編輯本段簡(jiǎn)介

離子交換法（ion exchange process）是液相中的離子和固相中離子間所進(jìn)行的的一種可逆性化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時(shí),，便會(huì)被離子交換固體吸附，為維持水溶液的電中性,，所以離子交換固體必須釋出等價(jià)離子回溶液中。離子交換樹脂一般呈現(xiàn)多孔狀或顆粒狀，其大小約為0.5~1.0mm,，其離子交換能力依其交換能力特征可分：1. 強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂：主要含有強(qiáng)酸性的反應(yīng)基如磺酸基（－SO3H），此離子交換樹脂可以交換所有的陽離子,。2. 弱酸型陽離子交換樹脂：具有較弱的反應(yīng)基如羧基（－COOH基）,，此離子交換樹脂僅可交換弱堿中的陽離子如Ca2+、Mg2+,，對(duì)于強(qiáng)堿中的離子如Na+,、K+等無法進(jìn)行交換。

編輯本段種類和性能

離子交換樹脂在現(xiàn)代制糖工業(yè)中起著很重要的作用。世界上許多糖廠制造精糖和高級(jí)食用糖漿,，多數(shù)使用離子交換樹脂將糖液脫色提純，而過去傳統(tǒng)用骨炭的精煉糖廠亦有逐漸轉(zhuǎn)向使用離子交換樹脂的趨勢(shì),。離子交換技術(shù)有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史,，某些天然物質(zhì)如泡沸石和用煤經(jīng)過磺化制得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是,，隨著現(xiàn)代有機(jī)合成工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,，研究制成了許多種性能優(yōu)良的離子交換樹脂，并開發(fā)了多種新的應(yīng)用方法,，離子交換技術(shù)迅速發(fā)展,，在許多行業(yè)特別是*產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用,。近年國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的樹脂品種達(dá)數(shù)百種，年產(chǎn)量數(shù)十萬噸,。在工業(yè)應(yīng)用中,，離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)主要是處理能力大,，脫色范圍廣，脫色容量高,，能除去各種不同的離子，可以反復(fù)再生使用,，工作壽命長(zhǎng),，運(yùn)行費(fèi)用較低（雖然一次投入費(fèi)用較大）。以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù),，如色譜分離法,、離子排斥法,、電滲析法等,，各具*的功能,，可以進(jìn)行各種特殊的工作,，是其他方法難以做到的,。離子交換技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還在迅速發(fā)展之中,。離子交換樹脂的應(yīng)用,，是近年國(guó)內(nèi)外制糖工業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)研究課題，是糖業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志,。膜分離技術(shù)在糖業(yè)的應(yīng)用也受到廣泛的研究,。離子交換樹脂都是用有機(jī)合成方法制成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸（酯）,，通過聚合反應(yīng)生成具有三維空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架,，再在骨架上導(dǎo)入不同類型的化學(xué)活性基團(tuán)（通常為酸性或堿性基團(tuán)）而制成。離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑,。大多數(shù)制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范圍內(nèi),，大部分在0.4～0.6mm之間,。它們有較高的機(jī)械強(qiáng)度（堅(jiān)牢性）,，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定,，在正常情況下有較長(zhǎng)的使用壽命,。離子交換樹脂中含有一種（或幾種）化學(xué)活性基團(tuán),，它即是交換官能團(tuán)，在水溶液中能離解出某些陽離子（如h 或na ）或陰離子（如oh－或cl－）,，同時(shí)吸附溶液中原來存有的其他陽離子或陰離子,。即樹脂中的離子與溶液中的離子互相交換，從而將溶液中的離子分離出來,。樹脂中化學(xué)活性基團(tuán)的種類決定了樹脂的主要性質(zhì)和類別,。首先區(qū)分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類，它們可分別與溶液中的陽離子和陰離子進(jìn)行離子交換,。陽離子樹脂又分為強(qiáng)酸性和弱酸性兩類,，陰離子樹脂又分為強(qiáng)堿性和弱堿性兩類 （或再分出中強(qiáng)酸和中強(qiáng)堿性類）。離子交換樹脂根據(jù)其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂,，及根據(jù)樹脂的物理結(jié)構(gòu)分為凝膠型和大孔型,。離子交換樹脂的品種很多，因化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同而具有不同的功能和特性,，適應(yīng)于不同的用途,。應(yīng)用樹脂要根據(jù)工藝要求和物料的性質(zhì)選用適當(dāng)?shù)念愋秃推贩N。

