離子交換樹脂結(jié)構(gòu)概述

1.2離子交換樹脂結(jié)構(gòu)概述

1.2.1化學(xué)結(jié)構(gòu)

組成離子交換樹脂的元素，一般是碳、氫、氧、氮、硫。其組成單元是高聚物骨架、連接在骨架上的功能基和功能基中可交換的離子。

離子交換樹脂是一種不溶于酸、堿溶液、有機(jī)溶劑的高分子化合物。它有高度的物

理、化學(xué)穩(wěn)定性。其高聚物骨架是一種具有立體的多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高分子鏈之間相互聯(lián)結(jié)

并纏結(jié)，在高分子鏈上接有各種功能基，這種功能基或者帶有電荷或者帶有自由電子對(duì)

帶電荷的功能基結(jié)合有帶相反電荷的離子，這種離子稱為反離子，它可以和外界帶有同種

電荷的離子相互交換。不帶電荷僅有自由電子對(duì)的功能基通過自由電子對(duì)結(jié)合極性分

子、離子和離子化合物。

功能基連接在骨架上不能自由移動(dòng)，反離子和功能基之間的連結(jié)類似于電解質(zhì)內(nèi)部

的連結(jié)或極性分子與電解質(zhì)之間的連接，因此在一定條件下可以發(fā)生解離或解吸。這一

結(jié)構(gòu)決定了樹脂的離子交換性能。

1.2.2物理結(jié)構(gòu)

離子交換樹脂的物理結(jié)構(gòu)由下列三部分組成：交聯(lián)的高分子鏈（帶功能基和反離

子），凝膠相中高分子鏈之間的空隙（在含水時(shí)，空隙中充滿結(jié)合水），凝膠相間的孔穴（只

有大孔樹脂有這種孔穴）。

交聯(lián)的高分子鏈，在不帶功能基時(shí)是不親水的。因此在干態(tài)和浸于水中時(shí)，其內(nèi)部都

不含水，鏈間的空隙很小。當(dāng)它浸于有機(jī)溶液中時(shí)，由于其親油性，鏈間會(huì)滲入有機(jī)溶劑，

使空隙增加。但由于交聯(lián)結(jié)構(gòu)限制了有機(jī)溶劑的滲入量，故空隙增加是有限的。當(dāng)干態(tài)

的離子交換樹脂浸于水中時(shí)，骨架的親油性不會(huì)使它吸收水分，而親水的功能基卻能大量

地結(jié)合水。當(dāng)水被結(jié)合到樹脂結(jié)構(gòu)內(nèi)部時(shí)，使鏈間的空隙增加，也使樹脂發(fā)生一定程度的

膨脹。同樣，由于交聯(lián)結(jié)構(gòu)限制了樹脂結(jié)合的水量，使鏈間的空隙也只有一定程度的增加。

交聯(lián)結(jié)構(gòu)中鏈間空隙增加形成的分子和離子的通道，一般都小至5nm，均稱為化學(xué)

孔。凝膠相間的孔穴是物理孔。這種孔的大小和數(shù)量是可以人為控制的，一般都大于

1nm,也可以達(dá)到幾千納米或更大。這有利于大分子進(jìn)出離子交換樹脂，這種樹脂稱大孔

離子交換樹脂。

大孔樹脂內(nèi)部的孔是由許許多多大小不等、形狀各異的孔道組成的。它們相互交叉并

相通，構(gòu)成了一個(gè)通道網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（所以也稱大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)樹脂）。要描述這種孔結(jié)構(gòu)是十分困難的。由于這些孔十分微小，在一般顯微鏡下觀察不到，只有用電子顯微鏡才可以觀察到。

通常用三個(gè)孔結(jié)構(gòu)參數(shù)來描述離子交換樹脂孔結(jié)構(gòu)狀況，它們是比表面積、孔容（或孔度）、孔徑（平均孔徑或孔徑分布）。

從性能上講，對(duì)大孔樹脂一般有三種描述：

（1)孔徑在20nm以上。

（2）有**性孔穴，其特點(diǎn)是在干態(tài)時(shí)用電子顯微鏡透視能看到明顯的孔穴，而在相

同條件下，凝膠樹脂是不顯孔穴的。

（3）符合下列四個(gè)條件：濕態(tài)樹脂不透明，比表面積大于5m2/g，孔徑大于5nm，樹脂密度和視密度之差大于0.5g/mL。