简述离子交换树脂的化学结构

㈠ 离子交换树脂的结构分析

红外——考察基团结构；元素分析——分析元素组成；核磁共振和交换容量等都做做看

㈡ 离子交换树脂的物理结构

离子树脂常分为凝胶型和大孔型两类。
凝胶型树脂的高分子骨架，在干燥的情况下内部没有毛细孔。它在吸水时润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔（micro-pore）。湿润树脂的平均孔径为2～4nm（2×10－6 ～4×10－6mm）。这类树脂较适合用于吸附无机离子，它们的直径较小，一般为0.3～0.6nm。这类树脂不能吸附大分子有机物质，因后者的尺寸较大，如蛋白质分子直径为5～20nm，不能进入这类树脂的显微孔隙中。
大孔型树脂是在聚合反应时加入致孔剂，形成多孔海绵状构造的骨架，内部有大量永久性的微孔，再导入交换基团制成。它并存有微细孔和大网孔（macro-pore），润湿树脂的孔径达100～500nm，其大小和数量都可以在制造时控制。孔道的表面积可以增大到超过1000m2/g。这不仅为离子交换提供了良好的接触条件，缩短了离子扩散的路程，还增加了许多链节活性中心，通过分子间的范德华引力（van de Waals force）产生分子吸附作用，能够象活性炭那样吸附各种非离子性物质，扩大它的功能。一些不带交换功能团的大孔型树脂也能够吸附、分离多种物质，例如化工厂废水中的酚类物。
大孔树脂内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快，离子交换速度也快很多，约比凝胶型树脂快约十倍。使用时的作用快、效率高，所需处理时间缩短。大孔树脂还有多种优点：耐溶胀，不易碎裂，耐氧化，耐磨损，耐热及耐温度变化，以及对有机大分子物质较易吸附和交换，因而抗污染力强，并较容易再生。

㈢ 离子交换树脂是什么

离子交换树脂是带有官能团（有交换离子的活性基团）、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。通常是球形颗粒物。

㈣ 离子交换树脂的交换原理

离子交换树脂的内部结构，由三部分组成，分别是：

1、高分子骨。

由交联的高分子聚合物组成；

2、离子交换基团。

它连在高分子骨架上，带有可交换的离子（称为反离子）的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团；

3、孔。

它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔（凝胶孔）和高分子结构之间的孔（毛细孔）。

在交联结构的高分子基体（骨架）上，以化学键结合着许多交换基团。这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。

交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。

1、离子交换的选择性定义：

离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。

离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。

2、以001×7强酸阳离子交换树脂为例说明：

001×7强酸阳离子交换树脂是一种凝胶型离子交换树脂，其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道，孔道里面充满了水分子，在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当原水当中的Ca2+，Mg2+等阳离子-扩散到树脂的孔道中时，由于该树脂对Ca2+，Mg2+等阳离子选择性强于对H+的选择性，所以H+就与进入树脂孔道中的Ca2+，Mg2+等阳离子发生快速的交换反应，Ca2+，Mg2+等阳离子被固定到树脂交换基团上面，被交换下来的H+向树脂的孔道中-扩散，最终扩散到水中。

（1）边界水膜内的扩散

水中的Ca2+，Mg2+等阳离子向树脂颗粒表面迁移，并扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面；

（2）交联网孔内的扩散（或称孔道扩散）

Ca2+，Mg2+等阳离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点；

（03）离子交换

Ca2+，Mg2+等阳离子与树脂基团上的可交换的H+进行交换反应；

（4）交联网孔内的扩散

被交换下来的H+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散。

（5）边界水膜内的扩散

最终扩散到水中。

鉴于离子交换树脂反应的可逆性，反应后的树脂通过处理，重新转化为原来的离子交换树脂，这样又可以进入下一循环，其循环次数视所用树脂类型不同而定。

㈤ 离子交换树脂的工作原理

离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成。
离子交换树脂可分为阳离子交换树脂、
阴离子交换树脂和两性离子交换树脂。
离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。
大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm
范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。
它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。
按化学活性基团首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类。
阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类。
阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类。
离子交换树脂的工作原理
在离子交换过程中，水中的阳离子（如Na+、Ca2+、
K+、
Mg2+、Fe3+等）与阳离子交换树脂上的H+
进行交换，水中阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中。
水中的阴离子（如Cl-、HCO3-等）与阴离子交换树脂上的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。而H+
与OH-
相结合生成水，从而达到脱盐的目的。
离子交换机理：化学吸附
历程：
与液固相反应的历程类似，
①溶液内离子扩散至树脂表面，
②由表面扩散到树脂内部，
③离子交换，
④被交换的离子从树脂内部扩散至表面，
⑤被交换的离子再扩散至溶液中，
控制步骤为内扩散。
(1)
强酸性阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。
树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。(2)
弱酸性阳离子树脂这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+
而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。(3)
强碱性阴离子树脂这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。
这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。
(4)
弱碱性阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。

㈥ 关于离子交换树脂的介绍

离子交换树脂可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 (或再分出中强酸和中强碱性类)。

强酸性阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个 离子交换树脂
反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。 树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。
弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
强碱性阴离子树脂
这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。 这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。
弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液 离子交换树脂
中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。

㈦ 离子交换树脂如何概述

离子交换树脂的结构是怎样的?

