樹脂離子分布

A. 離子交換樹脂分類方法主要有哪4種

1. 根據所帶的功能團的特性，離子交換樹脂可分為：強酸性陽離子樹回脂、弱酸性陽離子樹答脂、強鹼性陰離子樹脂、弱鹼性陰離子樹脂和其它樹脂。

2. 帶有酸性功能基、並能與陽離子進行交換的稱為陽離子交換樹脂，

3. 帶有鹼性功能基並能與陰離子進行交換的稱為陰離子交換樹脂。

4. 基於功能基上酸、鹼有強弱之分，離子交換樹脂又可細分為強酸性（一SO，H）、中強酸（一PO（OH））及弱酸性（一COOH）、強鹼（一N+R，C）、弱鹼性（一NH，，—NRH，-NR）離子交換樹脂。

5. 在強鹼性離子交換樹脂中將含有[（N+（CH3）；Cl）]的樹脂叫強鹼I型樹脂，含有[（N+（CH3）2（CH，CH，0H]的樹脂叫強鹼Ⅱ型樹脂。

6. 帶有鰲合基、氧化還原基、陽陰兩性基的樹脂；分別稱為整合樹脂、氧化還原樹脂和兩性樹脂。

7. 上述樹脂通常都用酸、鹼、鹽再生，而弱酸弱鹼的兩性樹脂可用熱水再生，故弱酸弱鹼的兩性樹脂又稱熱再生樹脂.

B. 離子交換樹脂的結構是什麼樣的什麼是樹脂的交聯度

高分子骨架是由化學單體和交聯體共聚而成。例如常用的聚苯乙烯樹脂回其化學單體為苯答乙烯，交聯劑則為二乙烯苯，共聚後生成球形小顆粒，再將離子交換基團引入。樹脂中引入的離子交換基團不同，其能交換的離子種類也不同。例如當引入磺酸基(-SO3H)時為強酸陽離子交換樹脂，引入羧酸基（-COOH）時為弱酸陽離子交換樹脂，如引入胺基[N(CH3)3OH]時則生成強鹼陰離子交換樹脂，引入亞胺基[N(CH3OH)2]時則生成弱鹼陰離子交換樹脂。
在樹脂中交聯劑的含量會決定樹脂結構的緊密程度，樹脂中含交聯劑的重量%稱為樹脂的交聯度。交聯度愈大，則樹脂網孔愈緊，其含水量小，濕視密度愈大，工交容量愈高，機械強度愈好。

C. 離子交換樹脂的還原方式

離子交換樹脂的還原一般是使用再生劑進行再生，從而達到還原的目的。

陽離子交換樹脂的再生方法：
首先要將陽離子交換樹脂床裡面的水放空，然後關閉全部閥門，只需要打開進酸閥、上排閥，然後將酸泵打開，然後放入酸液，在液面超過樹脂20厘米以上，打開下排，流速和進酸速度相同，流量一般在600-1000L/H左右，酸洗時間最好不要低於40分鍾，酸洗之後可以直接清洗樹脂，首先打開砂過濾和精密過濾，然後放掉酸液，再打開上進和下進，清除掉殘留的酸液，然後關閉樹脂床下進閥，開始進行清洗，清洗時打開樹脂床上排閥，陽床內的水須始終漫過樹脂，不要使樹脂失水。清洗到下排閥出水接近中性為止。
對於污染較嚴重的樹脂，可用鹼性食鹽溶液反復處理，一些報道有提到：某些絡合劑、沉澱劑、增溶劑、氧化劑以及外力等能夠改變樹脂污染物的化學物理環境。在鹽鹼復甦液的基礎上，加入一定濃度的腐殖酸絡合劑、腐殖酸增溶劑、有機物的抗氧化劑及抗靜電作用屏蔽劑等，陰離子吸附樹脂復甦效果有所提高。當採用上述方式再生後制水量任無法達到原來制水置一半時，應考慮更換新樹脂。

