树脂离子分布

A. 离子交换树脂分类方法主要有哪4种

1. 根据所带的功能团的特性，离子交换树脂可分为：强酸性阳离子树回脂、弱酸性阳离子树答脂、强碱性阴离子树脂、弱碱性阴离子树脂和其它树脂。

2. 带有酸性功能基、并能与阳离子进行交换的称为阳离子交换树脂，

3. 带有碱性功能基并能与阴离子进行交换的称为阴离子交换树脂。

4. 基于功能基上酸、碱有强弱之分，离子交换树脂又可细分为强酸性（一SO，H）、中强酸（一PO（OH））及弱酸性（一COOH）、强碱（一N+R，C）、弱碱性（一NH，，—NRH，-NR）离子交换树脂。

5. 在强碱性离子交换树脂中将含有[（N+（CH3）；Cl）]的树脂叫强碱I型树脂，含有[（N+（CH3）2（CH，CH，0H]的树脂叫强碱Ⅱ型树脂。

6. 带有鳌合基、氧化还原基、阳阴两性基的树脂；分别称为整合树脂、氧化还原树脂和两性树脂。

7. 上述树脂通常都用酸、碱、盐再生，而弱酸弱碱的两性树脂可用热水再生，故弱酸弱碱的两性树脂又称热再生树脂.

B. 离子交换树脂的结构是什么样的什么是树脂的交联度

高分子骨架是由化学单体和交联体共聚而成。例如常用的聚苯乙烯树脂回其化学单体为苯答乙烯，交联剂则为二乙烯苯，共聚后生成球形小颗粒，再将离子交换基团引入。树脂中引入的离子交换基团不同，其能交换的离子种类也不同。例如当引入磺酸基(-SO3H)时为强酸阳离子交换树脂，引入羧酸基（-COOH）时为弱酸阳离子交换树脂，如引入胺基[N(CH3)3OH]时则生成强碱阴离子交换树脂，引入亚胺基[N(CH3OH)2]时则生成弱碱阴离子交换树脂。
在树脂中交联剂的含量会决定树脂结构的紧密程度，树脂中含交联剂的重量%称为树脂的交联度。交联度愈大，则树脂网孔愈紧，其含水量小，湿视密度愈大，工交容量愈高，机械强度愈好。

C. 离子交换树脂的还原方式

离子交换树脂的还原一般是使用再生剂进行再生，从而达到还原的目的。

阳离子交换树脂的再生方法：
首先要将阳离子交换树脂床里面的水放空，然后关闭全部阀门，只需要打开进酸阀、上排阀，然后将酸泵打开，然后放入酸液，在液面超过树脂20厘米以上，打开下排，流速和进酸速度相同，流量一般在600-1000L/H左右，酸洗时间最好不要低于40分钟，酸洗之后可以直接清洗树脂，首先打开砂过滤和精密过滤，然后放掉酸液，再打开上进和下进，清除掉残留的酸液，然后关闭树脂床下进阀，开始进行清洗，清洗时打开树脂床上排阀，阳床内的水须始终漫过树脂，不要使树脂失水。清洗到下排阀出水接近中性为止。
对于污染较严重的树脂，可用碱性食盐溶液反复处理，一些报道有提到：某些络合剂、沉淀剂、增溶剂、氧化剂以及外力等能够改变树脂污染物的化学物理环境。在盐碱复苏液的基础上，加入一定浓度的腐殖酸络合剂、腐殖酸增溶剂、有机物的抗氧化剂及抗静电作用屏蔽剂等，阴离子吸附树脂复苏效果有所提高。当采用上述方式再生后制水量任无法达到原来制水置一半时，应考虑更换新树脂。

阳离子交换树脂再生剂：
1.再生剂的纯度
再生用的药品质量对阳离子交换树脂的再生效果有很大的影响，阴阳离子交换树脂再生采用高纯碱有利于对阴树脂的再生。根据离子交换平衡原理，对工业碱与高纯碱质量的理论分析得出，采用高纯碱再生时，其阴床出水Cl一含量仅为工业碱再生时的1/46。实践证明，采用高纯碱再生时，树脂的再生度提高了约77%，树脂的工作交换容量提高了约13%，同时设备的周期制水量提高了约16 %。
2.再生剂量
离子交换是可逆的，离子交换剂失效后理论上再生1 mol离子量需要再生剂的摩尔量称为再生比耗(或称再生水平)，以100%纯度再生剂表示。也可用实际再生剂的消耗量与理论需要量的比值来表示，如强碱阴树脂需要100%纯度NaOH的再生比耗为1.5，即实际再生lmol离子量需要的NaOH量1.5×40是60g(1molNaOH是40g)，也可以说强碱阴树脂需要100%纯度NaOH的再生比耗(再生水平)为60g/mol。再生比耗与进水水质、树脂质量、再生方式等因数有关。阳离子交换树脂首次再生，其再生剂量应是设计再生剂量的1.5~2倍，逆流再生设备在大反洗后的再生剂量要增加10%-50%。

