簡介
離子交換樹脂是一種不溶于水、酸和堿的高分子電解質(zhì)。它是由交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子骨架(稱母體)與能離解的交換基團兩個基本部分所構(gòu)成。它雖不溶于酸或堿，卻具有酸堿的性能，能與水中帶有同性電荷的離子進行交換反應(yīng)，而且這種反應(yīng)是可逆的。
分類
有機離子交換樹脂大致可分為以下幾個類型：
一、陽離子交換樹脂
這類交換樹脂含有酸性基團，如-SO3H、-PO3H2、-C0OH等，能與溶液中陽離子進行交換的。根據(jù)交換基因酸性的強弱，又可進一步把陽離子交換樹脂分成如下幾類：
強酸性陽離子交換樹脂(含官能團-SO3H、-CH2SO3H等)
其酸性相當(dāng)于硫酸、鹽酸等無機酸，它在堿性、中性、甚至酸性介質(zhì)中都顯示離子交換功能。
以苯乙烯-二乙烯苯共聚球體為基礎(chǔ)的強酸性陽離子交換樹脂，是用途最廣、用量最大的一種離子樹脂，它是用濃硫酸或發(fā)煙硫酸、氯磺酸等磺化以上共聚球體而，因此通常只能獲得5毫克當(dāng)量/克左右的交換容量，證明在每個苯環(huán)上只引入了一個磺酸基?；腔蟮臉渲荋+式，為貯存和運輸方便、生產(chǎn)廠家都把它轉(zhuǎn)變成Na+式。
此外，尚有早期發(fā)明的以苯酚-甲醛縮聚物磺化而得的強酸性樹脂。這種樹脂后來也可以作成球狀。因它的綜合性能不如聚苯乙烯系強酸性樹脂，目前很少用它。
中等酸性陽離子交換樹脂(含宮能團-PO3H2、- PO3H3、-AsO3H2等)
弱酸性陽離子交換樹脂(含官能閉-COOH、-CH2OH、-OH等)
以上兩種交換樹脂僅能在接近中性和堿性介質(zhì)中才能解離而顯示離子交換功能。含羧酸基的弱酸性離子樹脂常是用甲基丙烯酸或丙烯酸與二乙烯苯進行懸浮共聚合、亦或甲基丙烯酸甲脂或丙烯酸甲脂與二乙烯苯懸浮共聚合而后水解的方法制得。過去，聚丙烯酸系弱酸性樹脂以對鏈霉素的特殊選擇交換吸附性能而主要用于鏈霉素的分離提煉。近年來，根據(jù)它的高達9毫克當(dāng)量/克左右的交換容量、容易再生、以及對二價金屬離子具有較好選擇性的特點，已廣泛用于水處理及工業(yè)廢水處理等方面。
二、陰離子交換樹脂
陰離子交換樹脂含有堿性基團，如：-N(CH3)3OH、-N(CH3)2C2H4OH、-NH2等，能與溶液中的陰離子進行交換，根據(jù)交換基因酸性的強弱，又可進一步把陰離子交換樹脂分成如下幾類：
強堿性陰離子交換樹脂(含官能團-N(CH3)3OH、-N(CH3)2C2H4OH等)
其堿性較強而相當(dāng)于一般季胺堿，它在酸性、中性、甚至堿性介質(zhì)中部可顯示離子交換功能。
常用的強堿性離子交換樹脂，是用苯乙烯-二乙烯苯共聚球粒經(jīng)氯甲基化和叔胺胺化而得。當(dāng)用三甲胺胺化時，得到I型強堿性陰離子樹脂；用二甲基乙醇胺胺化得到Ⅱ型強堿性陰離子樹脂。它們的堿性都很強，不僅可交換一般無機酸根陰離，也可交換吸附硅酸，醋酸那樣的弱酸。I型強堿性樹脂的堿性比Ⅱ型更強，用途更廣泛。0H-式強堿性陰離子樹脂熱穩(wěn)定性較差，限于60℃以下使用。
弱堿性陰離子交換樹脂(含官能團-NH2、-NHR、-NR2等，其堿性次序為-NR2>-NHR>-NH2)
