chǎn)品 用途 001×1 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.5 (b)≥0.4 (美)Amberlite IR-116 (美)Dowex 50×1 抗菌素提煉，醫(yī)藥化工等。 001×2 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.5 (b)≥0.6 (美)Dowex 5×2 抗菌素提煉，醫(yī)藥化工等。 001×3 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.5 (b)≥1.0 (日)Diaion SK-103 抗菌素提煉，醫(yī)藥化工等。 001×4 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.5 (b)≥1.3 (美)Amberlite IR-118 高純水制備及抗菌素提煉等。 001×7 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.5 (b)≥1.8 (美)Amberlite IR-120 (美)Dowex 50 (俄)KY-2 (日)Diaion SK-IA 硬水軟化，純水制備，濕法冶金，稀有元素分離。 002×7 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.4 (b)≥1.8 - 大粒度，適于高流速水處理。 003×7 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.5 (b)≥1.8 - 均勻粒度，適于氨基酸及稀有元素分離等。 004×7 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.3 (b)≥1.6 - 硬水軟化，純水制備等。 001×8 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.5 (b)≥2.0 (美)Amberlite IR-120 (美)Dowex 50 (俄)KY2-8 (日)Diaion SK-IB 硬水軟化，純水制備，濕法冶金，稀有元素分離。 001×7 ×7 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.5 (b)≥2.0 - 水處理。 001× 14.5 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥3.8 (b)≥2.0 (美)Amberlite ER-124 醫(yī)藥工業(yè)，抗菌素提煉。 D072 大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.2 (b)≥1.4 (美)Amberlyst-15 (日)Diaion HPK-16 有機反應(yīng)催化，高速混床水處理等。 D061 大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.2 (b)≥1.4 - 食品工業(yè)，氨基酸提煉，有機反應(yīng)催化，水處理等。 D001- CC 大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.1 (b)≥1.6 - 有機反應(yīng)催化，生物提煉氨基酸提煉等。 NKC-9 大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.7 (b)≥1.5 (美)Amberlyst 15 有機反應(yīng)催化。 D001SS 大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 (a)≥4.2 (b)≥2.0 - 制糖工業(yè)糖汁脫鈣，膨脹率小。 +全交換量：(a) 毫摩爾/克(干)　　(b) 毫摩爾/毫升(濕
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