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离子交换树脂基体的组成

离子交换树脂的基体(matrix)，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类，它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应，形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。苯乙烯系树脂是先使用的，丙烯酸系树脂则用得较后。
这两类树脂的吸附性能都很好，但有不同特点。丙烯酸系树脂能交换吸附大多数离子型色素，脱色容量大，而且吸附物较易洗脱，便于再生，在糖厂中可用作主要的脱色树脂。苯乙烯系树脂擅长吸附芳香族物质，善于吸附糖汁中的多酚类色素(包括带负电的或不带电的)；但在再生时较难洗脱。因此，糖液先用丙烯酸树脂进行粗脱色，再用苯乙烯树脂进行精脱色，可充分发挥两者的长处。
树脂的交联度，即树脂基体聚合时所用二乙烯苯的百分数，对树脂的性质有很大影响。通常，交联度高的树脂聚合得比较紧密，坚牢而耐用，密度较高，内部空隙较少，对离子的选择性较强；而交联度低的树脂孔隙较大，脱色能力较强，反应速度较快，但在工作时的膨胀性较大，机械强度稍低，比较脆而易碎。工业应用的离子树脂的交联度一般不低于4%；用于脱色的树脂的交联度一般不高于8%；单纯用于吸附无机离子的树脂，其交联度可较高。
除上述苯乙烯系和丙烯酸系这两大系列以外，离子交换树脂还可由其他有机单体聚合制成。如酚醛系(FP)、环氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等。

1．离子交换树脂发展史
离子交换剂是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂（如沸石）和有机离子交换剂。有机离子交换剂又称离子交换树脂。
在第二次世界大战中，美国获得了化学与物理性能较缩聚型离子交换树脂稳定而且经济的苯乙烯系和丙烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创了当今离子交换树脂制造方法的基础。
我国在1950年以后开始离子交换树脂的研究，1958年，离子交换树脂在国内正式投入工业化生产。目前，我国离子交换树脂生产的品种已超过60种，质量不断提高，在我国的经济建设中起着重要的作用。

2．离子交换树脂的组成
离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，其结构由三部分组成：不溶性的三维空间网状骨架，连接在骨架上的功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。

3．离子交换树脂的分类
按骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型两大类。
按其所带的交换功能基的特性，可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和其他树脂。
按功能基上酸或碱的强弱程度分为强酸阳离子交换树脂、弱酸阳离子交换树脂；强碱阴离子交换树脂、弱碱阴离子交换树脂。
4．离子交换树脂的名称及命名方法

5．离子交换树脂的实际应用
1）水处理
水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
2）食品工业
离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。
3）制药工业
离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。
4）合成化学和石油化学工业
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。
甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。
5）环境保护
离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
6）湿法冶金及其他
离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。
6．各种类型离子交换树脂常用再生剂及其用量
7．离子交换树脂性能降解原因
树脂在长期使用中，性能会逐渐下降，表现为出水（即产品）质量降低。影响树脂性能降解的因素很复杂，如树脂体积减少，交换能力下降，球粒裂纹增多，破碎流失等，造成上述现象的原因不外是：
（1）胀缩内应力不均。在使用中树脂内部由于溶胀及收缩变化的不均匀，局部结构中应力不平衡，造成断链裂解。
（2）氧化破坏。体系中的氧化剂，包括酸、碱、溶剂等对树脂骨架及功能基的破坏。
（3）杂质污染。水中杂质堵塞了树脂的内部孔道，阻挡交换吸附。
8．离子交换树脂使用前为什么要进行预处理
新树脂常含有反应溶剂、未参加反应的物质和少量低分子量的聚合物、铁、铅、铜等杂质。当树脂与水、酸、碱或其它溶液相接触时，上述可溶性杂质就会转入溶液中，在使用初期污染出水水质。因此，新树脂在投运前要进行预处理，转换为指定的离子型式。 .