這種樹脂只在中性及酸性介質(zhì)中才顯示離子交換功能。可通過聚合或縮聚的方法而得。而常用的弱堿性陰離子樹脂是使苯乙烯-二乙烯苯共聚球粒經(jīng)氯甲基化而后伯胺或仲胺胺化制得的。因這種樹脂堿性很弱，只能交換鹽酸、硫酸、硝酸這樣的無機酸陰離子，而對硅酸等弱酸幾乎沒有交換吸附能力。較高的交換容量和容易再生是這種陰離子交換樹脂的重要特點。
近年來，還開發(fā)了聚丙烯酸系的弱堿性陰離子交換樹脂。
三、吸附樹脂
吸附樹脂就是樹脂吸附劑，是利用樹脂能發(fā)生吸附-解吸作用，以達到物質(zhì)的分離凈化目的。樹脂一般是按照制備大孔型離子交換樹脂骨架的方法制得的，未經(jīng)功能基反應(yīng)．不帶離子交換基團的多孔性樹脂骨架，外觀多半是不到一毫米的白色小顆粒；有些由帶極性基閉單體制得，也就是離子交換樹脂，兩者很難嚴(yán)格區(qū)分。吸附樹脂和活性炭、氧化鋁、硅膠等吸附劑的作用很相象，又不相同。它的特點是容易再生，可以反復(fù)使用。
對于以苯乙烯為骨架的吸附樹脂，連接在主鏈上的苯環(huán)是一個電子均勻分布的平面，對于一些性質(zhì)相近的分子，如苯酚等具有很強的吸附能力，最能吸附不溶于水而又高度溶解于醇類、丙酮等有機溶劑、“長尾巴”帶極性的分子。樹脂的吸附一般是隨被吸附分子的親油性而增加，特別適用于廢水的脫酚、去油、除去水中三硝基甲苯(TNT)及含氯農(nóng)藥廢水、各種印染、造紙廢水的凈化、糖液的脫色、氣體的凈化，也可用于天然產(chǎn)物、生物制品、有機化合物的分離提純、放射性元素等濃縮、分離，還可以當(dāng)作醫(yī)療藥劑、酶、農(nóng)藥、化學(xué)反應(yīng)催化劑的載體。吸附樹脂的另一方面重要應(yīng)用是作為氣相及液體色譜柱的載體和凝膠滲透色譜(GPC)柱的填料。
四、螯合樹脂
一般的離子交換樹脂對不同離子之間的選擇性差別并不很大。選擇性主要決定于樹脂所帶功能基的性能，改變骨架的作用并不很大，因此在應(yīng)用的范圍及效果上都要求合成帶特殊功能基、具有專一選擇性的樹脂。鰲合樹脂是指帶有具有螯合能力的基團，對特定離子具有特殊選擇能力的樹脂，因為它既有生成離子鍵又有形成配價鍵的能力，在螯合物形成后，結(jié)構(gòu)上有點像螃蟹，故形象地叫螯合樹脂。理想的樹脂應(yīng)具有特殊選擇性，但是真正做到并不容易。人們從絡(luò)合物的研究、分析化學(xué)的發(fā)展得到啟示，設(shè)計合成了多種多樣的螯合樹脂，至今真正商品化的也并不多，其中主要是羧酸胺類，如美國的Dowex A-1、IRC-718、日本的Diaion CR-10、蘇聯(lián)的K-1、-2等應(yīng)用最為普遍。它對于某些金屬，如Cr3+、In3+、Hg2+、Co2+、Hg22+、Ca2+、Ni2+等具有特殊的選擇性。
其他以商品形式出現(xiàn)的是去汞的巰基、酚醛硫脲、胺基硫代甲酸鹽(ALM)、分離貴金屬的硫脲 (BTU，Srafion NMRR)、分離鎳的胺基肟類(Duo1ite CS-346)、吸附硼的多羥基(Ainberlite XE-153)、243樹脂等。至于多胺、膦酸樹脂，有時列入陰陽樹脂范圍內(nèi)敘述。許多螯合樹脂還處于研究階段，但這是發(fā)展方向。
