1.定義：

利用離子交換劑來(lái)進(jìn)行物質(zhì)的分離和提純的方法

2.原理：

基于物質(zhì)在固相與液相之間的分配

3.離子交換劑分類：

有機(jī)離子交換樹(shù)脂和無(wú)機(jī)離子交換劑

無(wú)機(jī)離子交換劑的優(yōu)點(diǎn)：耐高溫、抗輻射 缺點(diǎn)：交換能力低、化學(xué)穩(wěn)定性差、機(jī)械穩(wěn)定性差

有機(jī)離子交換樹(shù)脂的特點(diǎn)：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、難溶（水、酸、堿、有機(jī)溶劑）、性質(zhì)穩(wěn)定（熱、機(jī)械、化學(xué)）、含活性基團(tuán)（-SO3H、-COOH、≡NROH）

4.離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)：

網(wǎng)狀骨架上有許多功能團(tuán)，以苯乙烯和二乙烯苯交聯(lián)共聚體為骨架，以磺酸基為功能團(tuán)。

5.離子交換樹(shù)脂分類：

按物理結(jié)構(gòu)分類：凝膠型（孔徑為5nm)；大孔型（孔徑為20—100nm)；

按合成的樹(shù)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(jù)樹(shù)脂離子交換功能團(tuán)分：

強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；
強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂；弱堿性陰離子交換樹(shù)脂。

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

6. 離子交換樹(shù)脂作用原理：

（1）電離

zui常見(jiàn)的聚苯乙烯苯磺酸樹(shù)脂，以苯乙烯和二乙烯苯交聯(lián)共聚體為骨架，以磺酸基為功能團(tuán)，當(dāng)樹(shù)脂浸泡在水溶液中，水滲入樹(shù)脂相，功能團(tuán)電離產(chǎn)生可供交換的游離離子，如上式，聯(lián)結(jié)在樹(shù)脂骨架上不能自由運(yùn)動(dòng)，使樹(shù)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(shù)脂相內(nèi)形成一種類似高分子電解質(zhì)的“溶液”，外來(lái)離子擴(kuò)散入樹(shù)脂相，便能置換這些反離子，而發(fā)生。

（2）交換反應(yīng)

所以，被吸附在樹(shù)脂上，而被解吸進(jìn)入溶液中，這就是離子交換樹(shù)脂上的離子交換過(guò)程，也可稱作吸附和吸解過(guò)程。

7. 離子交換樹(shù)脂物理性質(zhì)：

7.1外觀

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

（2）形狀：一般均呈球形。樹(shù)脂呈球狀顆粒數(shù)占顆粒總數(shù)的百分率，稱為圓球率。對(duì)于交換柱水處理工藝來(lái)說(shuō)，圓球率愈大愈好，它一般應(yīng)達(dá)90%以上。

7.2粒度

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

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

7.3密度

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

（2）視體積V視：將含平衡水的樹(shù)脂裝入量筒，敲擊振動(dòng)使體積極小，得樹(shù)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(shù)脂本身的密度。

此值一般為1.6左右，在實(shí)用意義不大，常用在研究樹(shù)脂性能方面。

（4）濕真密度：指樹(shù)脂在水中經(jīng)過(guò)充分膨脹后，樹(shù)脂顆粒的密度

（5）濕視密度：指樹(shù)脂在水中充分膨脹后的堆積密度

濕視密度用來(lái)計(jì)算交換器中裝載樹(shù)脂時(shí)所需濕樹(shù)脂的質(zhì)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(tuán)的多少及樹(shù)脂孔隙的大小。對(duì)凝膠型樹(shù)脂，交聯(lián)度對(duì)含水量的影響比較大。

7.5溶脹性

當(dāng)將干的離子交換樹(shù)脂浸入水中時(shí),其體積常常要變大,這種現(xiàn)象稱為溶脹。

影響溶脹率大小的因素有以下幾種：

（1）溶劑。樹(shù)脂在極性溶劑中的溶脹性，通常比在非極性溶劑中強(qiáng)。

（2）交聯(lián)度。高交聯(lián)度樹(shù)脂的溶脹能力較低。

（3）活性基團(tuán)。此基團(tuán)愈易電離，樹(shù)脂的溶脹性愈強(qiáng)。

（4）交換容量。高交換容量離子交換樹(shù)脂的溶脹性要比低交換容量的強(qiáng)。

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

（6）可交換離子的本質(zhì)?？山粨Q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(guò)程中會(huì)發(fā)生脹縮現(xiàn)象，多次的脹縮就容易促使樹(shù)脂顆粒碎裂。

