簡述離子交換樹脂的化學結構

㈠ 離子交換樹脂的結構分析

紅外——考察基團結構；元素分析——分析元素組成；核磁共振和交換容量等都做做看

㈡ 離子交換樹脂的物理結構

離子樹脂常分為凝膠型和大孔型兩類。
凝膠型樹脂的高分子骨架，在乾燥的情況下內部沒有毛細孔。它在吸水時潤脹，在大分子鏈節間形成很微細的孔隙，通常稱為顯微孔（micro-pore）。濕潤樹脂的平均孔徑為2～4nm（2×10－6 ～4×10－6mm）。這類樹脂較適合用於吸附無機離子，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物質，因後者的尺寸較大，如蛋白質分子直徑為5～20nm，不能進入這類樹脂的顯微孔隙中。
大孔型樹脂是在聚合反應時加入致孔劑，形成多孔海綿狀構造的骨架，內部有大量永久性的微孔，再導入交換基團製成。它並存有微細孔和大網孔（macro-pore），潤濕樹脂的孔徑達100～500nm，其大小和數量都可以在製造時控制。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，縮短了離子擴散的路程，還增加了許多鏈節活性中心，通過分子間的范德華引力（van de Waals force）產生分子吸附作用，能夠象活性炭那樣吸附各種非離子性物質，擴大它的功能。一些不帶交換功能團的大孔型樹脂也能夠吸附、分離多種物質，例如化工廠廢水中的酚類物。
大孔樹脂內部的孔隙又多又大，表面積很大，活性中心多，離子擴散速度快，離子交換速度也快很多，約比凝膠型樹脂快約十倍。使用時的作用快、效率高，所需處理時間縮短。大孔樹脂還有多種優點：耐溶脹，不易碎裂，耐氧化，耐磨損，耐熱及耐溫度變化，以及對有機大分子物質較易吸附和交換，因而抗污染力強，並較容易再生。

㈢ 離子交換樹脂是什麼

離子交換樹脂是帶有官能團（有交換離子的活性基團）、具有網狀結構、不溶性的高分子化合物。通常是球形顆粒物。

㈣ 離子交換樹脂的交換原理

離子交換樹脂的內部結構，由三部分組成，分別是：

1、高分子骨。

由交聯的高分子聚合物組成；

2、離子交換基團。

它連在高分子骨架上，帶有可交換的離子（稱為反離子）的離子型官能團或帶有極性的非離子型官能團；

3、孔。

它是在干態和濕態的離子交換樹脂中都存在的高分子結構中的孔（凝膠孔）和高分子結構之間的孔（毛細孔）。

在交聯結構的高分子基體（骨架）上，以化學鍵結合著許多交換基團。這些交換基團也是由兩部分組成：固定部分和活動部分。

交換基團中的固定部分被束縛在高分子的基體上，不能自由移動，所以稱為固定離子；交換基團的活動部分則是與固定離子以離子鍵結合的符號相反的離子，稱為反離子或可交換離子。反離子在溶液中可以離解成自由移動的離子，在一定條件下，它能與符號相同的其他反離子發生交換反應。

1、離子交換的選擇性定義：

離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著後要置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。

離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於強酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的，而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。

2、以001×7強酸陽離子交換樹脂為例說明：

001×7強酸陽離子交換樹脂是一種凝膠型離子交換樹脂，其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道，孔道裡面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當原水當中的Ca2+，Mg2+等陽離子-擴散到樹脂的孔道中時，由於該樹脂對Ca2+，Mg2+等陽離子選擇性強於對H+的選擇性，所以H+就與進入樹脂孔道中的Ca2+，Mg2+等陽離子發生快速的交換反應，Ca2+，Mg2+等陽離子被固定到樹脂交換基團上面，被交換下來的H+向樹脂的孔道中-擴散，最終擴散到水中。

（1）邊界水膜內的擴散

水中的Ca2+，Mg2+等陽離子向樹脂顆粒表面遷移，並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面；

