60年代后期，离子交换树脂除了在品种和性能等方面得到 了进一步的发展，更为突出的是应用得到迅速的发展。除了传 统的水的脱盐、软化外，在分离、纯化、脱色、催化等方面得 到广泛的应用。
从离子交换树脂出发，还引申发展了一些很重要的功能高
分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、聚合物固
载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。这一最传统的功能高分
2.2离子交换树脂的结构
如右图所示，离子交换树脂是一 类带有可离子化基团的三维网状 高分子。
材料树脂由三部分组成： ❖ 三维空间结构的网络骨架 ❖ 骨架上连接的可离子化的功能基团 ❖ 功能基团上吸附的可交换的离子
聚苯乙烯型阳离子 交换树脂的示意图
6
2、离子交换树脂的概念
2.3 离子交换的原理 离子交换过程是被分离组H分+（即被提取、被纯化N的a+离子或分子）在水
Holmes的发明，带有磺酸基和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产并
在水的脱盐中得到了应用。
1944年 D’Alelio 合成了具有优良物理和化学性能的磺化苯乙烯-二乙 烯
苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的
基础。
此后，Dow化学公司的 Bauman 等人开发了苯乙烯系磺酸型强酸性离
阳离子交换树脂
强酸型 例：R—SO3H 中酸型 例：R—PO(OH)2 弱酸型 例：R—COOH
阴离子交换树脂
强碱型 例：R3—NCl
弱碱型 例：R—NH2、R—NR’H、R—
NR’2
8
3、离子交换树脂的分类
❖ 阳离子交换树脂大都含有磺酸基(—SO3H)、羧基 (—COOH)或苯酚基(—C6H4OH)等酸性基团，其中的氢离子能 与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。
R-N(CH3)3OH＋Cl-R
N(CH3)3Cl＋OH-
9
3、离子交换树脂的分类
3.2 按树脂的物理结构分类
凝胶型 大孔型
载体型
不同物理结构离子交换树脂的模型
10
3、离子交换树脂的分类
❖ 凝胶型离子交换树脂：外观透明、具有均相高分子凝胶结构。在水中 会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，可供无机小分子自由地通过 离子。这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中，分子链紧缩，无机小分 子无法通过，将丧失离子交换功能。
子材料正以崭新的姿态在21世纪发挥重要的作用。
4
2、离子交换树脂的概念
2.1离子交换树脂的定义
离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维 网 状高分子材料，其外形一般为颗粒状。
不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机 溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。
常见的离子交换树脂的粒径为0.3～1.2nm。
5
2、离子交换树脂的概念
溶液与固体交换剂之间发生的一种化学计量分配过程，该过程遵循离固一液
非均相扩散传质的普遍规律而又不同于传统分离过程。
子
阳离子交换树脂
阳离子交换树脂
交 换
Na当Cl 与溶液接触时，离子交换剂会与溶液中的特定离子进行交换，原即离 子交换树脂上的可交换离子（OH阳- 离子或阴离子）被溶Cl-液中带同种电理示荷的特
离子交换树脂简介
1
❖ 离子交换树脂发展历史 ❖ 离子交换树脂的概念 ❖ 离子交换树脂的分类 ❖ 离子交换树脂离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料1935年英国Adams和
Holmes发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，
开创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子领域。根据Adams和
例如,苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳
离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表
树脂母体，其交换原理为 ：
2R-SO3H＋Ca2+
(R—SO3)2Ca＋2H+
硬水软化 的原理
❖或亚阴胺离基子(—交N换H2树)等脂碱含性有基季团胺。基它[-们N(在CH水3)中3O能H生]、成胺O基H-(离—子NH，2)可 与各种阴离子起交换作用，其交换原理为：
子交换树脂并实现了工业化；Rohm & Hass公司的Kunin等人则进一步研
制了强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。
这些离子交换树脂除应用于水的脱盐精制外，还用于药物提取纯化、稀土
元素的分离纯化、蔗糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。
3
1、离子交换树脂发展历史
20世纪50年代末，国内外诸多单位几乎同时合成出大孔型 离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换 树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点，因此 很快得到广泛的应用。
定离子取代，而不溶性固体骨架在这一交换过程中不发生任何化学意变化。
图
阴离子交换树脂
阴离子交换树脂
该过程一般可以用方程式表达为:R-B+A+ → R-A+B+（R代表树脂中
除
可交换离子以外的其它部分，即惰性骨架与圆定基团；B为可交换离子；
A+
7
为待分离组分)。
3、离子交换树脂的分类
3.1 按交换基团的性质分类
离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆 中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选 性和选矿效率。
4.3 海洋资源利用
利用离子交换树脂，可从许多海洋生物(例如海带)中提取碘、溴、镁 等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，用离子交换树脂以海水制取淡水 是十分经济和方便的.
11
3、离子交换树脂的分类
3.3 按基体的种类分类
苯乙烯树脂：
丙烯酸树脂：
12
4、离子交换树脂的应用
4.1 水处理
水处理包括水质的软化、 水的脱盐和高纯水的制备等。 水处理是离子交换树脂最基本 的用途之一。
13
4、离子交换树脂的应用
4.2 冶金工业
离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍等超铀元素、 稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、提纯和回收方面 均起着十分重要的作用。
❖ 大孔型离子交换树脂：外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。 即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起 离子交换和吸附作用。比表面积大，因此其吸附功能十分显著。
❖ 载体型离子交换树脂：一种特殊用途树脂，主要用作液相色谱的固定 相。一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃珠等表面上制成。它可经受 液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。