7.6耐磨性

一般，其機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)能保證每年的樹(shù)脂耗損量不超過(guò)3%～7%。

7.7溶解性

離子交換樹(shù)脂含有的少量低聚物較易溶解。離子交換樹(shù)脂在使用中，有時(shí)也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變成膠體漸漸溶入水中的現(xiàn)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(yīng)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(wú)機(jī)離子交換劑的耐輻射性能較好，而樹(shù)脂均易降解，其中又以陰樹(shù)脂為嚴(yán)重。

 7.11導(dǎo)電性

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

8.離子交換樹(shù)脂化學(xué)性質(zhì)

8.1酸堿性

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

8.2交聯(lián)度

使各個(gè)單體交聯(lián)而形成樹(shù)脂交聚物的物質(zhì)稱交聚劑，樹(shù)脂中含交聚劑的重量百分?jǐn)?shù)稱交聯(lián)度。交聯(lián)度大小反映了樹(shù)脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間空隙的大小。交聯(lián)度大，樹(shù)脂間空隙??；交聯(lián)度小，空隙大。不同空隙大小影響了離子交換的速度和對(duì)不同離子的選擇性。

8.3交換容量

離子交換樹(shù)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(shù)脂中所有活性基團(tuán)的總量，即將樹(shù)脂中所有活性基團(tuán)全部再生成某種可交換的離子，然后測(cè)定其全部交換下來(lái)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(shí)際運(yùn)行條件下測(cè)得的交換容量，就是把離子交換樹(shù)脂放在動(dòng)態(tài)交換柱中，通過(guò)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(shù)脂*再生后，求它和一定組成的水溶液作用到平衡狀態(tài)時(shí)的交換容量，稱為平衡交換容量。

8.4離子交換樹(shù)脂的選擇性與化學(xué)穩(wěn)定性

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

化學(xué)穩(wěn)定性：主要指耐化學(xué)試劑、耐氧化、耐輻射的性能。

8.5離子交換反應(yīng)的可逆性

離子交換反應(yīng)的可逆性，是離子交換樹(shù)脂可以反復(fù)使用的重要性質(zhì)。

8.6中和與水解

離子交換樹(shù)脂的中和與水解的性能和通常的電解質(zhì)一樣。

9.離子交換速度

離子交換過(guò)程，是在水中離子和離子交換樹(shù)脂的可交換基團(tuán)間進(jìn)行的。離子交換化學(xué)反應(yīng)本身的速度，一般是很快的，所以通常說(shuō)的離子交換速度，不單指此種化學(xué)反應(yīng)，而是表示水溶液中離子濃度改變的速度。

影響陽(yáng)離子交換速度的一些因素：

（1）樹(shù)脂交換基團(tuán)。離子間化學(xué)反應(yīng)速度是很快的，樹(shù)脂交換基團(tuán)的不同一般并不影響交換速度。但對(duì)于會(huì)形成弱電解質(zhì)的離子交換樹(shù)脂，情況就不同。

（2）樹(shù)脂的交聯(lián)度。樹(shù)脂的交聯(lián)度越大，網(wǎng)孔越小，則其顆粒內(nèi)擴(kuò)散越慢，交換速度就越慢，當(dāng)水中有粒徑較大的離子存在時(shí)，對(duì)交換速度影響就更為顯著。

（3）樹(shù)脂的顆粒。樹(shù)脂顆粒越小，交換速度越快。

（4）溶液的濃度。濃度越大，擴(kuò)散速度越快。

（5）水溫。提高水溫能同時(shí)加快內(nèi)擴(kuò)散和膜擴(kuò)散。

（6） 攪拌或提高流速。交換過(guò)程中的攪拌或提高水的流速，只能加快擴(kuò)散，但不能影響內(nèi)擴(kuò)散。

（7）離子的本性。它對(duì)內(nèi)擴(kuò)散的速度影響較大，離子水合半徑越大，內(nèi)擴(kuò)散越慢；離子電荷數(shù)越多，內(nèi)擴(kuò)散越慢，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，陽(yáng)離子增加一個(gè)電荷，其內(nèi)擴(kuò)散速度約減慢為原來(lái)的1／10。

10.應(yīng)用

水處理（復(fù)合床式離子交換法除鹽、陰陽(yáng)離子交換樹(shù)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(yáng)離子樹(shù)脂無(wú)效）

稀土元素和超鈾元素的分離（陽(yáng)離子交換樹(shù)脂）

镎中除釷（陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、根據(jù)離子吸附在陽(yáng)離子樹(shù)脂上能力的強(qiáng)弱）