离子交换树酯的种类、特点和应用

背景及概述^[1]

离子交换树酯是分子中含有活性基团而能与其他物质进行离子交换的树脂。通常可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。前者具有酸性功能团(如磺酸基)而能与溶液中阳离子进行交换;后者具有碱性功能团(如氨基)而能与溶液中阴离子进行交换。

制造过程一般可分两阶段(以苯乙烯型离子交换树脂的合成为例)：(1)合成交联高聚物母体。将苯乙烯和二乙烯苯经悬浮共聚而制得交联结构的颗粒状的苯乙烯-二乙烯苯共聚物，树脂颗粒直径为0.1～2.0毫米。单体中二乙烯苯的重量百分数习惯上称做“交联度”。一般在4～12%。(2)引入具有离子交换能力的功能团。颗粒状树脂用浓硫酸磺化，在高分子链的苯环上引入磺酸基，便成强酸性阳离子交换树脂;当苯环上引入季铵盐基时，便成为强碱性阴离子交换树脂;引入螯合基团如—N(CH₂COOH)₂则制得螯合离子交换树脂。

表征离子交换树脂交换能力的指标有：(1)重量交换容量，即每克干树脂所能交换离子的毫克当量数[meq/g(干];(2)体积交换容量，即每毫升湿树脂所能交换的离子的毫克当量数(meq/ml)。

离子交换树酯广泛用于水、糖溶液、甘油等的净化，金属的回收，离子的分离和测定，以及用作有机合成的催化剂等。

种类^[2]

目前常用的离子交换树脂根据基体的不同，主要分为两大类，即苯乙烯树脂和丙烯酸树脂。上产品包括美国Rohm&Haas公司的Amberlite系列树脂、美国Dow化学公司的Dowex系列树脂、印度Thermax公司的Tulsion系列树脂和英国Hallite公司的Purolite系列树脂等。苯乙烯系树脂是以苯乙烯为原料，与交联剂二乙烯苯发生聚合反应获得的。它包括酸性离子交换树脂，如Dowex50WX2、Dowex50WX4、AmberliteIRP69、Indion254、Indion284。碱性离子交换树脂，如DuoliteAP143、Dowex1、Dowex2、AmberliteIR400、Indion454等。丙烯酸树脂是以丙烯酸(酯)为原料，与交联剂二乙烯苯发生聚合反应获得的。它主要为弱酸性离子交换树脂，包括如AmberliteIRP64、AmberliteIRP88、Indion204、Indion214、Indion294、TulsionT-335等。

特点^[2]

离子交换树脂在1935年被发现，是一类带有功能基团的多孔性高分子聚合物，发挥主要作用的功能基团是以离子键与活性基团结合的平衡离子，该平衡离子通过与离子型药物交换，使药物进入离子交换树脂骨架中而显现各类优点。离子交换树脂的各种性能，如渗透能力、溶胀潜力、交换选择性和动力学性质也受其自身性质多方面的影响，这些影响因素包括交联度、交换容量、粒径和孔隙度等。而交联度作为评价离子交换树脂大分子主链惰性骨架立体交联结构性能的指标对其自身性质影响。文献报道，交联度越高，则树脂的结构越紧密，功能基反应越难进行，离子扩散速率越慢，交换量降低，但树脂对离子的选择性会相应增加。离子交换树脂因具有上述特点，在药剂学领域的应用研究日趋广泛。尤其自1956年Raghunathan提出可将离子交换树脂作为药物缓释载体后，离子交换树脂在药物传递系统(DDS)中的应用发展十分迅速，主要应用在口服液体缓控释给药系统中，在经皮、黏膜、鼻腔等给药系统方面的应用也有报道。国内外大公司相继运用此项技术，制备了各类制剂。

应用^[3]

1、离子交换树脂在电镀废水处理中的应用

据不完全统计，全国的电镀生产每年排放4亿t含重金属废水。目前，我国大部分电镀厂都存在一定的污染情况。许多电镀厂在生产电镀以后，废水处理不达标就排放，甚至有的电镀厂废水处理系统瘫痪，这样给环境的压力就增大了许多，严重超过了环境的自主拯救系统。可见，处理好电镀方面给环境施加的压力，将大大改善我国的环境卫生。现在许多电镀厂采用的还是一般的化学降解，这样处理的结果不但费用高，而且还污染环境。据统计，在电镀污水处理系统中引入离子交换树脂是比较合适的，国外特别是欧盟90%以上的电镀生产线(车间)采用的都是离子交换树脂方法。其优点是相当可观的:(1)根据离子交换树脂的本身可以重复使用的特性，可以回收再生利用;(2)离子交换树脂处理所需费用低;(3)离子交换树脂制作简单，比较省材料，因此工厂在制作时可以减少投资;(4)离子交换树脂处理电镀废水机组也可用于电镀后工件漂洗水中贵重金属离子的回收。

2、离子交换树脂在污酸净化中的应用

重金属离子废水经过自身的反应会使其产生酸性，这个环境带来了极大的污染。在冶炼烟气制酸工艺流程中，对冶炼烟气降温除尘至关重要。其主要工艺过程是:将烟气中含有的固态或者液态悬浮颗粒和部分易溶于水的气体通过与水逆向接触从烟气中分离出去。净化除尘产生的废水经过固液分离之后产生上清液，工业上称其为污酸。此时处理可用阳离子交换树脂，这样可以把其中的H+与树脂的骨架结合，从而降低了污水中的酸性，另外树脂可以再生，大大减少了成本。这样可以减少生活中的酸污染，减少酸污染可以使我国减少雾霾，酸雨等现象。

3、离子交换树脂在环境保护中的作用

离子交换树脂的技术在我国已经发展到了一定的地步，基于它的作用以及现在可持续发展的战略，把国家建设成绿色环保，21世界的绿色世界，我们把它投入环境保护行列。处理污水，处理污酸，减少酸雾，减少雾霾，这样就可以是我国环境得到进一步的改善。水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。这些都是在环境上的应用，大大改善了我们现在的环境，基于这些，离子交换树脂将会越来越广泛的被应用。

4、用于去离子水的制备

现在我们生活中饮用的大部分是自来水，，而自来水中常含有一些杂质，主要是无机盐，如K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^－和NO₃^－等。为了除去这些离子制备去离子水，可以先将强酸性阳离子交换树脂处理成氢型，将强碱性阴离子树脂处理成氢氧型，先让待纯化的水通过阳离子交换树脂柱，这样就除去水中的各种阳离子，然后再让除去阳离子的水通过阴离子交换树脂柱，以交换除去水中的各种阴离子。另外此树脂可以再生，当树脂上的活性基团被水中交换上的离子饱和后，可以用强酸强碱分别洗脱阳柱和阴柱上的这些离子，是树脂恢复交换能力。这样使我们的应用水软化的方法不仅节约了费用，更对我们的生活质量有所提高。

参考文献

[1]化学词典

[2]孙艳冬,张然然,赵源,陆伟根.离子交换树脂作为药物载体的应用进展[J].中国医药工业杂志,2016,47(06):802-806.

[3]韩春雨,李雅静,吴俊鹏.离子交换树脂最新发展趋势及应用[J].山东化工,2014,43(07):64+66.