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离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。 离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。 离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。 离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，它即是交换官能团，在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH－或Cl－)，同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子。即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换，从而将溶液中的离子分离出来。 树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 (或再分出中强酸和中强碱性类)。 离子交换树脂根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂，及根据树脂的物理结构分为凝胶型和大孔型。 离子交换树脂的品种很多，因化学组成和结构不同而具有不同的功能和特性，适应于不同的用途。应用树脂要根据工艺要求和物料的性质选用适当的类型和品种。 1、离子交换树脂的基本类型 (１) 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。 树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。 (２) 弱酸性阳离子树脂 这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。 （3） 强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。 这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。 (４) 弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。 (５) 离子树脂的转型 以上是树脂的四种基本类型。在实际使用上，常将这些树脂转变为其他离子型式运行，以适应各种需要。例如常将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出Na+与溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附，除去这些离子。反应时没有放出H+，可避免溶液pH下降和由此产生的副作用(如蔗糖转化和设备腐蚀等)。这种树脂以钠型运行使用后，可用盐水再生(不用强酸)。又如阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作时放出Cl－而吸附交换其他阴离子，它的再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转变为碳酸氢型(HCO3－)运行。强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后，就不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然有这些树脂的其他典型性能，如离解性强和工作的pH范围宽广等。 2、离子交换树脂基体的组成 离子交换树脂的基体(matrix)，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类，它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应，形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。苯乙烯系树脂是先使用的，丙烯酸系树脂则用得较后。 这两类树脂的吸附性能都很好，但有不同特点。丙烯酸系树脂能交换吸附大多数离子型色素，脱色容量大，而且吸附物较易洗脱，便于再生，在糖厂中可用作主要的脱色树脂。苯乙烯系树脂擅长吸附芳香族物质，善于吸附糖汁中的多酚类色素(包括带负电的或不带电的)；但在再生时较难洗脱。因此，糖液先用丙烯酸树脂进行粗脱色，再用苯乙烯树脂进行精脱色，可充分发挥两者的长处。 树脂的交联度，即树脂基体聚合时所用二乙烯苯的百分数，对树脂的性质有很大影响。通常，交联度高的树脂聚合得比较紧密，坚牢而耐用，密度较高，内部空隙较少，对离子的选择性较强；而交联度低的树脂孔隙较大，脱色能力较强，反应速度较快，但在工作时的膨胀性较大，机械强度稍低，比较脆而易碎。工业应用的离子树脂的交联度一般不低于4%；用于脱色的树脂的交联度一般不高于8%；单纯用于吸附无机离子的树脂，其交联度可较高。 除上述苯乙烯系和丙烯酸系这两大系列以外，离子交换树脂还可由其他有机单体聚合制成。如酚醛系(FP)、环氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等。 7、离子交换树脂的品种 离子交换树脂在国内外都有很多制造厂家和很多品种。国内制造厂有数十家，主要的有上海树脂厂、天津波鸿树脂科技有限公司、晨光化工研究院树脂厂、天津南大树脂科技有限公司等；国外较*的如美国Rohm & Hass公司生产的Amberlite系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列，还有Ionac系列、Allassion系列等。树脂的牌号多数由各制造厂或所在国自行规定。国外一些产品用字母C代表阳离子树脂(C为cation的*个字母)，A代表阴离子树脂(A为Anion的*个字母)，如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。我国化工部规定(HG2-884-76)，离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。*位数字代表产品的分类：0 代表强酸性，1代表弱酸性，2代表强碱性，3代表弱碱性，4代表螯合性，5代表两性，6代表氧化还原。第二位数字代表不同的骨架结构：0代表苯乙烯系，1代表丙烯酸系，2代表酚醛系，3代表环氧系等。第三位数字为顺序号，用以区别基体、交联基等的差异。 此外大孔型树脂在数字前加字母D。因此，D001是大孔强酸性苯乙烯系树脂。 各种树脂的性能和参数可参阅离子交换树脂手册和产品 牌号 产品名称 全交换量 国外参照产品 用途 001×1 强酸性苯乙烯系阳 离子交换树脂 (a)≥4.5 (b)≥0.4 (美)Amberlite IR-116 (美)Dowex 50×1 抗菌素提炼，医药化工等。 001×2 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.5 (b)≥0.6 (美)Dowex 5×2 抗菌素提炼，医药化工等。 001×3 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.5 (b)≥1.0 (日)Diaion SK-103 抗菌素提炼，医药化工等。 001×4 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.5 (b)≥1.3 (美)Amberlite IR-118 高纯水制备及抗菌素提炼等。 001×7 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.5 (b)≥1.8 (美)Amberlite IR-120 (美)Dowex 50 (俄)KY-2 (日)Diaion SK-IA 硬水软化，纯水制备，湿法冶金，稀有元素分离。 002×7 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.4 (b)≥1.8 - 大粒度，适于高流速水处理。 003×7 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.5 (b)≥1.8 - 均匀粒度，适于氨基酸及稀有元素分离等。 004×7 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.3 (b)≥1.6 - 硬水软化，纯水制备等。 001×8 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.5 (b)≥2.0 (美)Amberlite IR-120 (美)Dowex 50 (俄)KY2-8 (日)Diaion SK-IB 硬水软化，纯水制备，湿法冶金，稀有元素分离。 001×7 ×7 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.5 (b)≥2.0 - 水处理。 001× 14.5 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥3.8 (b)≥2.0 (美)Amberlite ER-124 医药工业，抗菌素提炼。 D072 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.2 (b)≥1.4 (美)Amberlyst-15 (日)Diaion HPK-16 有机反应催化，高速混床水处理等。 D061 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.2 (b)≥1.4 - 食品工业，氨基酸提炼，有机反应催化，水处理等。 D001- CC 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.1 (b)≥1.6 - 有机反应催化，生物提炼氨基酸提炼等。 NKC-9 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.7 (b)≥1.5 (美)Amberlyst 15 有机反应催化。 D001SS 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 (a)≥4.2 (b)≥2.0 - 制糖工业糖汁脱钙，膨胀率小。 +全交换量：(a) 毫摩尔/克(干)　　(b) 毫摩尔/毫升(湿) *树脂结构：Styrene-DVB **功能基：-SO3-