离子交换树脂

离子交换树脂或离子交换聚合物是一种树脂或聚合物充当介质的离子交换。它是一种不溶性基质（或支撑结构），通常呈小（0.25-0.5毫米半径）微珠形式，通常为白色或淡黄色，由有机聚合物基材制成。珠子通常是多孔的，在它们上面和内部提供了很大的表面积来捕获离子。伴随着其他离子的释放而发生，因此该过程称为离子交换。有多种类型的离子交换树脂。大多数商业树脂由聚苯乙烯磺酸盐制成。

离子交换树脂广泛用于不同的分离、纯化和去污过程。最常见的例子是水软化和水净化。在许多情况下，离子交换树脂被引入到这样的过程中，作为使用天然或人造沸石的更灵活的替代品。此外，离子交换树脂在生物柴油过滤过程中非常有效。

大多数典型的离子交换树脂基于交联聚苯乙烯。在聚合之后引入实际的离子交换位点。此外，在聚苯乙烯的情况下，交联是通过苯乙烯和少量二乙烯基苯的共聚作用引入的。交联会降低树脂的离子交换能力并延长完成离子交换过程所需的时间，但会提高树脂的坚固性。粒径也会影响树脂参数；较小的颗粒具有较大的外表面，但会在色谱柱过程中造成较大的水头损失。

除了制成珠状材料外，离子交换树脂还可制成膜。这些离子交换膜由高度交联的离子交换树脂制成，允许离子通过，但不允许水通过，用于电渗析。

四种主要类型的离子交换树脂的官能团不同：

• 强酸性，通常具有磺酸基团，例如聚苯乙烯磺酸钠或聚AMPS，
• 强碱性，通常以季氨基为特征，例如三甲基铵基团，例如聚APTAC)，
• 弱酸性，通常具有羧酸基团，
• 弱碱性，通常具有伯氨基、仲氨基和/或叔氨基，例如聚乙烯胺。

特殊的离子交换树脂也是已知的，例如螯合树脂（亚氨基二乙酸、硫脲基树脂等）。

阴离子树脂和阳离子树脂是离子交换过程中最常用的两种树脂。阴离子树脂吸引带负电的离子，而阳离子树脂吸引带正电的离子。

阴离子树脂可以是强碱性或弱碱性的。强碱性阴离子树脂在很宽的pH值范围内保持其负电荷，而弱碱性阴离子树脂在较高的pH值水平下被中和。弱碱性树脂在高pH值下无法保持电荷，因为它们会发生去质子化。然而，它们确实提供了出色的机械和化学稳定性。这与高离子交换率相结合，使弱碱性阴离子树脂非常适合有机盐。

对于阴离子树脂，再生通常包括用强碱性溶液（例如氢氧化钠水溶液）处理树脂。在再生过程中，再生化学物质通过树脂，被捕获的负离子被冲走，更新树脂的交换能力。

在本申请中，离子交换树脂用于代替镁和钙中发现的离子硬水与钠离子。当树脂新鲜时，它的活性位点含有钠离子。当与含有镁和钙离子（但钠离子浓度低）的溶液接触时，镁和钙离子优先从溶液中迁移到树脂上的活性位点，在溶液中被钠离子取代。该过程在溶液中镁和钙离子浓度比开始时低得多的情况下达到平衡。

水软化过程的理想化图像，包括用阳离子交换树脂捐赠的钠离子替换水中的钙离子

可以通过用含有高浓度钠离子的溶液（例如，其中溶解有大量食盐(NaCl)）的溶液洗涤树脂来重新充电。钙和镁离子从树脂中迁移出来，被溶液中的钠离子取代，直到达到新的平衡。盐用于为离子交换树脂充电，而离子交换树脂本身用于软化水。

在此应用中，离子交换树脂用于去除溶液中的有毒（例如铜）和有害金属（例如铅或镉）离子，用更无害的离子（例如钠和钾）代替它们。

很少有离子交换树脂能去除水中的氯或有机污染物——这通常是通过使用与树脂混合的活性炭过滤器来完成的。有一些离子交换树脂可以去除有机离子，例如MIEX（磁性离子交换）树脂。家用净水树脂通常不会再充电——树脂在不能再使用时被丢弃。

电子、科学实验、超导体生产和核工业等需要最高纯度的水。这种水是使用离子交换过程或膜和离子交换方法的组合生产的。

离子交换过程用于分离和提纯金属，包括从钚和其他锕系元素（包括钍）中分离铀；与镧、钕、镱、钐、镥、镧系元素互为对方。稀土金属有两大系列、镧系元素和锕系元素。每个家族的成员具有非常相似的化学和物理特性。多年来，离子交换是分离大量稀土的xxx实用方法。此应用程序由FrankSpedding在1940年xxx发。随后，除了最高纯度的产品外，溶剂萃取大多取代了离子交换树脂的使用。