A+ AB++
A+
B+
阳离子交换：R A B R B A
阴离子交换： R A B R B A
离子交换剂分类
无机离子交换剂
天然沸石 人造沸石
有机离子交换剂 (离子交换树脂)
高分子聚合物电解质 使用最为广泛的一种离子交换剂
第二节 离子交换树脂
树脂的网络骨架
阳离子交换树脂结构
骨架(母体)
酸碱性:
酸型阳树脂在水中电离出H+ 碱型阴树脂在水中电离出OH-
再生：
离子交换反应的可逆性交换的逆反应
e.g. 称取1g强酸型干树脂，置于250mL锥形瓶中， 准确加入0.1 mol.L-1 NaOH标准溶液100 mL，塞 紧后振荡，放置过夜，移取上层清液25 mL，以 酚酞为指示剂，用0.1mol.L-1HCl标液12.5 mL滴 定至红色消失，计算树脂交换容量。
孔隙结构分凝胶型和大孔型两种
具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”
酸性树脂：名称前加“阳” 碱性树脂：名称前加“阴” e.g. 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂
型号以三位阿拉伯数字组成
第一位数字代表产品的分类 第二位数字代表骨架的差异 第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异 大孔树脂：型号前加“D” 凝胶型树脂：交联度值在型号后用“×”号连接数字
阳离子交换树脂
强酸性： RSO 3HMe RSO 3MeH 弱酸性： RCO OMH e RCOO H M
母体 活性基团
阴离子交换树脂
可交换离子
强碱性：RN (C3)H 3O H A RN (C3)H 3A OH 弱碱性：RN3O H H A RN3A H OH
离子交换树脂的分类(con’d)
离子交换树脂的分类(con’d)
根据树脂的交联度
交联度：交联剂在树脂单体总量中所占质量分数
二乙烯苯（交联剂）
低交联度：2~4% 一般交联度：7~8% 高交联度：12~20% 最常用：7-12%
苯乙烯长链
《离子交换树脂分类、命名及型号》 (GB1631-79) 命名原则
全名称由分类名称、骨架名称、基本名称组成：
膨胀的现象 其它：机械强度、耐热性、孔结构
离子交换树脂化学性能
交换选择性：离子交换树脂对水溶液或 废水中某种离子优先交换的性能
强酸型阳离子交换树脂
不同价态：电荷越高，亲和力越大 Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）
离子价态相同：亲和力随着水合离子半径减小而增大 一价离子：Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Cs+＜Ag+ 二价离子：Mg2+＜Zn2+＜Cu2+＜Ca2+＜Pb2+＜Ba2+
根据树脂类型和孔结构：
凝胶型树脂：
干燥：内部无毛细孔 吸水：润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙(2-4 nm) 适合于吸附无机离子。
大孔型树脂：
有大量永久性微细孔和大网孔，润湿后孔径100～500nm 表面积大，活性中心多，离子扩散速度快，使用时的作用
快、效率高，所需处理 时间缩短 易吸附和交换有机大分子物质 抗污染力强，较容易再生
骨架
酚醛树脂
+
-
-
-+
+
-+
-
+
活动离子 活性基团
固定离子
OH + CH2O
聚乙烯树脂 交联剂
C H =C H 2
C H =C H 2
+
C H =C H 2
活性基团
酸性基团(-SO3H, -COOH) 碱性基团(-NR2, -N+R3) 特 殊基团
聚乙烯树脂
离子交换树脂的分类
根据树脂功能基团的性质：
离子交换树脂的命名及型号(con’d)
● ● ● ×● 凝 胶 型
交联度数值 顺序号 骨架代号
分类代号
００１×７
交联度为7%的强酸 性苯乙烯系凝胶型阳 离子交换树脂
大Ｄ●●● 孔 型
顺序号 骨架代号 分类代号
大孔型代号
Ｄ315
大孔型弱碱性丙烯 酸阴离子透明或半透明珠体； 大孔型： 乳白色或不透明珠体。
稀土元素：亲和力随原子序数增大而减小
离子交换树脂化学性能(con’d)
弱酸型阳离子交换树脂
H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型
强碱型阴离子交换树脂
F-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO-＜C1-＜NO2-＜ CN-＜Br-＜NO3-＜HSO4-＜I-＜CrO42-＜SO42＜柠檬酸根离子
交换容c量 NaOV ＝ HNaOHcHCVlHCl 干树脂(g质 ) 量
交换容量＝ (cV）NaOH(cV)HCl12050 m树脂(g)
0.11000.112.5100
25 5(mmo.lg1)
1
离子交换平衡
n R A B n R nB nn A
离子交换平衡选择常数K
弱碱型阴离子交换树脂
F-＜C1-＜Br-＜I-＜CH3COO-＜PO43-＜AsO43＜NO3-＜酒石酸根离子＜ CrO42-＜SO42-＜OH-
离子交换树脂化学性能(con’d)
交换容量：
单位质量的干离子或湿离子交换剂所能吸附的一 价离子的物质的量(mmol)
总交换容量 > 平衡交换容量 > 工作交换容量
华南理工环境科学课件第十五章离子交换文稿演示
华南理工环境科学课件第十五 章离子交换
本章内容
第一节：概述 第二节：离子交换树脂 第三节：离子交换工艺过程及设备 第四节：离子交换系统的设计和应用
第一节：概述
离子交换法：借助于离子交换剂上的 离子和水中的离子进行交换反应而除 去水中有害离子的方法。
特点：
去除率高，可浓缩回收后用物质，设备 简单，操作容易
对预处理要求高，其应用受离子交换剂 品种、性能、成本的限制。
离子交换过程
A+
B+
A+
B+
AB++
B+ A+
AB++
B+ AB++
A+
B+
A+ AB++
A+ AB++ B+
A+ AB++
B+
AB++
A+ B+
AB++
AB+ +
A+
B+ AB++
粒度：0.3 ~ 1.2 m，影响交换速度，水流阻力和反洗 密度
湿真密度：树脂在水中充分溶解后的质量与真体积(不包括颗 粒孔隙体积)之比(1.04 ~ 1.3 g/L)
湿视密度：树脂在水中溶解后的质量和堆积体积之比 (0.60 ~ 0.85 g/ml)。
含水量：0.60 ~ 0.85g/ml 溶胀性：活性基团的水合作用使交联网孔增大，体积