編輯本段基體組成

離子交換樹脂的基體（matrix）,，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸（酯）兩大類,，它們分別與交聯(lián)劑二乙烯苯產(chǎn)生聚合反應(yīng)，形成具有長(zhǎng)分子主鏈及交聯(lián)橫鏈的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的聚合物,。苯乙烯系樹脂是先使用的,，丙烯酸系樹脂則用得較后。這兩類樹脂的吸附性能都很好,，但有不同特點(diǎn),。丙烯酸系樹脂能交換吸附大多數(shù)離子型色素，脫色容量大,，而且吸附物較易洗脫,，便于再生,，在糖廠中可用作主要的脫色樹脂。苯乙烯系樹脂擅長(zhǎng)吸附芳香族物質(zhì),，善于吸附糖汁中的多酚類色素（包括帶負(fù)電的或不帶電的）,；但在再生時(shí)較難洗脫。因此,，糖液先用丙烯酸樹脂進(jìn)行粗脫色,，再用苯乙烯樹脂進(jìn)行精脫色，可充分發(fā)揮兩者的長(zhǎng)處,。樹脂的交聯(lián)度,，即樹脂基體聚合時(shí)所用二乙烯苯的百分?jǐn)?shù)，對(duì)樹脂的性質(zhì)有很大影響,。通常,，交聯(lián)度高的樹脂聚合得比較緊密，堅(jiān)牢而耐用,，密度較高,，內(nèi)部空隙較少，對(duì)離子的選擇性較強(qiáng),；而交聯(lián)度低的樹脂孔隙較大,，脫色能力較強(qiáng)，反應(yīng)速度較快,，但在工作時(shí)的膨脹性較大,，機(jī)械強(qiáng)度稍低，比較脆而易碎,。工業(yè)應(yīng)用的離子樹脂的交聯(lián)度一般不低于4%；用于脫色的樹脂的交聯(lián)度一般不高于8%,；單純用于吸附無機(jī)離子的樹脂,，其交聯(lián)度可較高。除上述苯乙烯系和丙烯酸系這兩大系列以外,，離子交換樹脂還可由其他有機(jī)單體聚合制成,。如酚醛系（fp）、環(huán)氧系（epa）,、乙烯吡啶系（vp）,、脲醛系（ua）等。

編輯本段物理結(jié)構(gòu)

離子樹脂常分為凝膠型和大孔型兩類,。

凝膠型樹脂

凝膠型樹脂的高分子骨架,，在干燥的情況下內(nèi)部沒有毛細(xì)孔。它在吸水時(shí)潤(rùn)脹,，在大分子鏈節(jié)間形成很微細(xì)的孔隙,，通常稱為顯微孔（micro-pore）,。濕潤(rùn)樹脂的平均孔徑為2～4nm（2×10－6 ～4×10－6mm）。這類樹脂較適合用于吸附無機(jī)離子,，它們的直徑較小,，一般為0.3～0.6nm。這類樹脂不能吸附大分子有機(jī)物質(zhì),，因后者的尺寸較大,，如蛋白質(zhì)分子直徑為5～20nm，不能進(jìn)入這類樹脂的顯微孔隙中,。

