離子交換樹脂的原理

智測通儀

一、離子交換樹脂的結構基礎

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

二、離子交換反應的本質

• 可逆交換過程：
  樹脂上的固定離子（如 ?SO3??）與溶液中的同性離子（如 Na+）發生交換反應，生成可溶于水的產物（如 H+ 或 OH?），同時樹脂吸附溶液中的目標離子。例如：
  • 陽離子交換：
    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?
    
• 動態平衡：
  交換反應是可逆的，當樹脂吸附的離子達到飽和時，可通過再生劑（如 HCl、NaOH）將吸附的離子置換下來，恢復樹脂的交換能力。
  

三、離子交換的選擇性規律

樹脂對不同離子的交換能力遵循特定順序，主要受離子價態、水合離子半徑及樹脂功能基團性質影響：

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

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淺酌

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淺酌

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