离子交换树酯的功能作用与应用领域及注意事项！

 

 

一、知识简介

 

离子交换树脂（Ion-exchange Resin），又名离子交换高分子化合物（Ion-exchange Polymer），是一种利用了固定的高分子化合物来达成离子交换的物质。虽然IUPAC强烈建议不要使用“离子交换树脂”这个名字去替代“离子交换高分子化合物”，但市面上的商品仍然普遍采用这名字。

 

二、作用原理

 

离子交换树脂的原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程：离子交换树脂作用环境中的水溶液中，含有的金属阳离子（Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，在水中易生成H+离子)上的H+ 进行离子交换，使得溶液中的阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中，（即为阳离子交换树脂原理）；水溶液中的阴离子(Cl-、HCO3-等)与阴离子交换树脂（含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团，在水中易生成OH-离子）上的OH-进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH-交换到水中，（即为阴离子交换树脂原理）。而H+与OH-相结合生成水，从而达到脱盐的目的。

 

三、主要用途

 

离子交换树脂一般采用螯合树脂来达成，但亦有其他类型的高分子化合物。它普遍用于物质的分离、净化及除污染等过程，常见于食水的软化及净化。例如：美国国家健康管理局（NSF）指定的食水软化技术（NSF/ANSI 44），就是采用离子交换树脂来达成。这比采用天然或人工合成的沸石来滤水更有弹性。

 

四、主要功能

 

1、离子交换

 

离子交换树脂的最基本的功能是离子交换。树脂与电解质溶液接触时，树脂粒子内部的反离子离解，并与进入树脂内的溶液中的离子发生离子交换反应。离子交换反应通常是可逆平衡，其反应方向受树脂交换基团的性质、溶液中离子的性质、浓度，溶液pH值、温度等因素影响。利用这种可逆平衡性质，离子交换树脂可以再生而反复使用。但对于螯合树脂和对某种离子具有较大选择性的树脂，交换反应一般不可逆，必须采取其他的方式使被交换吸附的离子解吸。

 

2、脱水作用

 

离子交换树脂中的交换基团是强极性基团且具亲水性，所以干燥的树脂有很强的吸水作用。干燥的强酸性阳离子交换树脂可用于各种有机溶剂的脱水。

 

3、催化作用

 

离子交换树脂就是高分子酸、碱，所以它和一般低分子酸、碱一样对某些有机化学反应起催化作用。特别是大孔离子交换树脂已广泛用于催化酯化反应、烷基化反应、烯烃水合、缩醛化反应、水解反应、脱水反应（开环反应）以及综合反应等。离子交换树脂作催化剂的优点是反应生成物与催化剂易于分离，后处理简化，树脂对设备没有腐蚀性等。

 

4、脱色作用

 

色素多具阴离子性或弱极性，可以用离子交换树脂除去。特别是大孔型树脂脱色作用强，可作为优良的脱色剂，如葡萄糖、蔗糖、甜菜糖等的脱色精制用离子交换树脂效果很好。它作为脱色剂与活性炭比较，其优点是可反复使用，周期长，使用方便。

 

5、吸附作用

 

离子交换树脂具有从溶液中吸附非电解质物质的功能，这种功能与非离子型吸附剂的吸附行为有类似之处。它的吸附作用是可逆的，选用适当的溶剂使其解吸。大孔型离子交换树脂不仅可以从极性溶剂中吸附弱极性或非极性物质，而且可以从非极性溶剂中吸附弱极性物质，还可作为气体吸附剂。

 

五、应用领域

 

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、制药行业

 

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。近年还在中药提成等方面有所研究。

 

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。

 

六、注意事项

 

1、离子交换树脂含有一定水份，不宜露天存放，储运过程中应保持湿润，以免风干脱水，使树脂破碎，如贮存过程中树脂脱水了，应先用浓食盐水（10%）浸泡，再逐渐稀释，不得直接放入水中，以免树脂急剧膨胀而破碎。

 

2、冬季储运使用中，应保持在5-40的温度环境中，避免过冷或过热，影响质量，若冬季没有保温设备时，可将树脂贮存在食盐水中，食盐水浓度可根据气温而定。

 

3、离子交换树脂的工业产品中，常含有少量低聚合物和未参加反应的单体，还含有铁、铅、铜等无机杂质，当树脂与水、酸、碱或其它溶液接触时，上述物质就会转入溶液中，影响出水质量，因此，新树脂在使用前必须进行预处理，一般先用水使树脂充分膨胀，然后，对其中的无机杂质（主要是铁的化合物）可用4-5%的稀盐酸除去，有机杂质可用2-4%稀氢氧化钠溶液除去，洗到近中性即可。如在医药制备中使用，须用乙醇浸泡处理。

 

4、树脂在使用中，防止与金属（如铁、铜等）油污、有机分子微生物、强氧化剂等接触，免使离子交换能力降低，甚至失去功能，因此，须根据情况对树脂进行不定期的活化处理，活化方法可根据污染情况和条件而定，一般阳树脂在软化中易受Fe的污染可用盐酸浸泡，然后逐步稀释，阴树脂易受有机物污染，可用10%NaCl+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗，必要时可用1%双氧水溶液泡数分钟，其它，也可采用酸碱交替处理法，漂白处理法，酒精处理及各种灭菌法等等。

 

5、新树脂的预处理：离子交换树脂的工业产品中，常含有少量低聚物和未参加反应的单体，还含有铁、铅、铜等无机杂质。当树脂与水、酸、碱或其它溶液接触时，上述物质就会转入溶液中，影响出水质量。因此，新树脂在使用前必须进行预处理。一般先用水使树脂膨胀，然后，对其中的无机杂质（主要是铁的化合物）可用4-5%的稀盐酸除去，有机杂质可用2-4%稀氢氧化钠溶液除去洗到近中性即可。

 

七、保存方法

 

离子交换树脂不能露天存放，存放处的温度为0-40，当存放处温度稍低于0时，应向包装袋内加入澄清的饱和食盐水、浸泡树脂。此外，当存放处温度过高时，不但使树脂易于脱水，还会加速阴树脂的降解。一旦树脂失水，使用时不能直接加水，可用澄清的饱和食盐水浸泡，然后再逐步加水稀释，洗去盐分，贮存期间应使其保持湿润。