三  離子交換的基本原理

離子交換的選擇性定義為離子交換劑對(duì)于某些離子顯示優(yōu)先活性的性質(zhì)。離子交換樹(shù)脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹(shù)脂吸附，但吸著后要把它置換下來(lái)就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來(lái)卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹(shù)脂對(duì)水中不同離子的選擇性與樹(shù)脂的交聯(lián)度、交換基團(tuán)、可交換離子的性質(zhì)、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關(guān)。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團(tuán)上的可交換離子發(fā)生交換。一般來(lái)說(shuō)，離子交換樹(shù)脂對(duì)價(jià)數(shù)較高的離子的選擇性較大。對(duì)于同價(jià)離子，則對(duì)離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價(jià)的金屬離子中，原子序數(shù)較大的離子其水合半徑較小，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)其的選擇性較大。對(duì)于強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，它對(duì)一些離子的選擇性順序?yàn)椋篎e3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但是這種可逆反應(yīng)并不是在均相溶液中進(jìn)行的，而是在固態(tài)的樹(shù)脂和溶液的接觸界面間發(fā)生的。這種反應(yīng)的可逆性使離子交換樹(shù)脂可以反復(fù)使用。 MB20樹(shù)脂上海純超環(huán)保高性價(jià)比的選擇。浙江廠家供應(yīng)MB20樹(shù)脂型號(hào)

(２) 樹(shù)脂的密度

樹(shù)脂在干燥時(shí)的密度稱為真密度。濕樹(shù)脂每單位體積(連顆粒間空隙)的重量稱為視密度。樹(shù)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(shù)脂的密度較**酸性或強(qiáng)堿性樹(shù)脂的密度高于弱酸或弱堿性者，而大孔型樹(shù)脂的密度則較低。例如，苯乙烯系凝膠型強(qiáng)酸陽(yáng)離子樹(shù)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(yáng)離子樹(shù)脂的真密度為1.19g/mL，視密度為0.75g/mL。

(３) 樹(shù)脂的溶解性

離子交換樹(shù)脂應(yīng)為不溶性物質(zhì)。但樹(shù)脂在合成過(guò)程中夾雜的聚合度較低的物質(zhì)，及樹(shù)脂分解生成的物質(zhì)，會(huì)在工作運(yùn)行時(shí)溶解出來(lái)。交聯(lián)度較低和含活性基團(tuán)多的樹(shù)脂，溶解傾向較大 。

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3、離子交換樹(shù)脂的物理結(jié)構(gòu)

離子樹(shù)脂常分為凝膠型和大孔型兩類。

凝膠型樹(shù)脂的高分子骨架，在干燥的情況下內(nèi)部沒(méi)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(shù)脂的平均孔徑為2～4nm(2×10－6 ～4×10－6mm)。

這類樹(shù)脂較適合用于吸附無(wú)機(jī)離子，它們的直徑較小，一般為0.3～0.6nm。這類樹(shù)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(shù)脂的顯微孔隙中。

1、離子交換樹(shù)脂的基本類型

(１) 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂

這類樹(shù)脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹(shù)脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3－，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹(shù)脂中的H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng)酸性樹(shù)脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。

樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹(shù)脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來(lái)狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹(shù)脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹(shù)脂放出被吸附的陽(yáng)離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來(lái)的組成。

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一. 離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)

離子交換樹(shù)脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如下圖所示。由三部分組成，分別是：

(1) 高分子骨架 由交聯(lián)的高分子聚合物組成：

(2)離子交換基團(tuán) 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(tuán)或帶有極性的非離子型官能團(tuán)；

(3)孔 它是在干態(tài)和濕態(tài)的離子交換樹(shù)脂中都存在的高分子結(jié)構(gòu)中的孔(凝膠

孔)和高分子結(jié)構(gòu)之間的孔(毛細(xì)孔)。

在交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子基體(骨架)上，以化學(xué)鍵結(jié)合著許多交換基團(tuán)，這些交換基團(tuán)也是由兩部分組成：固定部分和活動(dòng)部分。交換基團(tuán)中的固定部分被束縛在高分子的基體上，不能自由移動(dòng)，所以稱為固定離子；交換基團(tuán)的活動(dòng)部分則是與固定離子以離子鍵結(jié)合的符號(hào)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(dòng)的離子，在一定條件下，它能與符號(hào)相同的其他反離子發(fā)生交換反應(yīng)。 浙江廠家供應(yīng)MB20樹(shù)脂型號(hào)

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