離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)和性能 離子交換樹(shù)脂在現代制糖工業(yè)中起著(zhù)很重要的作用。世界上許多糖廠(chǎng)制造精糖和***食用糖漿，多數使用離子交換樹(shù)脂將糖液脫色提純，而過(guò)去傳統用骨炭的精煉糖廠(chǎng)亦有逐漸轉向使用離子交換樹(shù)脂的趨勢。 離子交換技術(shù)有相當長(cháng)的歷史，某些天然物質(zhì)如泡沸石和用煤經(jīng)過(guò)磺化制得的磺化煤都可用作離子交換劑。但是，隨著(zhù)現代有機合成工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，研究制成了許多種性能優(yōu)良的離子交換樹(shù)脂，并開(kāi)發(fā)了多種新的應用方法，離子交換技術(shù)迅速發(fā)展，在許多行業(yè)特別是高新科技產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中廣泛應用。近年國內外生產(chǎn)的樹(shù)脂品種達數百種，年產(chǎn)量數十萬(wàn)噸。 在工業(yè)應用中，離子交換樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復再生使用，工作壽命長(cháng)，運行費用較低(雖然一次投入費用較大)。以離子交換樹(shù)脂為基礎的多種新技術(shù)，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等，各具*的功能，可以進(jìn)行各種特殊的工作，是其他方法難以做到的。離子交換技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用還在迅速發(fā)展之中。 離子交換樹(shù)脂的應用，是近年國內外制糖工業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)研究課題，是糖業(yè)現代化的重要標志。膜分離技術(shù)在糖業(yè)的應用也受到廣泛的研究。 離子交換樹(shù)脂都是用有機合成方法制成。常用的原料為苯乙烯或丙烯酸(酯)，通過(guò)聚合反應生成具有三維空間立體網(wǎng)絡(luò )結構的骨架，再在骨架上導入不同類(lèi)型的化學(xué)活性基團(通常為酸性或堿性基團)而制成。 離子交換樹(shù)脂不溶于水和一般溶劑。大多數制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀或粉狀。樹(shù)脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范圍內，大部分在0.4～0.6mm之間。它們有較高的機械強度(堅牢性)，化學(xué)性質(zhì)也很穩定，在正常情況下有較長(cháng)的使用壽命。 離子交換樹(shù)脂中含有一種(或幾種)化學(xué)活性基團，它即是交換官能團，在水溶液中能離解出某些陽(yáng)離子(如H+或Na+)或陰離子(如OH－或Cl－)，同時(shí)吸附溶液中原來(lái)存有的其他陽(yáng)離子或陰離子。即樹(shù)脂中的離子與溶液中的離子互相交換，從而將溶液中的離子分離出來(lái)。 樹(shù)脂中化學(xué)活性基團的種類(lèi)決定了樹(shù)脂的主要性質(zhì)和類(lèi)別。首先區分為陽(yáng)離子樹(shù)脂和陰離子樹(shù)脂***類(lèi)，它們可分別與溶液中的陽(yáng)離子和陰離子進(jìn)行離子交換。陽(yáng)離子樹(shù)脂又分為強酸性和弱酸性?xún)深?lèi)，陰離子樹(shù)脂又分為強堿性和弱堿性?xún)深?lèi) (或再分出中強酸和中強堿性類(lèi))。 離子交換樹(shù)脂根據其基體的種類(lèi)分為苯乙烯系樹(shù)脂和丙烯酸系樹(shù)脂，及根據樹(shù)脂的物理結構分為凝膠型和大孔型。 離子交換樹(shù)脂的品種很多，因化學(xué)組成和結構不同而具有不同的功能和特性，適應于不同的用途。應用樹(shù)脂要根據工藝要求和物料的性質(zhì)選用適當的類(lèi)型和品種。 1、離子交換樹(shù)脂的基本類(lèi)型 (１) 強酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂 這類(lèi)樹(shù)脂含有大量的強酸性基團，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強酸性。樹(shù)脂離解后，本體所含的負電基團，如SO3－，能吸附結合溶液中的其他陽(yáng)離子。這兩個(gè)反應使樹(shù)脂中的H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強酸性樹(shù)脂的離解能力很強，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。 樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應以相反方向進(jìn)行，使樹(shù)脂的官能基團回復原來(lái)狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹(shù)脂是用強酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹(shù)脂放出被吸附的陽(yáng)離子，再與H+結合而恢復原來(lái)的組成。 (２) 弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂 這類(lèi)樹(shù)脂含弱酸性基團，如羧基－COOH，能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹(shù)脂離解后余下的負電基團，如R-COO－(R為碳氫基團)，能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結合，從而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用。這種樹(shù)脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。