離子交換劑的分類，組成及結構

按母體材質(zhì)不同，離子交換劑可分為無機和有機兩大類。

無機離子交換劑包括天然沸石和合成沸石。是一類硅質(zhì)的陽離子交換劑。成本低，但不能在酸性條件下使用。

有機離子交換劑包括磺化煤和各種離子交換樹脂。磺化煤是煙煤或褐煤經(jīng)發(fā)煙硫酸碳化處理后制成的陽離子交換劑，成本適中，但交換容量低，機械強度和化學穩(wěn)定性較差。目前在水處理中廣泛使用的是離子交換樹脂，它具有交換容量高（是沸石和磺化煤的8倍以上）；球形顆粒，水流阻力小，交換速度快；機械強度和化學穩(wěn)定性都好，但成本較高。

離子交換樹脂的化學結構可分為不溶性樹脂母體和活性基團兩部分。樹脂母體為有機化化合物和交聯(lián)劑組成的高分子共聚物。交聯(lián)劑的作用是使樹脂母體形成主體的網(wǎng)狀結構。交聯(lián)劑與單體的重量比的百分數(shù)稱為交聯(lián)度。活性基團由起交換作用的離子和與樹脂母體聯(lián)結的固定離子組成。

制造離子交換樹脂的方法有兩種。（1）直接聚會有機電解質(zhì)，如由異丁烯酸和二乙烯苯（交聯(lián)劑）直接聚合成按酸型陽離子交換樹脂。這種方法制備的樹脂質(zhì)量均勻。（2）先聚合單體有機物，然后在聚合物上接入活性基因。如由苯乙烯和二乙烯苯（交聯(lián)劑）共聚得交聯(lián)聚苯乙烯：

此種聚合物沒有活性基因，稱為白球。將白球用濃硫酸磺化，可得磷酸型陽離子交換樹脂（RSO3H）：

其中—SO3H是活性基團，H-是可交換離子。如將白球氯甲基化和胺化，則得到陽離子交換樹脂。由此可見，采用（2）法制備離子交換樹脂可以靈活選擇活性基因，不受單體性質(zhì)限制、且易于控制交聯(lián)度。陽離子交換樹脂內(nèi)的活性基團是酸性的，而陰離子交換樹脂內(nèi)的活性基團是堿性的。根據(jù)其酸堿性的強弱，可將樹脂分為強酸（RSO3H）、弱酸（RCOOH）、強堿（R4NOH）、弱堿（RnNH3OH，n=1～3)四類。活住基團中的H+和OH-可分別用Na+和Cl-替換，因此，陽離子交換樹脂又有氫型和鈉型之分；陰離子交換樹脂又有氫氧型和氯型之分。有時也把鈉型和氫型稱為鹽型。

此外,還有一些具有特殊活性基因的離子交換樹脂。如氧化還原樹脂，含流基、氫醌基；兩性樹脂，同時合羧酸基和叔胺基；螫合樹脂，含胺羧基等。

離子交換樹脂具有立體網(wǎng)狀結構，按其孔隙特征，可分凝膠型和大孔型。兩者的區(qū)別在于結構中孔隙的大小。凝膠型樹脂不具有物理孔隙，只有在侵入水中時才顯示其分子鏈間的網(wǎng)狀孔隙；而大孔樹脂無論在干態(tài)或濕態(tài)，用電子顯微鏡都能看到孔隙，其孔徑為(200～10000)×10-10m，而凝膠型孔徑僅(20～40)×10-10m。因此，大孔樹脂吸附能力大，交換速度快，溶脹性小。