基于乙烯基磺酸盐制备阳离子交换树脂的研究(2)
阳离子交换树脂是一类骨架上结合有磺酸（-SO3H）和羧酸（－COOH）等酸性功能基的聚合物。将此树脂浸渍于水中时，交换基部分可如同普通酸那样发生电离。以R表示树脂的骨架部分，阳离子交换树脂R-SO3H或R-COOH在水中时的电离如下：
R-SO3H → R-SO3- ＋ H+
R-COOH → R-COO- ＋ H+
按骨架不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型树脂两大类。
由苯乙烯和二乙烯基苯（DVB）混合物在引发剂存在下进行自由基悬浮聚合，得到具有交联网状结构的聚合体。这种聚合一般是呈透明状态的，无孔的凝胶型树脂。聚合时增加DVB的加入量，则链的分枝多，成为紧密结构；将DVB量减少，则成为分枝少,网目大的树脂.在得到的苯乙烯-DVB共聚物上导入磺酸基可制得强酸性阳离子交换树脂。另一种类型的是大孔径离子交换树脂。它的基本特点是在整个树脂内部无论干、湿或收缩、溶胀（在水中）都存在着比一般胶型更多、更大的孔道，因而表面积大，在离子交换过程中，离子容易迁移扩散，交换速度较快，工作效率高[1]。
离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0.5～1.0 mm，其离子交换能力依其交换能力特征可分：
1. 强酸型阳离子交换树脂：一般以磺酸基-SO3H作为活性基团，交换反应以磺酸型树脂与氯化钠的作用为例，可表示如下：
RSO3H+NaCl → RSO3Na+HCl
强酸性阳离子交换树脂系因它的活性氢离子在水中很容易解离而得名，由于是强酸性基团，其电离程度不随外界溶液的pH而变化，所以使用时的pH
一般没有限制。其骨架均为聚苯乙烯系统，主要产品是「磺酸型」强酸性阳离子交换树脂。骨架为聚丙烯酸系统，主要产品是「羧酸型」弱酸性阳离子交换树脂，通常颜色较白色或淡黄色球状子交换树脂，通常颜色较深，棕黄色至综色球状颗粒，以综色最常见；强酸性： R-SO3H → R-SO3- ＋ H+ （H+容易解离，在水中呈强酸性）。强酸性阳离子交换树脂的解离能力很强，所以在任何酸性或碱性溶液中均能解离和产生离子交换作用，其作用pH范围介于1～14。
2. 弱酸型阳离子交换树脂：功能团可以为较弱的反应基羧基-COOH，-OH (酚羟基），此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+，对于强碱中的离子如Na+、K+等无法进行交换。弱酸性阳离子交换树脂则是因它的活性氢离子在水中比较不容颗粒，以淡黄色最常见。弱酸性： R-COOH → R-COO- ＋ H+ （H+不易解离，在水中呈弱酸性）。弱酸性阳离子交换树脂的解离能力很弱，只能在弱酸性至碱性溶液中解离和产生离子交换作用，其作用pH范围仅介于5～14[2]。
1.2阳离子交换过程
离子交换法是水质软化和除盐的主要方法。在废水处理中，主要去除其中金属离子。离子交换的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中其他同性质离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程(可逆性化学吸附)。具体解释为离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为文持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。阳离子交换树脂一方面通过离子交换树脂分离出大量的废液，起到浓缩的作用；另一方面把目标产物与一部分杂质、蛋白分离，选择性强，有提取的作用。阳离子交换树脂在交换过程中经历3个步骤：吸附、解析与树脂的再生，这些都是离子交换的过程。
吸附是很关键的一步，关系到浓缩与提取的效果。如果前期吸附不到目标产物，离子交换柱出口单位高，那么就会造成目标产物的流失，即便后期解析得再好，收率也是提不上去。此工艺的关键在于：（1）根据目标产物的酸碱性，确定离子交换树脂的类型，强性的还是弱性的；（2）选择合适的树脂类型，氢型还是钠型；（3）从众多的树脂中选择吸附目标产物能力强的，可从料液单位与出口单位来考察吸附量。吸附过程中要选择适合树脂的流速、ph值、温度。物理化学观点认为，离子交换树脂具有一定的活性表面，当其表面与一种溶液接触时，由于表面能的作用，使溶液聚集到固液表面上，即产生吸附作用，这个过程即自由焓降低的过程。温度的提高有利于降低料液的粘度，提高粒子的扩散速率，使体系有良好的流动性，但是升高温度会降低由范德华力文系的吸附作用，并且升高温度有可能使得目标产物损坏。所以选择合适的温度很关键。另外，搅拌条件等对树脂的吸附容量和吸附效果都有很大影响。由于料液的粘稠度，树脂在吸附过程中可能会出现树脂的抱团、粘结，从而导致断层、短路，这对吸附是大不利的，这就需要必要的搅拌疏松。但是若搅拌的时间过长，发现最后料液浓度反而有多变大，导致树脂吸附量变小[3]。