大孔型樹脂

大孔型樹脂是在聚合反應(yīng)時(shí)加入致孔劑,，形成多孔海綿狀構(gòu)造的骨架，內(nèi)部有大量*性的微孔,，再導(dǎo)入交換基團(tuán)制成,。它并存有微細(xì)孔和大網(wǎng)孔（macro-pore），潤(rùn)濕樹脂的孔徑達(dá)100～500nm,，其大小和數(shù)量都可以在制造時(shí)控制,。孔道的表面積可以增大到超過1000m2/g,。這不僅為離子交換提供了良好的接觸條件,，縮短了離子擴(kuò)散的路程，還增加了許多鏈節(jié)活性中心,，通過分子間的范德華引力（van de waal's force）產(chǎn)生分子吸附作用,，能夠象活性炭那樣吸附各種非離子性物質(zhì)，擴(kuò)大它的功能,。一些不帶交換功能團(tuán)的大孔型樹脂也能夠吸附,、分離多種物質(zhì)，例如化工廠廢水中的酚類物,。大孔樹脂內(nèi)部的孔隙又多又大,，表面積很大，活性中心多,，離子擴(kuò)散速度快,，離子交換速度也快很多，約比凝膠型樹脂快約十倍,。使用時(shí)的作用快,、效率高，所需處理時(shí)間縮短,。大孔樹脂還有多種優(yōu)點(diǎn)：耐溶脹,，不易碎裂，耐氧化,，耐磨損,，耐熱及耐溫度變化,，以及對(duì)有機(jī)大分子物質(zhì)較易吸附和交換，因而抗污染力強(qiáng),，并較容易再生,。

編輯本段交換容量

離子交換樹脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)的性能，表現(xiàn)在它的“離子交換容量”,，即每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù),，meq/g（干）或 meq/ml（濕）；當(dāng)離子為一價(jià)時(shí),，毫克當(dāng)量數(shù)即是毫克分子數(shù)（對(duì)二價(jià)或多價(jià)離子,，前者為后者乘離子價(jià)數(shù)）。它又有“總交換容量”,、“工作交換容量”和“再生交換容量”等三種表示方式,。1、總交換容量,，表示每單位數(shù)量（重量或體積）樹脂能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)的總量,。2、工作交換容量,，表示樹脂在某一定條件下的離子交換能力,，它與樹脂種類和總交換容量，以及具體工作條件如溶液的組成,、流速,、溫度等因素有關(guān)。3,、再生交換容量,，表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量,表明樹脂中原有化學(xué)基團(tuán)再生復(fù)原的程度。通常,，再生交換容量為總交換容量的50～90%（一般控制70～80%）,，而工作交換容量為再生交換容量的30～90%（對(duì)再生樹脂而言），后一比率亦稱為樹脂的利用率,。在實(shí)際使用中，離子交換樹脂的交換容量包括了吸附容量,，但后者所占的比例因樹脂結(jié)構(gòu)不同而異?，F(xiàn)仍未能分別進(jìn)行計(jì)算，在具體設(shè)計(jì)中,，需憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,，并在實(shí)際運(yùn)行時(shí)復(fù)核之。離子樹脂交換容量的測(cè)定一般以無機(jī)離子進(jìn)行,。這些離子尺寸較小,，能自由擴(kuò)散到樹脂體內(nèi),，與它內(nèi)部的全部交換基團(tuán)起反應(yīng)。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí),，溶液中常含有高分子有機(jī)物,，它們的尺寸較大，難以進(jìn)入樹脂的顯微孔中,，因而實(shí)際的交換容量會(huì)低于用無機(jī)離子測(cè)出的數(shù)值,。這種情況與樹脂的類型、孔的結(jié)構(gòu)尺寸及所處理的物質(zhì)有關(guān),。

編輯本段物理性質(zhì)

離子交換樹脂的顆粒尺寸和有關(guān)的物理性質(zhì)對(duì)它的工作和性能有很大影響,。

樹脂顆粒尺寸

離子交換樹脂通常制成珠狀的小顆粒，它的尺寸也很重要,。樹脂顆粒較細(xì)者,，反應(yīng)速度較大，但細(xì)顆粒對(duì)液體通過的阻力較大,，需要較高的工作壓力,；特別是濃糖液粘度高，這種影響更顯著,。因此,，樹脂顆粒的大小應(yīng)選擇適當(dāng)。如果樹脂粒徑在0.2mm（約為70目）以下,，會(huì)明顯增大流體通過的阻力,，降低流量和生產(chǎn)能力。樹脂顆粒大小的測(cè)定通常用濕篩法,，將樹脂在充分吸水膨脹后進(jìn)行篩分,，累計(jì)其在20、30,、40,、50……目篩網(wǎng)上的留存量，以90%粒子可以通過其相對(duì)應(yīng)的篩孔直徑,，稱為樹脂的“有效粒徑”,。多數(shù)通用的樹脂產(chǎn)品的有效粒徑在0.4～0.6mm之間。樹脂顆粒是否均勻以均勻系數(shù)表示,。它是在測(cè)定樹脂的“有效粒徑”坐標(biāo)圖上取累計(jì)留存量為40%粒子,，相對(duì)應(yīng)的篩孔直徑與有效粒徑的比例。如一種樹脂（ir-120）的有效粒徑為0.4～0.6mm,，它在20目篩,、30目篩及40目篩上留存粒子分別為：18.3%、41.1%、及31.3%,，則計(jì)算得均勻系數(shù)為2.0,。