D. 离子交换树脂的物理结构

离子树脂常分为凝胶型和大孔型两类。
凝胶型树脂的高分子骨架，在干燥的情况下内部没有毛细孔。它在吸水时润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔（micro-pore）。湿润树脂的平均孔径为2～4nm（2×10－6 ～4×10－6mm）。这类树脂较适合用于吸附无机离子，它们的直径较小，一般为0.3～0.6nm。这类树脂不能吸附大分子有机物质，因后者的尺寸较大，如蛋白质分子直径为5～20nm，不能进入这类树脂的显微孔隙中。
大孔型树脂是在聚合反应时加入致孔剂，形成多孔海绵状构造的骨架，内部有大量永久性的微孔，再导入交换基团制成。它并存有微细孔和大网孔（macro-pore），润湿树脂的孔径达100～500nm，其大小和数量都可以在制造时控制。孔道的表面积可以增大到超过1000m2/g。这不仅为离子交换提供了良好的接触条件，缩短了离子扩散的路程，还增加了许多链节活性中心，通过分子间的范德华引力（van de Waals force）产生分子吸附作用，能够象活性炭那样吸附各种非离子性物质，扩大它的功能。一些不带交换功能团的大孔型树脂也能够吸附、分离多种物质，例如化工厂废水中的酚类物。
大孔树脂内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快，离子交换速度也快很多，约比凝胶型树脂快约十倍。使用时的作用快、效率高，所需处理时间缩短。大孔树脂还有多种优点：耐溶胀，不易碎裂，耐氧化，耐磨损，耐热及耐温度变化，以及对有机大分子物质较易吸附和交换，因而抗污染力强，并较容易再生。

E. 离子交换树脂的分离原理

原则上和分子集团的大小没直接关系（有间接关系的），主要看的是被吸附集团的 极性，也就是电子云的分布。看哪种更适合被树脂吸附

但是分子基团的大小对电子云的分布也是有些影响的，所以说有会有间接关系。

F. 按离子交换树脂的结构如何划分离子交换树脂的种类

答：按离子交换树脂的结构，树脂可分为：
(1)

凝胶型树脂：用普通聚合法制成的离版子交换树脂都是由许权多不规则的网状高分子构成的，类似凝胶，这种树脂抗氧化性和机械强度较差，易受有机物污染。
(2)

大孔型树脂：大孔型树脂是由小块凝胶型树脂构成，孔眼存在于这些小块凝胶型之间，这样制出的树脂内部及表面有大量的网孔，且能除去胶体硅及大型分子化合物，抗有机污染能力也有所提高。
(3)

超凝胶型树脂：超凝胶型树脂机械强度较好，可以与大孔型树脂相比。
(4)

均孔型强碱型阴树脂：均孔型强碱型阴树脂可以防止有机物中毒，其对有机物的吸者是可逆的，所以不会被污染。

G. 离子交换树脂再生方式有哪些

w
离子交换树脂再生方式有哪些？
离子交换剂失效后通过再生来恢复离子交换能力，常用再生方式有顺流再生与逆流再生。
(一)顺流再生
顺流再生时原水与再生液流过交换剂层的方向相同。因此在再生液流过交换剂层时首先接触到的是交换剂层上部完全失效的已包含上部交换剂层被置换出来的离子，影响交换剂层下部的再主度(再生度指离子交换剂层中已再生离子量与全部交换容量的比值)，造成处理水质降低、再生剂耗量增加。顺流再生离子交换设备简单，工作可靠，但受原水水质组分影响大，再生效果换容量不能得到充分利用。而再生后，下部再生度最低，为了提高出水质量和工作交换容量，必须增加再生剂的耗量。
(二)逆流再生
原水从交换器上部进人与再生液的方向相反，逆流再生(也称对流再生)过程中交换剂层的离子分布状态
1.逆流再生的优点
与顺流再生比较，采用逆流再生提高了再生剂利用率，降低再生剂耗量30%-50%提高出水质量;降低清洗水耗量30%~50%降低再生废液排放量与排放浓度，排放再生废液中酸、碱浓度小于1%，图3-7为氢离子交换逆流再生废液流出曲线。