這類(lèi)樹(shù)脂亦是用酸進(jìn)行再生(比強酸性樹(shù)脂較易再生)。 （3） 強堿性陰離子樹(shù)脂 這類(lèi)樹(shù)脂含有強堿性基團，如季胺基(亦稱(chēng)四級胺基)－NR3OH(R為碳氫基團)，能在水中離解出OH－而呈強堿性。這種樹(shù)脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。 這種樹(shù)脂的離解性很強，在不同pH下都能正常工作。它用強堿(如NaOH)進(jìn)行再生。 (４) 弱堿性陰離子樹(shù)脂 這類(lèi)樹(shù)脂含有弱堿性基團，如伯胺基(亦稱(chēng)一級胺基)-NH2、仲胺基(二級胺基)-NHR、或叔胺基(三級胺基)-NR2，它們在水中能離解出OH－而呈弱堿性。這種樹(shù)脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂在多數情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。 (５) 離子樹(shù)脂的轉型 以上是樹(shù)脂的四種基本類(lèi)型。在實(shí)際使用上，常將這些樹(shù)脂轉變?yōu)槠渌x子型式運行，以適應各種需要。例如常將強酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與NaCl作用，轉變?yōu)殁c型樹(shù)脂再使用。工作時(shí)鈉型樹(shù)脂放出Na+與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子交換吸附，除去這些離子。反應時(shí)沒(méi)有放出H+，可避免溶液pH下降和由此產(chǎn)生的副作用(如蔗糖轉化和設備腐蝕等)。這種樹(shù)脂以鈉型運行使用后，可用鹽水再生(不用強酸)。又如陰離子樹(shù)脂可轉變?yōu)樾驮偈褂?，工作時(shí)放出Cl－而吸附交換其他陰離子，它的再生只需用食鹽水溶液。型樹(shù)脂也可轉變?yōu)樘妓釟湫?HCO3－)運行。強酸性樹(shù)脂及強堿性樹(shù)脂在轉變?yōu)殁c型和型后，就不再具有強酸性及強堿性，但它們仍然有這些樹(shù)脂的其他典型性能，如離解性強和工作的pH范圍寬廣等。 2、離子交換樹(shù)脂基體的組成 離子交換樹(shù)脂的基體(matrix)，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)***類(lèi)，它們分別與交聯(lián)劑二乙烯苯產(chǎn)生聚合反應，形成具有長(cháng)分子主鏈及交聯(lián)橫鏈的網(wǎng)絡(luò )骨架結構的聚合物。苯乙烯系樹(shù)脂是先使用的，丙烯酸系樹(shù)脂則用得較后。 這兩類(lèi)樹(shù)脂的吸附性能都很好，但有不同特點(diǎn)。丙烯酸系樹(shù)脂能交換吸附大多數離子型色素，脫色容量大，而且吸附物較易洗脫，便于再生，在糖廠(chǎng)中可用作主要的脫色樹(shù)脂。苯乙烯系樹(shù)脂擅長(cháng)吸附芳香族物質(zhì)，善于吸附糖汁中的多酚類(lèi)色素(包括帶負電的或不帶電的)；但在再生時(shí)較難洗脫。因此，糖液先用丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行粗脫色，再用苯乙烯樹(shù)脂進(jìn)行精脫色，可充分發(fā)揮兩者的長(cháng)處。 樹(shù)脂的交聯(lián)度，即樹(shù)脂基體聚合時(shí)所用二乙烯苯的百分數，對樹(shù)脂的性質(zhì)有很大影響。通常，交聯(lián)度高的樹(shù)脂聚合得比較緊密，堅牢而耐用，密度較高，內部空隙較少，對離子的選擇性較強；而交聯(lián)度低的樹(shù)脂孔隙較大，脫色能力較強，反應速度較快，但在工作時(shí)的膨脹性較大，機械強度稍低，比較脆而易碎。工業(yè)應用的離子樹(shù)脂的交聯(lián)度一般不低于4%；用于脫色的樹(shù)脂的交聯(lián)度一般不高于8%；單純用于吸附無(wú)機離子的樹(shù)脂，其交聯(lián)度可較高。 除上述苯乙烯系和丙烯酸系這***系列以外，離子交換樹(shù)脂還可由其他有機單體聚合制成。如酚醛系(FP)環(huán)氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等。 7、離子交換樹(shù)脂的品種 離子交換樹(shù)脂在國內外都有很多制造廠(chǎng)家和很多品種。國內制造廠(chǎng)有數十家，主要的有上海樹(shù)脂廠(chǎng)、天津波鴻樹(shù)脂科技有限公司、晨光化工研究院樹(shù)脂廠(chǎng)、南京樹(shù)脂廠(chǎng)等；國外較***的如美國Rohm & Hass公司生產(chǎn)的Amberlite系列、Dow化學(xué)公司的Dowex系列、法國Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列，還有Ionac系列、Allassion系列等。樹(shù)脂的牌號多數由各制造廠(chǎng)或所在國自行規定。國外一些產(chǎn)品用字母C代表陽(yáng)離子樹(shù)脂(C為cation的*個(gè)字母)，A代表陰離子樹(shù)脂(A為Anion的*個(gè)字母)，如Amberlite的IRC和IRA分別為陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂，亦分別代表陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂。我國化工部規定(HG2-884-76)，離子交換樹(shù)脂的型號由三位阿拉伯數字組成。*位數字代表產(chǎn)品的分類(lèi)：0 代表強酸性，1代表弱酸性，2代表強堿性，3代表弱堿性，4代表螯合性，5代表兩性，6代表氧化還原。第二位數字代表不同的骨架結構：0代表苯乙烯系，1代表丙烯酸系，2代表酚醛系，3代表環(huán)氧系等。第三位數字為順序號，用以區別基體、交聯(lián)基等的差異。 此外大孔型樹(shù)脂在數字前加字母D。因此，D001是大孔強酸性苯乙烯系樹(shù)脂。 各種樹(shù)脂的性能和參數可參閱離子交換樹(shù)脂手冊和產(chǎn) | 