五、氧化還原樹脂
氧化還原樹脂也叫電子交換樹脂，是指帶有能與周圍的活性物質(zhì)進行電子交換、發(fā)生氧化還原的一類樹脂。樹脂失去電子，由原來的還原形式變?yōu)檠趸问蕉車奈镔|(zhì)就被還原。帶氫醌基的樹脂與水及氧氣作用，樹脂變?yōu)轷?，水中出現(xiàn)過氧化氫是一個典型的例子。生命的機制也是由于氧化酶及還原酶的作用，都屬于高分子氧化還原系統(tǒng)。如纖維印染、彩色照相及工業(yè)廢物的生化處理等都涉及氧化還原樹脂，估計在抗氧劑、非擴散性穩(wěn)定劑、水去氧及催化化學(xué)反應(yīng)方面都有一定用處，特別是在生物化學(xué)方面其用途更是日益擴大。
六、兩性樹脂
陰、陽兩種樹脂混合使用，可以除去溶液中的陰、陽離子，達到去鹽的目的，但是再生時要求將兩種樹脂分開，分別用酸堿處理。為了克服分開樹脂的繁瑣手續(xù)，將兩種性質(zhì)相反的陰、陽離子交換功能基(一至四胺及磺酸、膦酸、羧酸)連接在同一樹脂骨架上，就構(gòu)成兩性樹脂。
此種樹脂骨架上的兩種類型功能基彼此接近，在與溶液里的陰陽離子交換以后，只要用通過水，稍稍改變體系的酸堿條件即可發(fā)生相反的水解反應(yīng)恢復(fù)樹脂原來的型式，可以再用。例如，在離子阻滯法中，用此種樹脂可以把溶液中的鹽類與有機物分開，也可以用作緩沖劑，調(diào)節(jié)溶液的酸堿性。
七、蛇籠樹脂
蛇籠樹脂與兩性樹脂相似，在同一個樹脂顆粒里帶有陰、陽交換功能的兩種聚合物，一種是以交聯(lián)的陰樹脂為籠，而以線型的聚丙烯酸為蛇；另一種也可以以交聯(lián)的多元酸為籠，而以線型多元堿為蛇，就象蛇關(guān)于籠網(wǎng)，不能漏出，故形象地稱為蛇籠樹脂。
此種樹脂的兩種功能基可以互相接近，幾乎相互吸引中和，但遇到溶液中的離子時，還能起交換作用，可以使溶液脫鹽。在使用后，它只需用大量水洗即可恢復(fù)交換能力。蛇籠樹脂應(yīng)用的原理是離子阻滯，即利用蛇籠樹脂中所帶陰陽兩種功能基截留阻滯處理液中強電解質(zhì)(鹽)而排斥有機物(乙二醇)，使有機物在流出液中首先出現(xiàn)，所以叫離子阻滯法。
八、磁性樹脂
粉狀樹脂解決了樹脂應(yīng)用中的速度問題，但粉狀樹脂的沉降很慢，過濾和再生等操作都很困難。磁性樹脂主要是利用樹脂所帶的磁性，通過磁場的作用，加速粉狀樹脂的沉降，以便快速分離，提高效率。它在自動化大規(guī)模生產(chǎn)，特別是在使用反應(yīng)速度較慢的弱酸、弱堿樹脂的熱再生法中是很為重要的。
將γ-Fe203等磁性物質(zhì)機械地與樹脂顆粒結(jié)合在一起，制成磁性樹脂粉末，在磁場的作用下，樹脂粉末就能很快沉降，速度幾乎可以與一般樹脂顆粒一樣。此種絮凝物略經(jīng)攪拌，很易重新分散開來，進行化學(xué)反應(yīng)。磁性樹脂兼具了粉狀樹脂反應(yīng)速度快和一般材脂處理方便的兩種特點，為自動化和大規(guī)模生產(chǎn)提供了良好條件。磁性樹脂可以在懸浮物存在下應(yīng)用，省免了過濾等預(yù)處理。
其他
另外，還有熱再生樹脂、碳化樹脂、粉狀樹脂、離子交換膜、離子交換纖維、離子交換液、特種樹脂等不同類型的有機離子交換樹脂。
