离子交换

出处：按学科分类—自然科学总论 山东人民出版社《方法大辞典》第254页（869字）

溶液通过具有多孔的网状结构固体时，固体中的离子与溶液中的同电荷离子发生等当量交换的化学反应。

这种固体物质叫离子交换剂。当交换剂的固定电荷基团(官能团)带负电时，发生阳离子交换；如果固定官能团带正电时，则发生阴离子交换。沸石就是一种具有离子交换性质的天然阳离子交换剂，但目前最常用的是离子交换树脂，它是一种合成的高分子聚合物，具有立体网状结构，含有固定部分及与其电荷相反的活动部分组成。如果其可活动部分是阳离子，与溶液中的阳离子发生阳离子交换，这种树脂叫阳离子交换树脂；如果可活动部分是阴离子，则与溶液中的阴离子发生阴离子交换，这种树脂叫阴离子交换树脂。树脂使用前要在水中浸泡，水被吸入树脂中，使树脂形成多孔，溶液中的某种离子可以在树脂中进进出出，与树脂中的同种电荷的可活动部分发生等当量交换。

在合成的阳离子交换树脂中，最常用的官能团是磺酸、磷酸、羧酸和苯酚基团，其中磺酸型树脂是强酸性的。

合成的阴离子官能团一般是胺类，当结合的是伯、仲、叔胺时，交换剂是弱碱性的。根据交换基团酸碱性强弱，阴离子交换树脂分强酸性和弱酸型；阴离子交换树脂分强碱型和弱碱型。

离子交换可用来分离不同的离子。分离的依据是(1)能被交换的离子与不能被交换的离子的分离；(2)不同离子其交换能力有不同时的分离，后者需用离子交换层析法。

离子交换树脂的另一重要应用，是水的软化和制备纯水。要纯化的水连续通过装有酸型阳离子交换树脂的交换柱和装有碱型阴离子交换树脂的交换柱时，水中含有的杂质阳及阴离子，先后被交换除去，得到的纯水叫离子交换水或去离子水。

离子交换树脂可交换的离子被全部交换后，就失去再交换的能力，可以用合适的试剂处理使其再生，如酸型阳离子交换树脂可用酸处理；碱式阴离子交换树脂可用碱处理，再生过的树脂就可循环使用。