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离子交换树脂使用什么材料制成的?

日期:2019-08-12 来源:漂莱特网

在水处理中不少工艺都需要用到离子交换树脂,型号、功能和应用等都各有不同,但是离子交换树脂是怎样制成的,相信有大分部人都是不清楚的,下面我们来探讨下:离子交换树脂使用什么材料制成的。
 
土壤能够结合正离子(如K +和Ca 2+),因为它含有粘土矿物和有机腐殖酸。这两种物质都是不溶性物质,作为其中的一部分分子框架,带负电荷的离子基团。例如,在粘土中,这些基团是硅 - 氧链的末端 - 氧原子带有额外的电子,因为它们仅与一个原子键合而不是通常的两个或与四个氧键合的铝原子而不是通常的三个。以下示意图显示了两种离子结构,因为它们以几乎无限多种形式存在硅酸盐和铝硅酸盐,天然和人造的。
分子结构
 
 
负离子是框架的一部分; 正离子(此处显示为钾)很小,如果固体与溶液接触,则可以用其他正离子改变位置。小的正离子必须能够进出; 它们必须位于开放式网格结构的表面或间隙中。
 
离子交换 - 固定离子电荷在支撑材料上的两个要求和材料对溶液的渗透性 - 在令人惊讶的大量材料中得到满足。固定电荷可以是负的,如上例所示,或者它们可以是正的。移动离子必须与固定离子的电荷相反。具有固定负电荷的材料(如图1所示)交换正离子或阳离子,并调用该过程阳离子交换。具有固定正电荷的那些相应地交换负电荷或阴离子,并且据说经历阴离子交换。

 
离子交换技术的一大改进出现在1935年,当时,第一次离子交换树脂是由英国化学家发现的Basil Albert Adams和 Eric Leighton Holmes。该树脂是塑料电木的化学亲属,通过将多元酚或苯酚磺酸与甲醛缩合制成。
 
1944年 Gaetano F. D'Alelio获得苯乙烯 - 二乙烯基苯专利 聚合物,具有大的网络状分子的物质,通过化学处理将离子基团引入其中。这些化合物的结构可以这样表示:

其中X代表离子基团,其可能出现在离子基团上的不同位置 苯环。在如图所示的配方中,前两个苯环来自苯乙烯,而第三是来自二乙烯基苯。因此,二乙烯基苯在聚苯乙烯链之间提供交联,将它们连接成可以是紧密或松散的三维网络,这取决于二乙烯基苯与苯乙烯的比例。这个比例可以随意改变; 通常的商业比例为8%。所述离子基团可以是磺酸基团,即-SO 3 - H ^ +或季铵基团,-CH 2 Ñ +(CH 3)3氯- 。这两种类型占所有生产的离子交换树脂的约90%。氢离子和氯离子可以被其他离子取代,例如Na +(钠)或OH-(氢氧化物); 这些树脂的氢和氢氧化物形式分别是非常强的酸和碱。
 
苯乙烯和二乙烯基苯是液体并且聚合成球形液滴,结果树脂具有几乎完美球形的珠子形式。当珠子置于水中时,珠子会膨胀,虽然它们看起来光滑且不渗透,但实际上它们对水和小离子非常具有渗透性。它们的直径可以从几微米(千分之一毫米)到一到两毫米。不同的尺寸用于不同的目的。
 
比磺酸和季铵的其它离子性基团的盐可以被引入树脂结构。有用的是亚氨基二乙酸盐,-CH 2 N(CH 2 COOH)2,其形成螯合络合物(通过二级键结合在一起的结构)与除碱金属外的所有金属。这些配合物的稳定性在金属与金属之间变化很大。螯合树脂用于化学分析以分离和浓缩痕量金属。
 
带有羧基的树脂-COOH,可用于医药和生物化学,不是基于聚苯乙烯,而是基于聚甲基丙烯酸:

还有另一种离子交换树脂由纤维素通过将各种离子基团引入纤维素分子中。由于离子在线状分子的表面上,而不是在分子框架内部,因此它们可被大离子和分子接近。基于纤维素的交换剂在生物化学中特别有用。
 
自1903年以来已知合成无机交换树脂。第一种是硅铝酸盐。大约在1955年,人们发现钛,锆和钍的磷酸盐,砷酸盐和钼酸盐是良好的阳离子交换树脂; 已经制备了许多这样的材料,一些是商业上的。它们在核电工业中是有用的,因为它们对辐射具有抗性并且具有选择性放射性废物,特别是长寿命的裂变产物铯-137。它们用于将同位素与其他危险较小的裂变产物分开。
 
另一类无机离子交换树脂是分子筛。这些材料是结晶硅铝酸盐,具有明确定义的结构,包含一定尺寸的孔,只允许某些离子进入。当从孔中除去水时,这些物质成为某些尺寸和形状的气体分子的选择性吸附剂。它们也是强大的催化剂。
 
被称为液体离子交换树脂的物质可能应被归类为有机物质 溶剂,而不是离子交换树脂,尽管它们的名字。这些物质的分子含有长烃链,使其不溶于水,但它们也带有吸引相反电荷离子的离子基团。液体离子交换树脂的实例是二壬基萘磺酸,(C 9 H 192 C 10 H 5 SO 3 H。