陽離子交換樹脂再生劑：
1.再生劑的純度
再生用的葯品質量對陽離子交換樹脂的再生效果有很大的影響，陰陽離子交換樹脂再生採用高純鹼有利於對陰樹脂的再生。根據離子交換平衡原理，對工業鹼與高純鹼質量的理論分析得出，採用高純鹼再生時，其陰床出水Cl一含量僅為工業鹼再生時的1/46。實踐證明，採用高純鹼再生時，樹脂的再生度提高了約77%，樹脂的工作交換容量提高了約13%，同時設備的周期制水量提高了約16 %。
2.再生劑量
離子交換是可逆的，離子交換劑失效後理論上再生1 mol離子量需要再生劑的摩爾量稱為再生比耗(或稱再生水平)，以100%純度再生劑表示。也可用實際再生劑的消耗量與理論需要量的比值來表示，如強鹼陰樹脂需要100%純度NaOH的再生比耗為1.5，即實際再生lmol離子量需要的NaOH量1.5×40是60g(1molNaOH是40g)，也可以說強鹼陰樹脂需要100%純度NaOH的再生比耗(再生水平)為60g/mol。再生比耗與進水水質、樹脂質量、再生方式等因數有關。陽離子交換樹脂首次再生，其再生劑量應是設計再生劑量的1.5~2倍，逆流再生設備在大反洗後的再生劑量要增加10%-50%。

D. 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。

E. 離子交換樹脂的分離原理

原則上和分子集團的大小沒直接關系（有間接關系的），主要看的是被吸附集團的 極性，也就是電子雲的分布。看哪種更適合被樹脂吸附

但是分子基團的大小對電子雲的分布也是有些影響的，所以說有會有間接關系。

F. 按離子交換樹脂的結構如何劃分離子交換樹脂的種類

答：按離子交換樹脂的結構，樹脂可分為：
(1)

凝膠型樹脂：用普通聚合法製成的離版子交換樹脂都是由許權多不規則的網狀高分子構成的，類似凝膠，這種樹脂抗氧化性和機械強度較差，易受有機物污染。
(2)

大孔型樹脂：大孔型樹脂是由小塊凝膠型樹脂構成，孔眼存在於這些小塊凝膠型之間，這樣制出的樹脂內部及表面有大量的網孔，且能除去膠體硅及大型分子化合物，抗有機污染能力也有所提高。
(3)

超凝膠型樹脂：超凝膠型樹脂機械強度較好，可以與大孔型樹脂相比。
(4)

均孔型強鹼型陰樹脂：均孔型強鹼型陰樹脂可以防止有機物中毒，其對有機物的吸者是可逆的，所以不會被污染。

G. 離子交換樹脂再生方式有哪些

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離子交換樹脂再生方式有哪些？
離子交換劑失效後通過再生來恢復離子交換能力，常用再生方式有順流再生與逆流再生。
(一)順流再生
順流再生時原水與再生液流過交換劑層的方向相同。因此在再生液流過交換劑層時首先接觸到的是交換劑層上部完全失效的已包含上部交換劑層被置換出來的離子，影響交換劑層下部的再主度(再生度指離子交換劑層中已再生離子量與全部交換容量的比值)，造成處理水質降低、再生劑耗量增加。順流再生離子交換設備簡單，工作可靠，但受原水水質組分影響大，再生效果換容量不能得到充分利用。而再生後，下部再生度最低，為了提高出水質量和工作交換容量，必須增加再生劑的耗量。
(二)逆流再生
原水從交換器上部進人與再生液的方向相反，逆流再生(也稱對流再生)過程中交換劑層的離子分布狀態
1.逆流再生的優點
與順流再生比較，採用逆流再生提高了再生劑利用率，降低再生劑耗量30%-50%提高出水質量;降低清洗水耗量30%~50%降低再生廢液排放量與排放濃度，排放再生廢液中酸、鹼濃度小於1%，圖3-7為氫離子交換逆流再生廢液流出曲線。

H. 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。

I. 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。

J. 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。