發(fā)布時(shí)間：2021-10-19
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離子交換劑的分類，組成及結(jié)構(gòu)
按母體材質(zhì)不同，離子交換劑可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類。
無(wú)機(jī)離子交換劑包括天然沸石和合成沸石。是一類硅質(zhì)的陽(yáng)離子交換劑。成本低，但不能在酸性條件下使用。
有機(jī)離子交換劑包括磺化煤和各種離子交換樹(shù)脂?；腔菏菬熋夯蚝置航?jīng)發(fā)煙硫酸碳化處理后制成的陽(yáng)離子交換劑，成本適中，但交換容量低，機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性較差。目前在水處理中廣泛使用的是離子交換樹(shù)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(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性都好，但成本較高。
離子交換樹(shù)脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為不溶性樹(shù)脂母體和活性基團(tuán)兩部分。樹(shù)脂母體為有機(jī)化化合物和交聯(lián)劑組成的高分子共聚物。交聯(lián)劑的作用是使樹(shù)脂母體形成主體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)劑與單體的重量比的百分?jǐn)?shù)稱為交聯(lián)度。活性基團(tuán)由起交換作用的離子和與樹(shù)脂母體聯(lián)結(jié)的固定離子組成。
制造離子交換樹(shù)脂的方法有兩種。（1）直接聚會(huì)有機(jī)電解質(zhì)，如由異丁烯酸和二乙烯苯（交聯(lián)劑）直接聚合成按酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。這種方法制備的樹(shù)脂質(zhì)量均勻。（2）先聚合單體有機(jī)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(lián)劑）共聚得交聯(lián)聚苯乙烯：
此種聚合物沒(méi)有活性基因，稱為白球。將白球用濃硫酸磺化，可得磷酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（RSO3H）：
其中—SO3H是活性基團(tuán)，H-是可交換離子。如將白球氯甲基化和胺化，則得到陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。由此可見(jiàn)，采用（2）法制備離子交換樹(shù)脂可以靈活選擇活性基因，不受單體性質(zhì)限制、且易于控制交聯(lián)度。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂內(nèi)的活性基團(tuán)是酸性的，而陰離子交換樹(shù)脂內(nèi)的活性基團(tuán)是堿性的。根據(jù)其酸堿性的強(qiáng)弱，可將樹(shù)脂分為強(qiáng)酸（RSO3H）、弱酸（RCOOH）、強(qiáng)堿（R4NOH）、弱堿（RnNH3OH，n=1～3)四類?；钭』鶊F(tuán)中的H+和OH-可分別用Na+和Cl-替換，因此，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂又有氫型和鈉型之分；陰離子交換樹(shù)脂又有氫氧型和氯型之分。有時(shí)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(shù)脂。如氧化還原樹(shù)脂，含流基、氫醌基；兩性樹(shù)脂，同時(shí)合羧酸基和叔胺基；螫合樹(shù)脂，含胺羧基等。
離子交換樹(shù)脂具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，按其孔隙特征，可分凝膠型和大孔型。兩者的區(qū)別在于結(jié)構(gòu)中孔隙的大小。凝膠型樹(shù)脂不具有物理孔隙，只有在侵入水中時(shí)才顯示其分子鏈間的網(wǎng)狀孔隙；而大孔樹(shù)脂無(wú)論在干態(tài)或濕態(tài)，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(shù)脂吸附能力大，交換速度快，溶脹性小。
