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離子交換樹脂的分類,組成及結構

發布時間:2021-10-19
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離子交換劑的分類,組成及結構

按母體材質不同,離子交換劑可分為無機和有機兩大類。

無機離子交換劑包括天然沸石和合成沸石。是一類硅質的陽離子交換劑。成本低,但不能在酸性條件下使用。

有機離子交換劑包括磺化煤和各種離子交換樹脂?;腔菏菬熋夯蚝置航洶l煙硫酸碳化處理后制成的陽離子交換劑,成本適中,但交換容量低,機械強度和化學穩定性較差。目前在水處理中廣泛使用的是離子交換樹脂,它具有交換容量高(是沸石和磺化煤的8倍以上);球形顆粒,水流阻力小,交換速度快;機械強度和化學穩定性都好,但成本較高。

離子交換樹脂的化學結構可分為不溶性樹脂母體和活性基團兩部分。樹脂母體為有機化化合物和交聯劑組成的高分子共聚物。交聯劑的作用是使樹脂母體形成主體的網狀結構。交聯劑與單體的重量比的百分數稱為交聯度?;钚曰鶊F由起交換作用的離子和與樹脂母體聯結的固定離子組成。

制造離子交換樹脂的方法有兩種。(1)直接聚會有機電解質,如由異丁烯酸和二乙烯苯(交聯劑)直接聚合成按酸型陽離子交換樹脂。這種方法制備的樹脂質量均勻。(2)先聚合單體有機物,然后在聚合物上接入活性基因。如由苯乙烯和二乙烯苯(交聯劑)共聚得交聯聚苯乙烯:

此種聚合物沒有活性基因,稱為白球。將白球用濃硫酸磺化,可得磷酸型陽離子交換樹脂(RSO3H):

其中—SO3H是活性基團,H-是可交換離子。如將白球氯甲基化和胺化,則得到陽離子交換樹脂。由此可見,采用(2)法制備離子交換樹脂可以靈活選擇活性基因,不受單體性質限制、且易于控制交聯度。陽離子交換樹脂內的活性基團是酸性的,而陰離子交換樹脂內的活性基團是堿性的。根據其酸堿性的強弱,可將樹脂分為強酸(RSO3H)、弱酸(RCOOH)、強堿(R4NOH)、弱堿(RnNH3OH,n=1~3)四類?;钭』鶊F中的H+和OH-可分別用Na+和Cl-替換,因此,陽離子交換樹脂又有氫型和鈉型之分;陰離子交換樹脂又有氫氧型和氯型之分。有時也把鈉型和氫型稱為鹽型。

此外,還有一些具有特殊活性基因的離子交換樹脂。如氧化還原樹脂,含流基、氫醌基;兩性樹脂,同時合羧酸基和叔胺基;螫合樹脂,含胺羧基等。

離子交換樹脂具有立體網狀結構,按其孔隙特征,可分凝膠型和大孔型。兩者的區別在于結構中孔隙的大小。凝膠型樹脂不具有物理孔隙,只有在侵入水中時才顯示其分子鏈間的網狀孔隙;而大孔樹脂無論在干態或濕態,用電子顯微鏡都能看到孔隙,其孔徑為(200~10000)×10-10m,而凝膠型孔徑僅(20~40)×10-10m。因此,大孔樹脂吸附能力大,交換速度快,溶脹性小。


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