（2）交聯網孔內的擴散（或稱孔道擴散）

Ca2+，Mg2+等陽離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔，並進行擴散，到達交換點；

（03）離子交換

Ca2+，Mg2+等陽離子與樹脂基團上的可交換的H+進行交換反應；

（4）交聯網孔內的擴散

被交換下來的H+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散。

（5）邊界水膜內的擴散

最終擴散到水中。

鑒於離子交換樹脂反應的可逆性，反應後的樹脂通過處理，重新轉化為原來的離子交換樹脂，這樣又可以進入下一循環，其循環次數視所用樹脂類型不同而定。

㈤ 離子交換樹脂的工作原理

離子交換樹脂是一類帶有功能基的網狀結構的高分子化合物，它由不溶性的三維空間網狀骨架、連接在骨架上的功能基團和功能基團上帶有相反電荷的可交換離子三部分構成。
離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂、
陰離子交換樹脂和兩性離子交換樹脂。
離子交換樹脂不溶於水和一般溶劑。
大多數製成顆粒狀，也有一些製成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm
范圍內，大部分在0.4～0.6mm之間。
它們有較高的機械強度(堅牢性)，化學性質也很穩定，在正常情況下有較長的使用壽命。
按化學活性基團首先區分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類。
陽離子樹脂又分為強酸性和弱酸性兩類。
陰離子樹脂又分為強鹼性和弱鹼性兩類。
離子交換樹脂的工作原理
在離子交換過程中，水中的陽離子（如Na+、Ca2+、
K+、
Mg2+、Fe3+等）與陽離子交換樹脂上的H+
進行交換，水中陽離子被轉移到樹脂上，而樹脂上的H+交換到水中。
水中的陰離子（如Cl-、HCO3-等）與陰離子交換樹脂上的OH-進行交換，水中陰離子被轉移到樹脂上，而樹脂上的OH-
交換到水中。而H+
與OH-
相結合生成水，從而達到脫鹽的目的。
離子交換機理：化學吸附
歷程：
與液固相反應的歷程類似，
①溶液內離子擴散至樹脂表面，
②由表面擴散到樹脂內部，
③離子交換，
④被交換的離子從樹脂內部擴散至表面，
⑤被交換的離子再擴散至溶液中，
控制步驟為內擴散。
(1)
強酸性陽離子樹脂
這類樹脂含有大量的強酸性基團，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強酸性。樹脂離解後，本體所含的負電基團，如SO3－，能吸附結合溶液中的其他陽離子。這兩個反應使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強，在酸性或鹼性溶液中均能離解和產生離子交換作用。
樹脂在使用一段時間後，要進行再生處理，即用化學葯品使離子交換反應以相反方向進行，使樹脂的官能基團回復原來狀態，以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理，此時樹脂放出被吸附的陽離子，再與H+結合而恢復原來的組成。(2)
弱酸性陽離子樹脂這類樹脂含弱酸性基團，如羧基－COOH，能在水中離解出H+
而呈酸性。樹脂離解後餘下的負電基團，如R-COO－(R為碳氫基團)，能與溶液中的其他陽離子吸附結合，從而產生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進行離子交換，只能在鹼性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。這類樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)。(3)
強鹼性陰離子樹脂這類樹脂含有強鹼性基團，如季胺基(亦稱四級胺基)－NR3OH(R為碳氫基團)，能在水中離解出OH－而呈強鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。
這種樹脂的離解性很強，在不同pH下都能正常工作。它用強鹼(如NaOH)進行再生。
(4)
弱鹼性陰離子樹脂這類樹脂含有弱鹼性基團，如伯胺基(亦稱一級胺基)-NH2、仲胺基(二級胺基)-NHR、或叔胺基(三級胺基)-NR2，它們在水中能離解出OH－而呈弱鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。這種樹脂在多數情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進行再生。

㈥ 關於離子交換樹脂的介紹

離子交換樹脂可以根據其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。樹脂中化學活性基團的種類決定了樹脂的主要性質和類別。首先區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行離子交換。陽離子樹脂又分為強酸性和弱酸性兩類，陰離子樹脂又分為強鹼性和弱鹼性兩類 (或再分出中強酸和中強鹼性類)。

強酸性陽離子樹脂
這類樹脂含有大量的強酸性基團，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強酸性。樹脂離解後，本體所含的負電基團，如SO3－，能吸附結合溶液中的其他陽離子。這兩個 離子交換樹脂
反應使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強，在酸性或鹼性溶液中均能離解和產生離子交換作用。 樹脂在使用一段時間後，要進行再生處理，即用化學葯品使離子交換反應以相反方向進行，使樹脂的官能基團回復原來狀態，以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強酸進行再生處理，此時樹脂放出被吸附的陽離子，再與H+結合而恢復原來的組成。
弱酸性陽離子樹脂
這類樹脂含弱酸性基團，如羧基－COOH，能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解後餘下的負電基團，如R-COO－(R為碳氫基團)，能與溶液中的其他陽離子吸附結合，從而產生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進行離子交換，只能在鹼性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。這類樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)。
強鹼性陰離子樹脂
這類樹脂含有強鹼性基團，如季胺基(亦稱四級胺基)－NR3OH(R為碳氫基團)，能在水中離解出OH－而呈強鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。 這種樹脂的離解性很強，在不同pH下都能正常工作。它用強鹼(如NaOH)進行再生。
弱鹼性陰離子樹脂
這類樹脂含有弱鹼性基團，如伯胺基(亦稱一級胺基)-NH2、仲胺基(二級胺基)-NHR、或叔胺基(三級胺基)-NR2，它們在水中能離解出OH－而呈弱鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液 離子交換樹脂
中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。這種樹脂在多數情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進行再生。

㈦ 離子交換樹脂如何概述

離子交換樹脂的結構是怎樣的?