樹脂的密度

樹脂在干燥時(shí)的密度稱為真密度。濕樹脂每單位體積（連顆粒間空隙）的重量稱為視密度,。樹脂的密度與它的交聯(lián)度和交換基團(tuán)的性質(zhì)有關(guān),。通常，交聯(lián)度高的樹脂的密度較高,，強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性樹脂的密度高于弱酸或弱堿性者,，而大孔型樹脂的密度則較低。例如,，苯乙烯系凝膠型強(qiáng)酸陽離子樹脂的真密度為1.26g/ml,，視密度為0.85g/ml；而丙烯酸系凝膠型弱酸陽離子樹脂的真密度為1.19g/ml,，視密度為0.75g/ml,。（3） 樹脂的溶解性離子交換樹脂應(yīng)為不溶性物質(zhì)。但樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質(zhì),，及樹脂分解生成的物質(zhì),，會(huì)在工作運(yùn)行時(shí)溶解出來。交聯(lián)度較低和含活性基團(tuán)多的樹脂,，溶解傾向較大 ,。

膨脹度

離子交換樹脂含有大量親水基團(tuán)，與水接觸即吸水膨脹,。當(dāng)樹脂中的離子變換時(shí),，如陽離子樹脂由h 轉(zhuǎn)為na ，陰樹脂由cl－轉(zhuǎn)為oh－,，都因離子直徑增大而發(fā)生膨脹,，增大樹脂的體積。通常,，交聯(lián)度低的樹脂的膨脹度較大,。在設(shè)計(jì)離子交換裝置時(shí)，必須考慮樹脂的膨脹度,，以適應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)樹脂中的離子轉(zhuǎn)換發(fā)生的樹脂體積變化,。

耐用性

樹脂顆粒使用時(shí)有轉(zhuǎn)移、磨擦,、膨脹和收縮等變化,，*使用后會(huì)有少量損耗和破碎，故樹脂要有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性,。通常，交聯(lián)度低的樹脂較易碎裂,，但樹脂的耐用性更主要地決定于交聯(lián)結(jié)構(gòu)的均勻程度及其強(qiáng)度,。如大孔樹脂,，具有較高的交聯(lián)度者，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,，能耐反復(fù)再生 ,。

編輯本段注意事項(xiàng)