H. 离子交换树脂的结构有什么特点

离子交换树脂是带有可交换离子功能基团的具有三维网孔结构的高分子聚合物，其能够与溶液中相应的阳离子或阴离子发生交换作用，达到吸附去除或富集提取的目的。

离子交换树脂的结构由三部分组成：不溶性的三维空间网状高分子骨架、连接在高分子骨架上的功能基团以及功能基团上所带的可交换离子。

离子交换树脂按照组成其分子骨架的物质不同，分为苯乙烯系、丙烯酸系、环氧系等；按照其可交换的离子性质分类，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，而阳离子交换树脂又可分为强酸阳离子交换树脂与弱酸阳离子交换树脂，阴离子交换树脂又可分为强碱阴离子交换树脂与弱碱阴离子交换树脂；按照其内部孔道结构的不同，可分为大孔型离子交换树脂与凝胶型离子交换树脂。

（1）强酸阳离子交换树脂

强酸阳离子交换树脂分子骨架上带有强酸性基团（如磺酸基－SO3H），在溶液中，强酸基团易离解出H+，故呈强酸性；而强酸功能基团上的负电基团（如－SO3—），能吸附结合溶液中的其他阳离子，使树脂功能基团上解离的H+与溶液中的其他阳离子发生交换作用。强酸阳离子交换树脂因其强酸功能基团解离能力强，因此，在酸性或碱性溶液中功能基团均能发生解离并产生离子交换作用。

（2）弱酸阳离子交换树脂

弱酸阳离子交换树脂分子骨架上带有弱酸性基团（如羧酸基－COOH），在溶液中，弱酸基团同样可以解离出H+而呈酸性；而弱酸功能基团上的负电基团（如－COO—），能吸附结合溶液中的其他阳离子，使树脂功能基团上解离的H+与溶液中的其他阳离子发生交换作用。但是因为弱酸阳离子交换树脂所带功能基团为弱酸基团，解离性较弱，低pH环境下不利于弱酸基团的解离，因此，弱酸阳离子交换树脂适合在碱性、中性或弱酸性溶液中（如pH：5～14）使用。

（3）强碱阴离子交换树脂

强碱阴离子交换树脂分子骨架上带有强碱性基团（如季胺基－NR3OH），强碱基团能在溶液中离解出OH—而呈强碱性；而强碱基团上的正电基团（如－NR3+），能吸附结合溶液中的其他阴离子，使树脂功能基团上解离的OH—与溶液中的其他阴离子发生交换作用。强碱阴离子交换树脂所带强碱基团具有很强的解离性能，在不同pH环境下均能正常使用。

（4）弱碱阴离子交换树脂

弱碱阴离子交换树脂分子骨架上带有弱碱基团（如伯胺基－NH2、仲胺基－NHR、叔胺基－NR2），弱碱基团在溶液中也能解离出OH—而呈弱碱性；弱碱基团上的正电基团能吸附结合溶液中的其他阴离子，从而产生阴离子交换作用。因为弱碱阴离子交换树脂所带弱碱基团的解离性较弱，因此，其适合在中性或酸性条件下（如pH：1～9）下使用。

I. 离子交换树脂的交换原理

离子交换树脂的内部结构，由三部分组成，分别是：

1、高分子骨。

由交联的高分子聚合物组成；

2、离子交换基团。

它连在高分子骨架上，带有可交换的离子（称为反离子）的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团；

3、孔。

它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔（凝胶孔）和高分子结构之间的孔（毛细孔）。

在交联结构的高分子基体（骨架）上，以化学键结合着许多交换基团。这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。

交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。

1、离子交换的选择性定义：

离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。

离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。

2、以001×7强酸阳离子交换树脂为例说明：

001×7强酸阳离子交换树脂是一种凝胶型离子交换树脂，其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道，孔道里面充满了水分子，在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当原水当中的Ca2+，Mg2+等阳离子-扩散到树脂的孔道中时，由于该树脂对Ca2+，Mg2+等阳离子选择性强于对H+的选择性，所以H+就与进入树脂孔道中的Ca2+，Mg2+等阳离子发生快速的交换反应，Ca2+，Mg2+等阳离子被固定到树脂交换基团上面，被交换下来的H+向树脂的孔道中-扩散，最终扩散到水中。

（1）边界水膜内的扩散

水中的Ca2+，Mg2+等阳离子向树脂颗粒表面迁移，并扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面；

（2）交联网孔内的扩散（或称孔道扩散）

Ca2+，Mg2+等阳离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点；

（03）离子交换

Ca2+，Mg2+等阳离子与树脂基团上的可交换的H+进行交换反应；

（4）交联网孔内的扩散

被交换下来的H+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散。

（5）边界水膜内的扩散

最终扩散到水中。

鉴于离子交换树脂反应的可逆性，反应后的树脂通过处理，重新转化为原来的离子交换树脂，这样又可以进入下一循环，其循环次数视所用树脂类型不同而定。

J. 关于离子交换树脂的介绍

离子交换树脂可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 (或再分出中强酸和中强碱性类)。

强酸性阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个 离子交换树脂
反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。 树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。
弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
强碱性阴离子树脂
这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。 这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。
弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液 离子交换树脂
中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。