離子交換樹脂主要由高分子骨架和活性基團兩部分組成。

(1)高分子骨架 高分子骨架也稱母體結構。它是具有網狀結構，不溶於酸或鹼的高分子化合物。高分子骨架按其聚合單體，可以分為苯乙烯型和丙烯酸型等。

(2)活性基團 活性基團是由牢固地結合在高分子骨架上不能自由移動的官能團離子和可以自由移動的可交換離子兩部分組成的：

1. 官能團離子。官能團離子決定著離子交換樹脂的「酸性」或「鹼性」和交換能力的強弱。

2. 官能團是強酸性的，就叫強酸性離子交換樹脂。官能團離子是強酸性的，就叫強鹼性離子交換樹脂。
   

3. 同樣，按官能團離子的性質，還有弱酸的、弱鹼和其他類型的離子交換樹脂
   

4. 可交換離子現代交換理論，把離子交換樹脂看作是一種膠體型物質，高分子骨架是「膠核」，活性基團則作為高分子骨架的「雙電層」。其中官能團和部分交換離子組成「吸附層」，另一部分可交換離子組成「擴散層」。由於可交換離子是可以自由移動的，因而可以與水中同符號的離子發生交換反應。

如果離子交換樹脂上的可交換離子為陽離子，就叫H型陽離子交換樹脂。同樣，如果可交換離子為陰離子，就叫OH型陰離子交換樹脂。其餘可依此類推

㈧ 離子交換樹脂的結構有什麼特點

離子交換樹脂是帶有可交換離子功能基團的具有三維網孔結構的高分子聚合物，其能夠與溶液中相應的陽離子或陰離子發生交換作用，達到吸附去除或富集提取的目的。

離子交換樹脂的結構由三部分組成：不溶性的三維空間網狀高分子骨架、連接在高分子骨架上的功能基團以及功能基團上所帶的可交換離子。

離子交換樹脂按照組成其分子骨架的物質不同，分為苯乙烯系、丙烯酸系、環氧系等；按照其可交換的離子性質分類，可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，而陽離子交換樹脂又可分為強酸陽離子交換樹脂與弱酸陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂又可分為強鹼陰離子交換樹脂與弱鹼陰離子交換樹脂；按照其內部孔道結構的不同，可分為大孔型離子交換樹脂與凝膠型離子交換樹脂。

（1）強酸陽離子交換樹脂

強酸陽離子交換樹脂分子骨架上帶有強酸性基團（如磺酸基－SO3H），在溶液中，強酸基團易離解出H+，故呈強酸性；而強酸功能基團上的負電基團（如－SO3—），能吸附結合溶液中的其他陽離子，使樹脂功能基團上解離的H+與溶液中的其他陽離子發生交換作用。強酸陽離子交換樹脂因其強酸功能基團解離能力強，因此，在酸性或鹼性溶液中功能基團均能發生解離並產生離子交換作用。

（2）弱酸陽離子交換樹脂

弱酸陽離子交換樹脂分子骨架上帶有弱酸性基團（如羧酸基－COOH），在溶液中，弱酸基團同樣可以解離出H+而呈酸性；而弱酸功能基團上的負電基團（如－COO—），能吸附結合溶液中的其他陽離子，使樹脂功能基團上解離的H+與溶液中的其他陽離子發生交換作用。但是因為弱酸陽離子交換樹脂所帶功能基團為弱酸基團，解離性較弱，低pH環境下不利於弱酸基團的解離，因此，弱酸陽離子交換樹脂適合在鹼性、中性或弱酸性溶液中（如pH：5～14）使用。

（3）強鹼陰離子交換樹脂

強鹼陰離子交換樹脂分子骨架上帶有強鹼性基團（如季胺基－NR3OH），強鹼基團能在溶液中離解出OH—而呈強鹼性；而強鹼基團上的正電基團（如－NR3+），能吸附結合溶液中的其他陰離子，使樹脂功能基團上解離的OH—與溶液中的其他陰離子發生交換作用。強鹼陰離子交換樹脂所帶強鹼基團具有很強的解離性能，在不同pH環境下均能正常使用。

（4）弱鹼陰離子交換樹脂

弱鹼陰離子交換樹脂分子骨架上帶有弱鹼基團（如伯胺基－NH2、仲胺基－NHR、叔胺基－NR2），弱鹼基團在溶液中也能解離出OH—而呈弱鹼性；弱鹼基團上的正電基團能吸附結合溶液中的其他陰離子，從而產生陰離子交換作用。因為弱鹼陰離子交換樹脂所帶弱鹼基團的解離性較弱，因此，其適合在中性或酸性條件下（如pH：1～9）下使用。