9．离子交换树脂如何进行预处理
（1）阳离子交换树脂的预处理步骤
首先用清水对树脂进行冲洗（最好为反洗）洗至出水清澈无混浊、无杂质为止。而后用4~5%的HCl和NaOH在交换柱中依次交替浸泡2~4小时，在酸碱之间用大量清水淋洗（最好用混合床高纯度去离子水进行淋洗）至出水接近中性，如此重复2~3次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理应用4~5%的HCl溶液进行，用量加倍效果更好。放尽酸液，用清水淋洗至中性即可待用。
（2）阴离子交换树脂的预处理步骤
首先用清水对树脂进行冲洗（最好为反洗），洗至出水清澈无混浊、无杂质为止。而后用4 ~5%的NaOH和HCl在交换柱中依次交替浸泡2 ~4小时，在碱酸之间用大量清水淋洗（最好用混合床高纯度去离子水进行淋洗）至出水接近中性，如此重复2~3次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理应用4~5%的NaOH溶液进行，用量加倍效果更好。放尽碱液，用清水淋洗至中性即可待用。
（3）应用于医药、食品行业的树脂，预处理最好先用乙醇浸泡，而后再用酸碱进行交替处理，大量清水淋洗至中性待用。
（4）各种树脂因品种、用途不一，预处理的方法也有区别，预处理时的酸碱浓度及接触时间等，可具体参考各型号树脂的介绍。
（5）预处理中最后一次通过交换柱的是酸还是碱，决定于使用时所要求的离子型式。
（6）为了保证所要求的离子型式的彻底转换，所用的酸、碱应是过量的。
10．离子交换树脂贮存、运输应注意什么
（1）离子交换树脂内含有一定量的水份，在贮存和运输过程中应保持这部分水份。离子交换树脂在贮存中若出现脱水，使用前应先将其浸入浓度为10%左右的食盐溶液中，使其缓慢充分膨胀后，再用清水逐渐稀释。切忌将脱水的树脂直接浸入水中，以免树脂体积急剧膨胀而破碎。
（2）离子交换树脂暂不使用时，应以下述离子型式贮存：阳离子交换树脂为钠（Na）型；阴离子交换树脂为氯（Cl）型；弱碱阴离子交换树脂为游离胺型。
（3）离子交换树脂在贮存过程中应防止铁锈、油污、强氧化剂，有机物的污染，以免发生氧化降解、中毒等事故。
（4）离子交换树脂在贮存及运输过程中，应尽量保持5~40℃的温度环境，避免过冷或过热造成树脂被冻裂或加速微生物繁殖而影响产品质量，降低产品性能。
（5）在冬季如没有保温装置，也可将树脂贮存在食盐水中，食盐水的浓度可根据气温而定，避免结冰。

11．离子交换树脂运转中的暂停注意事项
在通液或解吸的过程中，为了保持数据的稳定，应尽量避免中途停车。至于反洗、再生、淋洗等其它辅助性操作，则随时都可以停车，但要注意管道闸门关闭，不让液体流干，避免树脂露出液面，否则，不但将气泡引入树脂层，影响后续工作，而且还会使树脂氧化变质。

12．离子交换树脂在使用中的注意事项
（1）避免干燥、热，避免以硝酸根的型式贮存；
（2）要检验好酸浓度、树脂量、温度、通液时间、流速等情况；
（3）避免污染物引入；
（4）警报系统要经常检查，阀门管道要可靠；
（5）使用的再生剂等材料要稳定；
（6）停车时设备要开口，树脂按规定要求存放。

13．树脂的污染、中毒与活化
离子交换树脂在长期的使用过程中易受悬浮物质、胶体物质、有机物、细菌和金属的污染，使离子交换能力下降，甚至报废。对此，根据不同情况，对离子交换树脂采取针对性的活化方法。一般金属污染和胶体物质污染，可用稀酸液浸泡、淋洗的方法进行活化。其它也可采用灭菌法、酸碱交替处理法进行活化。
14．判别离子交换树脂铁污染的程度