離子交換樹(shù)脂的原理

智測(cè)通儀

一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

• 骨架結(jié)構(gòu)：
  離子交換樹(shù)脂由高分子聚合物（如苯乙烯-二乙烯基苯共聚物）構(gòu)成三維網(wǎng)狀骨架，提供機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。骨架上的交聯(lián)度（二乙烯基苯含量）影響樹(shù)脂的孔隙率和交換容量：交聯(lián)度越高，孔隙率越低，但機(jī)械強(qiáng)度和選擇性增強(qiáng)。
• 功能基團(tuán)：
  骨架上通過(guò)化學(xué)鍵連接固定離子（如磺酸基團(tuán) ?SO3??、季銨基團(tuán) ?N(CH3?)3+?）和可交換的活性基團(tuán)（如 H+、Na+、OH?、Cl?）。功能基團(tuán)的類型決定了樹(shù)脂的酸堿性及交換離子的種類。
  
  

二、離子交換反應(yīng)的本質(zhì)

• 可逆交換過(guò)程：
  樹(shù)脂上的固定離子（如 ?SO3??）與溶液中的同性離子（如 Na+）發(fā)生交換反應(yīng)，生成可溶于水的產(chǎn)物（如 H+ 或 OH?），同時(shí)樹(shù)脂吸附溶液中的目標(biāo)離子。例如：
  • 陽(yáng)離子交換：
    R?SO3??H++Na+?R?SO3??Na++H+
  • 陰離子交換：
    R?N(CH3?)3+?OH?+Cl??R?N(CH3?)3+?Cl?+OH?
    
• 動(dòng)態(tài)平衡：
  交換反應(yīng)是可逆的，當(dāng)樹(shù)脂吸附的離子達(dá)到飽和時(shí)，可通過(guò)再生劑（如 HCl、NaOH）將吸附的離子置換下來(lái)，恢復(fù)樹(shù)脂的交換能力。
  

三、離子交換的選擇性規(guī)律

樹(shù)脂對(duì)不同離子的交換能力遵循特定順序，主要受離子價(jià)態(tài)、水合離子半徑及樹(shù)脂功能基團(tuán)性質(zhì)影響：

• 陽(yáng)離子交換選擇性（高價(jià)離子優(yōu)先）：
  Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+?>Na+>H+>Li+
• 陰離子交換選擇性（高價(jià)離子優(yōu)先）：
  SO42??>NO3??>Cl?>HCO3??>OH?>F?
• 影響因素：
  • 離子價(jià)態(tài)：高價(jià)離子（如 Fe3+）與樹(shù)脂功能基團(tuán)的靜電作用更強(qiáng)，交換能力顯著高于低價(jià)離子。
  • 水合離子半徑：半徑越小，離子越易進(jìn)入樹(shù)脂孔隙，交換能力越強(qiáng)（如 Li+ 半徑雖小，但因水合作用強(qiáng)，交換能力低于 Na+）。
  • 樹(shù)脂類型：強(qiáng)酸性樹(shù)脂（如磺酸基）對(duì) H+ 吸附較弱，弱酸性樹(shù)脂（如羧酸基）對(duì) H+ 吸附較強(qiáng)。
    
  
  

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