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离子交换树脂的历史发现

发布时间:2019-08-20 12:50:16人气:658
1905年,德国化学家甘斯在第一代离子交换水软化树脂中使用了称为沸石的合成硅铝酸盐材料。尽管目前很少使用硅铝酸盐材料,但术语“沸石软化树脂”通常用于描述任何阳离子交换过程。
 
合成的沸石交换材料很快被称为Greensand的天然材料所取代。Greensand的交换容量低于合成材料,但其更高的物理稳定性使其更适合工业应用。容量定义为单位量的树脂将从溶液中除去的可交换离子的量。它通常以每立方英尺的千克粒表示为碳酸钙。
 
图1。微观树脂珠(20-50目)的磺化苯乙烯 - 二乙烯基苯强酸阳离子exhcanger的显微镜视图。(由罗门哈斯公司提供。)

 
磺化煤阳离子交换介质(称为碳质沸石)的开发将离子交换的应用扩展到氢循环操作,允许降低碱度和硬度。很快,开发出阴离子交换树脂(多胺和甲醛的缩合产物)。新的阴离子树脂与氢循环阳离子树脂一起使用,试图使水脱矿质(从水中除去所有溶解的盐)。然而,早期的阴离子交换剂是不稳定的,并且不能除去诸如硅酸和碳酸之类的弱电离酸。
 
在20世纪40年代中期,离子交换树脂是基于苯乙烯与二乙烯基苯交联的共聚合而开发的。这些树脂非常稳定,并且具有比其前辈更大的交换容量。基于聚苯乙烯 - 二乙烯基苯的阴离子可以去除所有阴离子,包括硅酸和碳酸。这项创新使水的完全脱矿成为可能。
 
聚苯乙烯 - 二乙烯基苯树脂仍用于大多数离子交换应用中。尽管基础树脂组分相同,但树脂已经以多种方式进行了改性,以满足特定应用的要求并提供更长的树脂寿命。最显着的变化之一是大网状或大孔树脂结构的发展。
 
标准的蜂窝状树脂,例如图1中所示的那些,具有可渗透的膜结构。该结构满足大多数应用的化学和物理要求。然而,在一些应用中,树脂结构所需的物理强度和耐化学性超出了典型凝胶结构的能力。大孔树脂在高度交联的聚苯乙烯 - 二乙烯基苯基质中具有离散的孔。这些树脂具有比凝胶更高的物理强度,以及对热降解和氧化剂的更大抵抗力。大孔阴离子树脂(图2)由于其多孔结构而更耐有机污染。除聚苯乙烯 - 二乙烯基苯树脂外(图3),有更新的丙烯酸结构树脂,增加了它们对有机污垢的抵抗力。

图2为大孔强碱阴离子树脂的显微镜观察。(由陶氏化学公司提供。)


图3、磺酸强酸阳离子树脂(Amberlite lR-120),(XL)的化学结构式:交X联;(PC):聚合物链;(ES):交换网站;(EI):可交换离子。

 
 
除塑料基质外,离子交换树脂还含有可电离的官能团。这些官能团由带正电的阳离子元素和带负电的阴离子元素组成。然而,只有一种离子物质是可移动的。另一个离子基团连接到珠子结构上。图4是强酸阳离子交换树脂珠的示意图,其具有由固定的阴离子(SO 3)基团和可移动的钠阳离子(Na +)组成的离子位点。当原水离子扩散到珠子结构中并交换官能团的可移动部分时,发生离子交换。从珠子中移出的离子扩散回水溶液中。
 
图4、水合强酸阳离子交换剂的示意图。(由罗门哈斯公司提供。)


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