1、離子交換樹脂含有一定水份,，不宜露天存放,，儲(chǔ)運(yùn)過程中應(yīng)保持濕潤(rùn)，以免風(fēng)干脫水,，使樹脂破碎,，如貯存過程中樹脂脫水了，應(yīng)先用濃食鹽水（10%）浸泡,，再逐漸稀釋,，不得直接放入水中，以免樹脂急劇膨脹而破碎,。2,、 冬季儲(chǔ)運(yùn)使用中，應(yīng)保持在5-40℃的溫度環(huán)境中,，避免過冷或過熱,，影響質(zhì)量，若冬季沒有保溫設(shè)備時(shí),，可將樹脂貯存在食鹽水中,，食鹽水濃度可根據(jù)氣溫而定。3,、 離子交換樹脂的工業(yè)產(chǎn)品中,，常含有少量低聚合物和未參加反應(yīng)的單體，還含有鐵,、鉛,、銅等無機(jī)雜質(zhì)，當(dāng)樹脂與水,、酸,、堿或其它溶液接觸時(shí)，上述物質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)入溶液中,，影響出水質(zhì)量,，因此，新樹脂在使用前必須進(jìn)行預(yù)處理,，一般先用水使樹脂充分膨脹,，然后，對(duì)其中的無機(jī)雜質(zhì)（主要是鐵的化合物）可用4-5%的稀鹽酸除去，有機(jī)雜質(zhì)可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去,，洗到近中性即可,。如在醫(yī)藥制備中使用，須用乙醇浸泡處理,。4,、 樹脂在使用中，防止與金屬（如鐵,、銅等）油污,、有機(jī)分子微生物、強(qiáng)氧化劑等接觸,，免使離子交換能力降低,，甚至失去功能，因此,，須根據(jù)情況對(duì)樹脂進(jìn)行不定期的活化處理,，活化方法可根據(jù)污染情況和條件而定，一般陽樹脂在軟化中易受Fe的污染可用鹽酸浸泡,，然后逐步稀釋,，陰樹脂易受有機(jī)物污染，可用10%NaC1+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗,，必要時(shí)可用1%雙氧水溶液泡數(shù)分鐘,，其它，也可采用酸堿交替處理法,，漂白處理法,，酒精處理及各種滅菌法等等。5,、 新樹脂的預(yù)處理：離子交換樹脂的工業(yè)產(chǎn)品中,，常含有少量低聚物和未參加反應(yīng)的單體，還含有鐵,、鉛,、銅等無機(jī)雜質(zhì)。當(dāng)樹脂與水,、酸,、堿或其它溶液接觸時(shí)，上述物質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)入溶液中,，影響出水質(zhì)量,。因此，新樹脂在使用前必須進(jìn)行預(yù)處理,。一般先用水使樹脂膨脹,，然后,，對(duì)其中的無機(jī)雜質(zhì)（主要是鐵的化合物）可用4-5%的稀鹽酸除去，有機(jī)雜質(zhì)可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去洗到近中性即可,。

編輯本段型號(hào)規(guī)格

001×1 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.5（b）≥0.4 （美）Amberlite IR-116（美）Dowex 50×1 抗菌素提煉,，醫(yī)藥化工等。001×2 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.5（b）≥0.6 （美）Dowex 5×2 抗菌素提煉,，醫(yī)藥化工等。001×3 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.5（b）≥1.0 （日）Diaion SK-103 抗菌素提煉,，醫(yī)藥化工等,。001×4 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.5（b）≥1.3 （美）Amberlite IR-118 高純水制備及抗菌素提煉等。001×7 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.5（b）≥1.8 （美）Amberlite IR-120（美）Dowex 50（俄）KY-2（日）Diaion SK-IA 硬水軟化,，純水制備,，濕法冶金，稀有元素分離,。002×7 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.4（b）≥1.8 - 大粒度,，適于高流速水處理。003×7 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.5（b）≥1.8 - 均勻粒度,，適于氨基酸及稀有元素分離等,。004×7 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.3（b）≥1.6 - 硬水軟化，純水制備等,。001×8 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.5（b）≥2.0 （美）Amberlite IR-120（美）Dowex 50（俄）KY2-8（日）Diaion SK-IB 硬水軟化,，純水制備，濕法冶金,，稀有元素分離,。001×7×7 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.5（b）≥2.0 - 水處理。001×14.5 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥3.8（b）≥2.0 （美）Amberlite ER-124 醫(yī)藥工業(yè),，抗菌素提煉,。D072 大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.2（b）≥1.4 （美）Amberlyst-15（日）Diaion HPK-16 有機(jī)反應(yīng)催化，高速混床水處理等,。D061 大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.2（b）≥1.4 - 食品工業(yè),，氨基酸提煉，有機(jī)反應(yīng)催化,，水處理等,。D001-CC 大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.1（b）≥1.6 - 有機(jī)反應(yīng)催化，生物提煉氨基酸提煉等,。NKC-9 大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.7（b）≥1.5 （美）Amberlyst 15 有機(jī)反應(yīng)催化,。D001SS 大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 （a）≥4.2（b）≥2.0 - 制糖工業(yè)糖汁脫鈣，膨脹率小,。+全交換量：（a） 毫摩爾/克（干）?。╞） 毫摩爾/毫升（濕）*樹脂結(jié)構(gòu)：Styrene-DVB**功能基：-SO3-