离子交换树脂

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《实用精细化工辞典》第917页（2013字）

离子交换树脂是指具有三维网状结构、不溶于水及溶剂的高分子基体(骨架)，在此基体中有以化学键连接的、可与其他物质进行离子交换的活性官能团，这类树脂的总称。

其特点是离子交换树脂本身固相中的离子可与被交换溶液中的液相离子进行可逆交换，而高分子基体不发生变化。早在1935年英国B．A．亚当斯发现了苯酚磺酸与甲醛的聚合物有交换阳离子的功能，此后开发了一系列的离子交换树脂。

离子交换树脂根据其物理性质，可分为：“凝胶树脂”、“大孔径树脂”、“离子交换膜”等。

根据构成离子交换树脂基体的物质可分为：“苯乙烯离子交换树脂”、“丙烯酸离子交换树脂”、“酚醛离子交换树脂”、“氟碳磺酸离子交换树脂”等。

通常是按离子交换树脂的活性官能团的性质来分类的，分为：强酸性、中等酸性、弱酸性、强碱性、氧化还原性及螯合性。

(1)凡含有酸性活性官能团者，如－SO₃H、－COOH、－PO(OH)₂等，均可同溶液中的阳离子进行交换，称为“阳离子交换树脂”［1］，其中含－SO₃H者其酸性与硫酸相近，称为强酸性阳离子交换树脂”；含－PO(OH)者，其酸性与磷酸相近，称为中等酸性阳离子交换树脂；含－COOH者，其酸性与乙酸相近，称为“弱酸性离子交换树脂”。

强酸性离子交换树脂可在整个pH范围内进行离子交换。

(2)凡含有碱性活性官能团者，如－NH₂、－NHR、－NR₂、=NH、－NR₃OH等，均可同溶液中的阴离子起交换反应，称为“阴离子交换树脂”［2］，其中含－NR₃OH者，其碱性与苛性碱相近，称为“强碱性阴离子交换树脂”，能与水中极弱的阴离子进行交换，因树脂上的羟基与氮原子的结合力很弱，故很容易与金属盐起复分解作用，形成碱性很强的溶液。这种强碱性阴离子交换树脂可在整个pH范围内使用；含伯胺、仲胺、叔胺基者，可在较低的pH范围内进行离子交换，称为“弱碱性离子交换树脂”，其碱性与氨相近，能吸附溶液里的酸而成盐，与强酸和高价酸的结合力强，热稳定性差，抗氧化能力弱。

(3)凡含有氧化还原活性官能团者，如醌类、硫醇类、吡啶类、二茂铁类及吩噻类等，它们可以在适当的条件下与溶液中的物质进行可逆的电子得失反应，称为“氧化还原交换树脂”(详见该条)。

(4)凡同时含有酸性及碱性活性官能团，可与溶液中的阳离子或阴离子进行交换者，称为“两性离子交换树脂”，这类交换树脂应在特定条件下使用。

(5)能从含有金属离子的溶液中以离子键或配位键的形式，有选择地螯合特定的金属离子的树脂，称为螯合树脂(详见该条)，这种树脂中活性官能团有多个供电子基，此供电子基可与高价阳离子作用，形成螯合物。

离子交换树脂的使用范围广泛，可用于纯水制备、脱盐、硬水软化等水处理；蔗糖和甜菜糖的精制、异构化糖的分离精制；磷酸、乙酸的精制；福尔马林、甘油等有机药物的精制；抗菌素的提纯；奶制品、酒类等的精制；氨基酸的分离提纯；聚乙酸乙酯和脂肪酸酯的水解催化剂、丙烯水合催化剂、蔗糖转化催化剂；双酚A的纯化；回收电镀液中的铬、锌、铜等；回收显影液中的银；提取及浓缩铀；有机合成催化剂；固定化酶的载体；分析化学用的离子交换柱；提纯稀土元素和贵金属；外消旋物的拆分，固相合成，精细化学品的分离与提纯等。

制法：①乙烯单体与二乙烯基在水中悬浮聚合而制得球状交联聚合物(基体)后，再使离子交换基(活性官能团)结合在交联聚合物上。

基体中的二乙烯苯的比例(以质量分数%表示)称为交联度。若交联度小，离子交换树脂在水中的膨胀润度增大，则离子交换速度迅速增加；相反，若二乙烯基苯量增加，树脂变硬，对离子的选择性增加。这种制造方法，可利用增减二乙烯基苯的量来调节高分子链间的网目。

由于大孔径离子交换树脂在交换吸附性能力、使用强度、抗污染能力以及抗氧化作用方面均较凝胶型树脂优异，因而获得广泛应用。必将逐渐取代凝胶型离子交换树脂。

②如欲制备大孔型聚苯乙烯系离子交换树脂时，以液态石蜡作为致孔剂，将液态石蜡和苯乙烯、二乙烯基苯单体一起悬浮共聚，制得珠状基体(珠体)，然后用石油醚等作为萃取剂，将石蜡从珠体中萃取出来，最后进行活性基的引入(磺化或胺化)，即可制得大孔径离子交换树脂。