离子交换树脂主要由高分子骨架和活性基团两部分组成。

(1)高分子骨架 高分子骨架也称母体结构。它是具有网状结构，不溶于酸或碱的高分子化合物。高分子骨架按其聚合单体，可以分为苯乙烯型和丙烯酸型等。

(2)活性基团 活性基团是由牢固地结合在高分子骨架上不能自由移动的官能团离子和可以自由移动的可交换离子两部分组成的：

1. 官能团离子。官能团离子决定着离子交换树脂的“酸性”或“碱性”和交换能力的强弱。

2. 官能团是强酸性的，就叫强酸性离子交换树脂。官能团离子是强酸性的，就叫强碱性离子交换树脂。
   

3. 同样，按官能团离子的性质，还有弱酸的、弱碱和其他类型的离子交换树脂
   

4. 可交换离子现代交换理论，把离子交换树脂看作是一种胶体型物质，高分子骨架是“胶核”，活性基团则作为高分子骨架的“双电层”。其中官能团和部分交换离子组成“吸附层”，另一部分可交换离子组成“扩散层”。由于可交换离子是可以自由移动的，因而可以与水中同符号的离子发生交换反应。

如果离子交换树脂上的可交换离子为阳离子，就叫H型阳离子交换树脂。同样，如果可交换离子为阴离子，就叫OH型阴离子交换树脂。其余可依此类推

㈧ 离子交换树脂的结构有什么特点

离子交换树脂是带有可交换离子功能基团的具有三维网孔结构的高分子聚合物，其能够与溶液中相应的阳离子或阴离子发生交换作用，达到吸附去除或富集提取的目的。

离子交换树脂的结构由三部分组成：不溶性的三维空间网状高分子骨架、连接在高分子骨架上的功能基团以及功能基团上所带的可交换离子。

离子交换树脂按照组成其分子骨架的物质不同，分为苯乙烯系、丙烯酸系、环氧系等；按照其可交换的离子性质分类，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，而阳离子交换树脂又可分为强酸阳离子交换树脂与弱酸阳离子交换树脂，阴离子交换树脂又可分为强碱阴离子交换树脂与弱碱阴离子交换树脂；按照其内部孔道结构的不同，可分为大孔型离子交换树脂与凝胶型离子交换树脂。

（1）强酸阳离子交换树脂

强酸阳离子交换树脂分子骨架上带有强酸性基团（如磺酸基－SO3H），在溶液中，强酸基团易离解出H+，故呈强酸性；而强酸功能基团上的负电基团（如－SO3—），能吸附结合溶液中的其他阳离子，使树脂功能基团上解离的H+与溶液中的其他阳离子发生交换作用。强酸阳离子交换树脂因其强酸功能基团解离能力强，因此，在酸性或碱性溶液中功能基团均能发生解离并产生离子交换作用。

（2）弱酸阳离子交换树脂

弱酸阳离子交换树脂分子骨架上带有弱酸性基团（如羧酸基－COOH），在溶液中，弱酸基团同样可以解离出H+而呈酸性；而弱酸功能基团上的负电基团（如－COO—），能吸附结合溶液中的其他阳离子，使树脂功能基团上解离的H+与溶液中的其他阳离子发生交换作用。但是因为弱酸阳离子交换树脂所带功能基团为弱酸基团，解离性较弱，低pH环境下不利于弱酸基团的解离，因此，弱酸阳离子交换树脂适合在碱性、中性或弱酸性溶液中（如pH：5～14）使用。

（3）强碱阴离子交换树脂

强碱阴离子交换树脂分子骨架上带有强碱性基团（如季胺基－NR3OH），强碱基团能在溶液中离解出OH—而呈强碱性；而强碱基团上的正电基团（如－NR3+），能吸附结合溶液中的其他阴离子，使树脂功能基团上解离的OH—与溶液中的其他阴离子发生交换作用。强碱阴离子交换树脂所带强碱基团具有很强的解离性能，在不同pH环境下均能正常使用。

（4）弱碱阴离子交换树脂

弱碱阴离子交换树脂分子骨架上带有弱碱基团（如伯胺基－NH2、仲胺基－NHR、叔胺基－NR2），弱碱基团在溶液中也能解离出OH—而呈弱碱性；弱碱基团上的正电基团能吸附结合溶液中的其他阴离子，从而产生阴离子交换作用。因为弱碱阴离子交换树脂所带弱碱基团的解离性较弱，因此，其适合在中性或酸性条件下（如pH：1～9）下使用。